1. Chem. Rev.: 通過金屬-酶級聯反應擴展合成工具箱
金屬催化、光催化、酶催化和有機催化的組合可以提供多種合成解決方案，特別是當涉及手性中心的合成時。其中，通過外消旋體的動態動力學分解可以同時利用酶和過渡金屬。近日，西班牙奧維耶多大學Vicente Gotor-Fernández綜述研究了金屬-酶級聯反應，并且其拓展了合成策略。
本文要點：
1) 最近出現了一種線性級聯的解決方案，其可以實現作多種生物過程和金屬催化轉化的結合。雖然其仍有瓶頸需要解決，其中包括兩種催化劑類型的共存，以及需要相容的反應介質和溫和的條件，或盡量減少交叉反應，但這種共生關系帶來了許多優勢。
2) 作者對2015年至2022年初的研究工作進行了全面回顧，主要兩個主要部分，首先包括金屬和酶作為獨立催化劑使用，但其以協調或順序的方式工作。然后，通過它們在適當的載體中的共融而作為生物納米雜化材料的應用。第一部分主要基于金屬催化劑催化反應，而生物納米雜化部分則考慮了非對稱或立體選擇性過程的發展。
Sergio González-Granda, et al. Expanding the Synthetic Toolbox through Metal–Enzyme Cascade Reactions. Chem. Rev. 2023
DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00454
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.chemrev.2c00454
2. Nature Commun.：單原子Pt修飾缺陷TiO2選擇性光電化學氧化葡萄糖制備葡萄糖酸
光電化學反應正在成為生物質轉化的有力途徑。然而，很少有人探索將葡萄糖轉化為增值化學品。近日，新加坡國立大學Tian Zhangliu、Chen Wei報道了單原子Pt修飾缺陷TiO2選擇性光電化學氧化葡萄糖制備葡萄糖酸。
本文要點：
1) 作者開發了一種光電化學方法，即通過使用錨定在有缺陷的TiO2納米棒陣列上的單原子Pt作為光陽極，其可以將葡萄糖選擇性氧化為高附加值的葡萄糖酸。氧空位引起的缺陷結構可以同時調節電荷載流子動力學和能帶結構。
2) 通過優化氧空位，缺陷TiO2光陽極具有顯著改善的電荷分離性能，并顯著提高了C6產物的選擇性和產率。具有單原子Pt的缺陷TiO2的在0.6 V （vs. RHE）光電流密度為1.91?mA cm?2?，并且其在模擬陽光照射下葡萄糖酸的產率為84.3%。
Tian Zhangliu, et al. Selective photoelectrochemical oxidation of glucose to glucaric acid by single atom Pt decorated defective TiO2. Nature Communication 2023
DOI: 10.1038/s41467-023-35875-9
https://doi.org/10.1038/s41467-023-35875-9
3. Nature Commun.：用于穩定的全固態鋰離子電池的具有梯度氧硫代磷酸鹽涂層的富鎳層狀氧化物正極
高能富鎳層狀氧化物陰極材料如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811)在與全固態鋰基電池中的硫化物固態電解質結合時會發生有害的副反應和界面結構不穩定。西安大略大學孫學良院士和南方科技大學Meng Gu等在這里提出了用氧硫代磷酸鋰(Li3P1+xO4S4x)對NMC811顆粒進行梯度涂覆。
本文要點：
1）通過Li3PO4的原子層沉積和隨后梯度Li3P1+xO4S4x涂層的原位形成，獲得了對NMC811顆粒的精確且保形的覆蓋。NMC811的定制表面結構和化學性質阻止了與晶界中層狀到尖晶石轉變相關的結構退化，并在循環過程中有效地穩定了陰極/固體電解質界面。
2）事實上，當與銦金屬負電極和Li10GeP2S12固體電解質結合測試時，梯度氧硫代磷酸鹽涂覆的NCM811基正電極能夠在0.178 mA/cm2和25℃下在幾乎250次循環后提供128 mAh/g的比放電容量。
Liang, J., Zhu, Y., Li, X. et al. A gradient oxy-thiophosphate-coated Ni-rich layered oxide cathode for stable all-solid-state Li-ion batteries. Nat Commun 14, 146 (2023).
