1. Nature Nanotechnology：單壁碳管內的異常K離子傳輸現象
Nernst–Einstein (擴散定律)是一種闡釋帶電荷粒子的電泳遷移率和擴散系數之間關系的關系式。有鑒于此，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室Aleksandr Noy、麻省理工學院Daniel Blankschtein等報道測試直徑僅為0.8 nm的單壁碳納米管的K+離子擴散和電化學遷移，測試發現在碳納米管通道內的K+離子傳輸Nernst–Einstein關系降低了三個數量級。1）通過基于極化力場（polarizable force fields）的分子動力學模擬，發現當存在單層水分子鏈的單壁碳納米管內，K+離子擴散比體相情況降低三個數量級。計算模擬結果發現令人感到非常驚奇的現象，在電場中的水分子鏈結構遭到破壞，形成獨特的K+-水分子簇，這種K+-水分子簇能夠以高速率穿過碳納米管。2）作者發現單個K+-水分子簇符合Nernst–Einstein關系，但是因為離子轉移和電遷移呈現兩種不同的機理，整體的離子傳輸不再遵循Nernst–Einstein關系。
Zhongwu Li, et al, Breakdown of the Nernst–Einstein relation in carbon nanotube porins, Nat. Nanotechnol. (2022)DOI: 10.1038/s41565-022-01276-0https://www.nature.com/articles/s41565-022-01276-0
2. AM：用于可持續全固態鋰電池的富鋰反鈣鈦礦的增強的濕氣穩定性
富鋰反鈣鈦礦(LiRAPs)固體電解質由于其結構可調性、機械柔性和低成本等優點引起了人們的廣泛興趣。然而，LiRAPs本身具有吸濕性，在空氣中容易分解，這不僅影響了它們的電化學性能，也阻礙了它們在全固態鋰電池中的應用。復旦大學Fei Wang和夏永姚等系統地研究了吸濕性的來源以及吸濕性對Li3-x(OHx)Cl電化學性能的影響。1）Li3-x(OHx)Cl在空氣中不穩定，容易分解成LiOH和LiCl。然而，由于氯位上摻雜了氟，通過削弱LiRAPs和H2O之間的分子間氫鍵，抑制了LiRAPs的吸濕性，形成了防潮的Li3-x(OHx)Cl0.9F0.1。利用其低熔點(274°C)，通過共涂層燒結和熔融滲透在環境空氣中組裝了ASSLBs的兩個原型。使用LiRAPs作為焊料，低界面電阻的ASSLBs的低溫燒結被證明是可行的。2）對LiRAPs吸濕行為的理解以及抗濕LiRAPs與ASSLBs的結合為ASSLBs的制備提供了有效的途徑。
Feng, W., et al, Enhanced Moisture Stability of Lithium Rich Anti-perovskites for Sustainable All Solid-State Lithium Batteries. Adv. Mater. 2210365.DOI: 10.1002/adma.202210365https://doi.org/10.1002/adma.202210365
3. AM：骨架工程使高效聚合物空穴傳輸材料用于反式鈣鈦礦太陽能電池成為可能
鈣鈦礦薄膜的界面和結晶度在決定器件性能方面起決定性作用，而反式鈣鈦礦太陽能電池(PVSCs)的底部空穴傳輸材料(HTM)對器件性能有顯著影響。香港城市大學Zonglong Zhu等報道了一種簡單的聚合物HTMs設計策略，通過在聚芳胺骨架中引入吡啶單元來調節潤濕性和促進錨定，從而實現高效穩定的反式PVSCs。1）通過改變吡啶單元的連接位置可以有效地改變HTM性質，并且3，5-連接的PTAA-P1特別表現出與鈣鈦礦相互作用的更受調節的分子構型，導致具有均勻背接觸和降低的缺陷密度的高度結晶的鈣鈦礦膜。無摻雜劑的基于PTAA-P1的反式PVSCs對于小面積(0.08 cm2)器件實現了24.89%(認證值:24.50%)的顯著效率，對于大面積(1 cm2)器件實現了23.12%的顯著效率。2）此外，在模擬AM 1.5G照明下，在800小時的最大功率點跟蹤之后，未封裝的器件保持了其初始效率的93%以上。
Wu, X., Gao, et al, Backbone Engineering Enables Highly Efficient Polymer Hole-Transporting Materials for Inverted Perovskite Solar Cells. Adv. Mater. 2208431.DOI: 10.1002/adma.202208431https://doi.org/10.1002/adma.202208431