DOI: 10.1038/s41467-022-35667-7
https://doi.org/10.1038/s41467-022-35667-7
4. Nature Commun.：石墨/SiO復合負極中SiO引起的熱不穩定性及石墨與SiO的相互作用
一氧化硅(SiO)表現出比硅更好的循環能力，同時提供比石墨更高的容量，是開發具有更高能量密度的鋰離子電池(LIBs)的合適材料。然而，在穩定的石墨陽極中加入含SiO的硅基材料不可避免地會降低LIBs的循環壽命和日歷壽命，而對其老化機理卻知之甚少。高麗大學Seung-Ho Yu等研究了氧化硅引起的石墨/氧化硅復合陽極的熱不穩定性。
本文要點：
1）作者發現，在熱暴露下，SiO加速了鋰存量的損失，同時促進了鋰從石墨中脫嵌。這種自放電現象是SiO界面上優先副反應以及自發電子和鋰離子遷移以平衡石墨和SiO之間電子能量不平衡的結果，在不含SiO的石墨陽極中觀察到很微弱。
2）理解復合陽極中石墨和SiO之間潛在的電子級相互作用將有助于提高含SiO LIBs在實際操作條件下的儲存壽命。
Lee, B.S., Oh, SH., Choi, Y.J. et al. SiO-induced thermal instability and interplay between graphite and SiO in graphite/SiO composite anode. Nat Commun 14, 150 (2023).
DOI: 10.1038/s41467-022-35769-2
https://doi.org/10.1038/s41467-022-35769-2
5. AM: 21.15%的效率和穩定的γ-CsPbI3鈣鈦礦太陽能電池
三碘化銫鉛（CsPbI3）由于其良好的帶隙和耐熱性，是構建鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的良好吸光材料。然而，CsPbI3膜中的高密度缺陷不僅充當復合中心，而且促進了離子遷移，導致與有機-無機雜化PSC對應物相比，PCE較低，穩定性較差。而通過理論分析表明，抑制CsPbI3薄膜中的缺陷有助于提高器件性能。近日，陜西師范大學劉生忠、劉治科、Duan Yuwei報道了具有21.15%的效率和良好穩定性的γ-CsPbI3鈣鈦礦太陽能電池。
本文要點：
1) 作者利用酰亞胺配體（1,2-二（噻吩-2-基）乙烷-1,2-二酮（DED））作為相穩定劑和缺陷鈍化劑，獲得了穩定高效的γ-CsPbI3 PSCs。通過實驗和計算表明，DED中的羰基和噻吩基通過形成螯合物與CsPbI3協同作用，能有效鈍化Pb相關缺陷并進一步抑制離子遷移。
2) DED處理的CsPbI3 PSC具有21.15%的優異PCE，這是迄今為止報告的CsPb13 PSC中最高PCE之一。此外，當在環境大氣條件下儲存1000小時后，未封裝的DED-CsPbI3 PSC可以保留其初始PCE的94.9%。而當在恒定光照下儲存250小時后，其可以保留其原始PCE的92.8%。
Jungang Wang, et al. 21.15%-Efficiency and Stable γ-CsPbI3 Perovskite Solar Cells Enabled by an Acyloin Ligand. Adv. Mater. 2023
DOI: 10.1002/adma.202210223
https://doi.org/10.1002/adma.202210223
6. AM：具有超高質量負載和面能量密度的3D打印質子贗電容器可在低溫下快速儲能
厚電極和冷凍電解質中緩慢的離子傳輸限制了電化學能量存儲裝置在許多惡劣環境中的實際應用。中國科學技術大學余彥教授和南京航空航天大學Laifa Shen等開發了一種基于高質量負載3D打印WO3陽極、普魯士藍類似物陰極和防凍電解質的3D打印質子贗電容器，它可以在低溫下實現最先進的電化學性能。
本文要點：
1）得益于使用3D打印直接墨水書寫技術的跨尺度3D電極結構，3D打印陰極在23.51mg cm-2的高面積質量負載下實現了7.39 F cm-2的超高面積電容。此外，3D打印的偽電容器提供了3.44 F cm–2的面電容和出色的面能量密度(1.08 mWh cm–2)。由于3D電極的快速離子動力學和混合電解質的高離子電導率，3D打印的超級電容器即使在-60°C時也能提供61.04%的室溫電容。
2）這項工作為極端溫度下具有復雜物理結構的儲能設備的實際應用提供了有效的策略。
Zhang, M., et al, 3D-Printed Proton Pseudocapacitor with Ultra-High Mass Loading and Areal Energy Density for Fast Energy Storage at Low Temperature. Adv. Mater. 2209963.