4. AM：通過全身給藥GSH響應性二氧化硅納米膠囊以克服血腦屏障和進行基因治療
CRISPR基因組編輯可以從根本上治療許多遺傳疾病，其中也包括中樞神經系統(CNS)疾病。然而，腦靶向治療性基因組編輯的應用需要繞過血腦屏障(BBB)以實現對生物制劑的有效遞送，而這也是CRISPR療法所面臨的一個主要挑戰。威斯康星大學麥迪遜分校宮紹琴教授構建并篩選了對谷胱甘肽(GSH)響應的二氧化硅納米膠囊(SNCs)，以用于通過系統給藥的方式實現對生物制劑的腦靶向遞送。1）體內研究表明，在血糖控制下，系統遞送與葡萄糖和狂犬病毒糖蛋白肽結合的SNCs可以有效地繞過完整的血腦屏障，以實現多種生物制劑(包括靶向Ai14報告小鼠和野生型小鼠的不同基因的CRISPR基因組編輯器)在全腦范圍內的遞送。2）研究表明，在Ai14小鼠中全身遞送Cre mRNA可對高達28%的神經元進行編輯。研究者也在野生型小鼠體內觀察到高達6.1%的淀粉樣前體蛋白(App) (導致完整App表達水平降低19.1%)基因編輯以及高達3.9%的酪氨酸羥化酶(Th)基因編輯(導致Th表達水平降低30.3%)。綜上所述，這種多功能SNC納米平臺有望為治療阿爾茨海默病、帕金森病和亨廷頓病等中樞神經系統疾病提供一種新的策略。
Yuyuan Wang. et al. Overcoming the Blood–Brain Barrier for Gene Therapy via Systemic Administration of GSH-Responsive Silica Nanocapsules. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202208018https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202208018
5. AM：合理設計的鉑-硫化鉍肖特基異質結構用于聲催化介導的氫氣治療
盡管已有許多聲敏劑被開發以增強聲動力治療(SDT)的效果，但是傳統的SDT仍會不可避免地受到腫瘤微環境的限制。中科院長春應化所林君研究員、程子泳研究員和馬平安研究員提出了聲催化析氫的概念，并將其定義為一種不依賴于氧氣的療法。1）為了證明該概念的可行性，實驗選擇窄帶隙半導體硫化鉍(Bi2S3)作為聲催化劑，并原位生長鉑(Pt)納米顆粒以優化其催化性能。在該納米催化體系中，Pt納米顆粒有助于捕獲聲激發電子，而瘤內過表達的谷胱甘肽(GSH)可作為天然空穴犧牲劑以消耗聲激發空穴，從而大大提高電荷分離效率，促進實現可控和可持續的H2生成。2）即使在乏氧條件下，Pt-Bi2S3納米顆粒也可以在US刺激下產生大量的H2。在機制上，H2引起的線粒體功能障礙和GSH消耗所導致的瘤內氧化還原穩態破壞能夠協同損傷DNA，誘導腫瘤細胞凋亡。與此同時，鉑納米顆粒和空穴也能將過氧化氫分解成O2，以緩解腫瘤乏氧，從協同逆轉腫瘤免疫抑制微環境。綜上所述，該研究提出的聲催化介導治療策略能夠為實現簡便高效的癌癥治療提供新的借鑒和參考。
Meng Yuan. et al. Rational Design of Platinum-Bismuth Sulfide Schottky Heterostructure for Sonocatalysis-Mediated Hydrogen Therapy. Advanced Materials. 2022DOI: 10.1002/adma.202209589https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209589
6. Angew: 合理設計鐵電2D鈣鈦礦實現柔性鈣鈦礦太陽能電池效率提高23%以上
盡管柔性鈣鈦礦太陽能電池（f-PSC）取得了很大進展，但在高質量鈣鈦礦薄膜的均勻制造和克服激子離解不足方面仍然面臨著極大挑戰。為此，中國科學院葛子義、江西理工大學Qiu Qingqing合理設計了基于吡啶雜環的有機夾層的二維 (2D) 鈣鈦礦。1) 作者通過在吡啶環的不同位置附著銨陽離子來調節其偶極矩，并成功地實現了二維鈣鈦礦的鐵電性。還發現將鐵電2D材料結合到3D鈣鈦礦中會增加內置電場 (BEF)，從而提高激子解離效率并抑制器件中的非輻射復合。而且，2D種子可以通過形成更均勻和高度定向的鈣鈦礦晶體并釋放薄膜中的拉伸應力來輔助3D結晶過程。2) 基于 2D/3D 的 f-PSC 具有出色的環境穩定性，并實現了超過23%的功率轉換效率 (PCE)。此外，鐵電二維鈣鈦礦具有壓電性，會引起ITO/鈣鈦礦界面處的能帶彎曲并降低空穴傳輸勢壘。因此，該器件在拉伸應力下呈現出更高的 PCE，這為開發高效 f-PSC 開辟了新的思路。
Han Bin, et al. Rational Design of Ferroelectric 2D Perovskite for Improving the Efficiency of Flexible Perovskite Solar Cells Over 23%. Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202217526https://doi.org/10.1002/anie.202217526
7. Angew：構建2D三明治狀MOF/MXene異質結構用于耐久快速的鋅離子電池
二維金屬有機框架(2D MOFs)由于其大的一維通道可以用作高性能鋅離子電池的陰極。然而，傳統上較差的導電性和較低的結構穩定性阻礙了它們的發展。香港理工大學Wai Yeung (Raymond) Wong等報道了一種交替堆疊的MOF/MX異質結構，表現出2D三明治狀結構，具有豐富的活性位點、改善的導電性和異常的結構穩定性。1）非原位表征和理論計算揭示了鋅離子的可逆嵌入機制和2D異質結構的高導電性。電化學測試證實了優良的Zn2+遷移動力學和理想的贗電容行為。因此，Cu-HHTP/MX表現出出色的倍率性能(0.1 A g-1時為260.1mA h g-1，4 A g-1時為173.1mA h g-1)和長期循環穩定性，在4 A g-1下1000次循環后容量保持率為92.5%。2）該工作為開發高性能鋅離子電池的陰極提供了一種新策略。
Wang, Y., Song, J. and Wong, W.Y. (2022), Constructing 2D Sandwich-like MOF/MXene Heterostructures for Durable and Fast Aqueous Zinc-Ion Batteries. Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202218343https://doi.org/10.1002/anie.202218343
8. AEM：高度可變形和空氣穩定的錫取代Li3PS4的液相合成
硫化物固體電解質(SEs)的液相合成(LS)具有大規模生產實用全固態鋰電池(ASLBs)的潛力。然而，它們可獲得的SEs成分大多不含金屬。此外，液相合成的SEs (LS-SEs)由于碳雜質而具有高電子電導率，導致ASLBs的電化學性能低于標準。韓國延世大學Yoon Seok Jung等報道了使用1，2-乙二胺-1，2-乙二硫醇和四氫呋喃的高度可變形和空氣穩定的Li3+xP1-xSnxS4 (0.19 mS cm?1)的LS。1）較低的熱處理溫度(260°C)可防止有機殘留物碳化。重要的是，首次發現LS-SEs與傳統固態合成SEs (SS-SEs)相比，其變形能力有顯著提高。在ASLBs中使用LS-SEs的LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2電極明顯優于使用SS-SEs的電極，特別是在低制造壓力下組裝或在低操作壓力(12或3 MPa)下測試時，這歸因于降低的電化學機械效應。2）最后，當采用暴露在空氣中(露點為20°C)的SEs時，采用具有Sn取代成分或由LS制備的SEs的LiNi0.7Co0.15Mn0.15O2電極表現出比具有不含Sn成分或由SS制備的常規SEs明顯更好的容量保持率。
Woo, J., et al, Liquid-Phase Synthesis of Highly Deformable and Air-Stable Sn-Substituted Li3PS4 for All-Solid-State Batteries Fabricated and Operated under Low Pressures. Adv. Energy Mater. 2022, 2203292.DOI: 10.1002/aenm.202203292https://doi.org/10.1002/aenm.202203292
9. AEM：雙槳輪增強反鈣鈦礦固體電解質中鈉離子的傳導
反鈣鈦礦結構化合物(X3AB，其中X是堿金屬陽離子，A和B是陰離子)具有在陽離子和A或B位上的簇陰離子之間高度相關運動的潛力。這種所謂的“槳輪”機制可能是固體電解質中陽離子遷移率提高的基礎。麻省理工學院Yet-Ming Chiang等通過結合實驗和建模，展示了導致反鈣鈦礦Na3?xO1?x(NH2)x(BH4)中鈉離子快速傳導的雙槳輪機制的第一個實例。1）隨著酰胺(NH2-)團簇陰離子的濃度增加，觀察到離子電導率比空位擴散模型預測的大的正偏差。使用電化學阻抗譜、粉末X射線衍射、同步加速器X射線衍射、中子衍射、從頭算分子動力學模擬和NMR，表征了簇陰離子旋轉動力學，發現陽離子遷移率受NH2-和BH4-兩種物質的旋轉影響，導致鈉離子電導率在x = 1時比空位機制單獨預期的高102倍。2）將這一現象推廣到其他化合物可以加速快離子導體的探索和設計。