DOI: 10.1002/adma.202209963
https://doi.org/10.1002/adma.202209963
7. AM：重新審視硬碳負極中的鋰和鈉離子存儲
硬碳陽極的恒電流鋰化/鈉化電壓曲線很簡單，先有斜坡下降，然后是平臺。然而，對相應的氧化還原位點和儲存機制的精確理解仍然難以捉摸，這阻礙了商業應用的進一步發展。高麗大學Young Soo Yun、江原國立大學Hyung-Kyu Lim以及韓國仁荷大學Hyoung-Joon Jin等對硬碳的鋰離子和鈉離子存儲行為進行了綜合比較。
本文要點：
1）作者通過比較，產生了以下關鍵發現:1)傾斜電壓部分由硬碳的石墨晶格中的鋰離子嵌入而呈現，而它主要源于鈉離子在其構成封閉孔的內表面上的化學吸附，即使石墨晶格未被占據；2)無論堿金屬離子如何，平臺容量的氧化還原位點與封閉孔的氧化還原位點相同；3)鈉化平臺容量主要由可用閉孔的體積決定，而鋰化平臺容量主要受嵌入傾向影響；4)插層優先性和平臺容量具有反比關系。
2）這些來自廣泛表征和理論研究的發現相對清楚地闡明了硬碳陽極的電化學足跡與鋰和鈉離子的氧化還原機制和存儲位置的關系，從而為構造更好的硬碳陽極提供了更合理的設計策略。
Kim, H., et al, Revisiting Lithium- and Sodium-Ion Storage in Hard Carbon Anodes. Adv. Mater. 2209128.
DOI: 10.1002/adma.202209128
https://doi.org/10.1002/adma.202209128
8. Angew：電結晶調節實現高度可逆的鋅陽極
實現持久平坦且無枝晶的鋅(Zn)金屬結構是解決由內部短路引起的過早電池失效的關鍵，這在很大程度上取決于電結晶過程中的晶體生長。浙江大學陸盈盈教授等報道了調節內亥姆霍茲平面(HIP)的分子結構可以通過減弱界面上的溶劑化離子吸附來有效地將沉積轉化為活化控制。
本文要點：
1）低于吸附原子自擴散速率的適度電化學反應動力學控制共形層狀Zn生長和主要Zn (0001)織構，實現晶體學優化。通過電解質工程的原位調節，邊緣位置的定向電鍍和剝離行為以及定制的溶劑化結構極大地提高了鋅金屬的利用效率和通過的總電荷，即使在極端條件下，包括高面積容量(3 mAh·cm-2)和寬溫度范圍(-40-60°C)。
2）本工作為實現高性能鋅陽極提供了新的策略。
Shen, Z., et al, Electrocrystallization Regulation Enabled Stacked Hexagonal Platelet Growth toward Highly Reversible Zinc Anodes. Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202218452
https://doi.org/10.1002/anie.202218452
9. Nano Letters：通過仿生懸浮石墨烯纖維進行超靈敏、快速響應、定向氣流感測
為了滿足新興應用的需求，開發高性能、小型化和靈活的氣流傳感器至關重要。基于石墨烯的氣流傳感器受到遲緩的響應和恢復速度以及低靈敏度的阻礙。近日，密蘇里大學Zheng Yan，香港城市大學Ruquan Ye采用具有后結構仿生的激光誘導石墨烯(LIG)來制造高性能、柔性氣流傳感器，包括棉花狀多孔LIG、毛蟲狀垂直LIG纖維和鱗翅目鱗片狀懸浮LIG纖維(SLIGF)結構。
本文要點：
1）結構工程改變了SLIGF在應力作用下的變形行為，其中sli gf鱗片狀結構的同步傳播最有利于氣流傳感。
2）SLIGF實現了最短的平均響應時間0.5 s，最高的靈敏度0.11 s/m，以及創紀錄的低檢測閾值0.0023 m/s，以最先進的氣流傳感器為基準。
3）此外，研究人員還展示了用于天氣預報、健康和通信應用的SLIGF氣流傳感器。因此，研究將有助于開發下一代水流、聲音和運動傳感器。
Libei Huang, et al, Ultrasensitive, Fast-Responsive, Directional Airflow Sensing by Bioinspired Suspended Graphene Fibers, Nano Lett., 2023
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04228
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04228
10. ACS Nano：MXene氣凝膠使電子通道最大化用于高性能可自修復的柔性電子皮膚
在日益流行的微型柔性智能電子產品中，二維材料由于其層狀結構和優異的電學性能，在柔性電子產品的發展中顯示出巨大的潛力。MXenes由于其優良的親水性和金屬導電性，在柔性電子領域引起了廣泛的關注。然而，它們有限的層間間距和自堆疊的趨勢導致在外部壓力下電子通道的有限變化，使得難以利用它們優異的表面金屬導電性。近日，湖北汽車工業學院Yanan Ma，安徽大學Yang Yue，華中科技大學Luying Li報道了快速氣體發泡法用于構建層間可調MXene/rGO氣凝膠，最大化層間電子通道，從而大大提高MXene的表面金屬性。
本文要點：
1）SEM和XPS表征揭示了MXene氣凝膠的層間變化，原位SEM觀察到的結構演變和相應的孔隙率變化表明了其在壓力傳感器領域的潛在應用。
2）所獲得的MXene氣凝膠壓力傳感器表現出優異的傳感性能，包括高靈敏度(1799.5 kPa-1)、快速響應時間(11 ms)、良好的循環穩定性(> 25000次循環)和自修復能力。
3）該傳感器可以高靈敏度地識別來自人體內活動的信號，尤其是脈搏信號和輕微的呼吸。此外，該傳感器可以識別微小的壓力分布，遠程監控壓力信號，并表征人機交互。此外，自愈合PU賦予傳感器自愈合能力，通過自愈合能力，其功能得以保留，例如在幾個自愈合處理循環之后控制電路的狀態。
最大化的電子通道設計提供了一種簡單、有效和可擴展的方法，以有效地利用2D材料如MXenes的優異表面金屬導電性。
Yongfa Cheng, et al, Maximizing Electron Channels Enabled by MXene Aerogel for High-Performance Self-Healable Flexible Electronic Skin, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.2c09933
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09933
11. ACS Nano：基于硅氧烯尺寸調節的超高倍率循環性能雙功能光輔助Li-O2電池
將雙功能光電極直接集成到Li-O2電池中被認為是降低過電位和促進電能節約的有效方法。然而，對于高性能光輔助Li-O2電池，仍然需要對各種雙功能光催化劑進行更常規的研究。近日，陜西師范大學Zong-Huai Liu，Qi Li系統地介紹了受Li-O2電池影響的各種尺寸的硅氧烷光催化劑。
本文要點：
1）與使用較大尺寸的硅氧烷納米片(SNS)相比，基于高達3.72 V的最高放電電勢和1.60 V的最低充電電勢，具有硅氧烷量子點(SQD)光電極的光輔助Li-O2電池提供了230%的優異往返效率，并能夠維持長期循環壽命，在0.075 mA/cm2下200次循環后效率衰減僅為13%。此外，該系統表現出創紀錄的高倍率循環性能(162%的往返效率，甚至在3 mA/cm2下)和在1 mA/cm2下2212 mAh/g的高放電容量。
3）這些突破性的性能可以歸因于SQD光催化劑的光催化和電催化活性的協同效應，其具有理想的導帶/價帶值、豐富的缺陷位以及SQD光催化劑的更強的O2和更低的LiO2吸附強度。
這些系統的研究突出了SQD雙功能光催化劑的重要性，并可以擴展到其他光催化劑，以進一步實現高效的光電轉換和存儲。
Congying Jia, et al, Bifunctional Photoassisted Li?O2 Battery with Ultrahigh Rate-Cycling Performance Based on Siloxene Size Regulation, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.2c12025
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12025
12. ACS Nano：雙功能合金/固體電解質界面層通過預鈍化助力鉀金屬電池
鉀(K)金屬電池由于其低廉的價格、廣泛的分布和可比的能量密度而引起了極大的關注。然而，K金屬的任意枝晶生長和副反應被歸因于高環境敏感性，這是其商業發展的致命弱點。集流體和K金屬之間的界面工程可以為K離子流量調節、枝晶生長抑制、寄生反應抑制等調整表面性質。近日，暨南大學Jinliang Li，香港城市大學Guo Hong精心設計了雙功能層，用于修飾親鉀CC和同時構建穩定的人工SEI層。
本文要點：
1）這種結構是通過一種簡單的預鈍化策略實現的，其中Cu泡沫被一種Sn-K合金和一種人造SEI層(就銅@SKS而言)包裹。Sn-K合金富含氧(O)和氟(F)元素，具有很高的親鉀性和物理化學穩定性。強K結合能(Eb)使合金具有很大的親和力，有助于即將到來的K原子的均勻成核和沉積。
2）具有固有兼容性的自發形成的SEI層抑制了第一鍍覆工藝之前的寄生消耗。在隨后的循環中，該合金呈現出氟化鉀(KF)的低費米能(Ef ),其作為重新分布K原子的長期且適當的屏障。因此，K金屬沉積和保護可以分別通過內部成核誘導合金和外部改進的SEI層同時實現。
3）得益于上述優勢，Cu@SKS負極表現出令人印象深刻的可逆性，平均CE高達99.1%，長循環能力超過900h(1mA cm-2，1 mAh cm-2)，低過電位為0.066 V。普魯士藍類似物(PBA)正極在與Cu@SKS上的K金屬匹配后，在400次循環中也表現出優異的電化學性能。
這項工作提供了對雙功能層的合理理解和設計，以實現更苛刻的沉積和堿金屬負極的保護。
Junpeng Xie, et al, Bifunctional Alloy/Solid-Electrolyte Interphase Layer for Enhanced Potassium Metal Batteries Via Prepassivation, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.2c10535
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10535