Tsai, P.-C., et al, Double Paddle-Wheel Enhanced Sodium Ion Conduction in an Antiperovskite Solid Electrolyte. Adv. Energy Mater. 2022, 2203284.DOI: 10.1002/aenm.202203284https://doi.org/10.1002/aenm.202203284
10. AFM: 使用富含酪氨酸的短肽組裝和生物礦化多晶金肽超結構
肽在合成具有定制形狀和功能的金屬-肽超結構方面顯示出巨大的前景。然而，使用沒有分子修飾的單個短肽自下而上控制這些超結構的多晶型物的機制尚未得到闡明。因此，基于酪氨酸的組裝和礦化特性，韓國慶北大學Kyoung-Ik Min等人開發了一種使用富含酪氨酸的短肽構建具有前所未有的結構多樣性的金肽超結構的方法。1）肽/金鹽系統的一步式紫外線照射可實現金離子的現場礦化，從而允許受控地依賴溶劑制造各種超結構。0D 膠體、2D 片層、3D 超球體和 3D 空心膠囊分別是通過在 pH-10 緩沖液、甲苯-水雙相系統的界面、水和水包甲苯乳液中的一鍋反應產生的，而 1D 桿/纖維結構是使用快速組裝肽（A、F、I、L、N、V、Y 和 D 作為 YY-X-YY 中的 X）在兩步過程中產生的。2）幾種肽衍生物也表現出組裝和生物礦化能力并形成各種超結構，驗證了富含酪氨酸的肽的功能。這項研究揭示了多種金肽超結構的設計和開發，其應用包括催化、傳感、成像和光熱療法。
Kim, J.-H., Min, K.-I., Assembly and Biomineralization of Polymorphic Gold–Peptide Superstructures Using Tyrosine-Rich Short Peptides. Adv. Funct. Mater. 2022, 2210196.https://doi.org/10.1002/adfm.202210196
11. ACS Nano：超寬電勢窗口下缺陷工程的銅基納米材料高效還原CO2
在寬操作電勢窗口上的高轉化效率對于CO2還原電催化的實際應用是重要的，然而這在區分競爭的CO2還原和H2演化方面仍然是巨大的挑戰。南方科技大學Shuiping Luo等將點缺陷(Sn摻雜)和面缺陷(晶界)引入銅襯底。1）這種多維缺陷集成策略指導了高度稀釋的SnCu多晶的制造，其在超寬電勢窗口(ΔE = 1.3 V)上對CO2電還原表現出高法拉第效率(> 95%)。理論研究表明，Sn摻雜和晶界的引入協同地提供了優化的電子效應，這有助于抑制H2演化并促進*CO2的氫化。2）該工作為在寬操作電勢窗口上實現CO2還原電催化的高轉化效率提供了新的啟示。
Qilong Wu, et al. Defect-Engineered Cu-Based Nanomaterials for Efficient CO2 Reduction over Ultrawide Potential WindowDOI: 10.1021/acsnano.2c08768https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08768
12. ACS Nano：銅/二氧化鈰異質結構中的應變促進多碳產物的電合成
金屬催化劑中的彈性應變導致二氧化碳還原(CO2R)對有價值的多碳(C2+)產物的選擇性增強。然而，在工作條件下，催化劑的結構不可避免地經歷重建，很難保持初始應變。天津大學Hongyan Liang等提出了一種金屬/金屬氧化物合成策略。1）該合成策略在銅/二氧化鈰異質結構中引入并保持拉伸應變，這是由Cu2O/CeO2的薄界面層的存在實現的。銅疇中的拉伸應變和界面Cu位置周圍的缺電子環境導致含碳中間體的吸附增強，并促進*CO二聚化。銅/二氧化鈰異質結構中的應變效應導致C2+選擇性提高，最大法拉第效率為76.4%，半電池功率轉換效率為49.1%。2）從該系統獲得的基本觀點可以促進CO2R異質結構催化劑的合理設計。
Haibin Wang, et al. Strain in Copper/Ceria Heterostructure Promotes Electrosynthesis of Multicarbon ProductsDOI: 10.1021/acsnano.2c08453https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08453
