1. Nature Materials：抑制富鋰陰極材料中的集體陽(yáng)離子遷移作為緩解電壓滯后的策略
富鋰陰極由于具有高能量密度因?yàn)槌蔀闃O具應(yīng)用前景的儲(chǔ)能材料，然而，與過(guò)渡金屬遷移相關(guān)的電壓滯后極大限制了它們的能量效率和在實(shí)際設(shè)備中的應(yīng)用。近日，來(lái)自勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室材料科學(xué)部的Gerbrand Ceder等人發(fā)現(xiàn)了電壓滯后與金屬離子的集體遷移有關(guān)，并證實(shí)，部分陽(yáng)離子無(wú)序的陰極材料可以適應(yīng)高水平的過(guò)渡金屬遷移，從而將對(duì)氧化還原偶的選擇擴(kuò)展到移動(dòng)陽(yáng)離子的選擇。1) 研究通過(guò)產(chǎn)生部分無(wú)序?qū)⑦w移事件彼此隔離可以產(chǎn)生高容量可逆陰極材料，并且即使在存在遷移的過(guò)渡金屬離子的情況下也是如此；2) 此外，研究在層狀富鋰鉻錳氧化物上進(jìn)行了進(jìn)一步證實(shí)，該氧化物在其完全有序狀態(tài)下顯示出了顯著的電壓滯后（>2.5?V），這與過(guò)渡金屬集體遷移到Li層有關(guān)，然而當(dāng)集體遷移受到部分無(wú)序干擾時(shí)卻可以實(shí)現(xiàn)高容量（>360?mAh·g?1）和能量密度（>1100?Wh·kg?1）。
Huang, J., Ouyang, B., Zhang, Y. et al. Inhibiting collective cation migration in Li-rich cathode materials as a strategy to mitigate voltage hysteresis. Nat. Mater. (2023).DOI: 10.1038/s41563-022-01467-zhttps://doi.org/10.1038/s41563-022-01467-z
2. Nature Materials：混合離子-電子傳導(dǎo)聚合物中的離子可調(diào)諧反二極性使生物真實(shí)的有機(jī)電化學(xué)神經(jīng)元成為可能
生物集成神經(jīng)形態(tài)硬件有望用于記錄/調(diào)節(jié)生物系統(tǒng)中信號(hào)的新協(xié)議。要使這種人工神經(jīng)電路成功，需要最小的設(shè)備/電路復(fù)雜性和類似于生物學(xué)中發(fā)現(xiàn)的基于離子的操作機(jī)制。基于硅基互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體或負(fù)微分電阻器件電路的人工尖峰神經(jīng)元可以模擬多種神經(jīng)功能，但制造復(fù)雜，不具有生物相容性，并且缺乏基于離子/化學(xué)的調(diào)制功能。鑒于此，瑞典林雪平大學(xué)Simone Fabiano等人報(bào)告了一種基于生物真實(shí)電導(dǎo)的有機(jī)電化學(xué)神經(jīng)元 (c-OECN)，它使用具有穩(wěn)定離子可調(diào)反雙極性的混合離子-電子導(dǎo)電梯型聚合物。后者用于模擬生物神經(jīng)元鈉通道的激活/失活和鉀通道的延遲激活。這些 c-OECN 可以在接近 100Hz 的生物合理頻率下發(fā)出脈沖，模擬最關(guān)鍵的生物神經(jīng)特征，展示隨機(jī)脈沖并啟用基于神經(jīng)遞質(zhì)/氨基酸/離子的脈沖調(diào)制，然后用于刺激體內(nèi)生物神經(jīng)。使用以前的技術(shù)不可能實(shí)現(xiàn)這些組合功能。總之，研究人員基于聚苯并咪唑苯并菲咯啉的 OECT 中展示了基于高度可調(diào)、穩(wěn)定和可逆的反雙極行為的生物現(xiàn)實(shí)OECN。由 Na+ 和 K+ 離子調(diào)制的兩個(gè) OECT 類似于生物神經(jīng)元中的電壓門(mén)控離子通道，可實(shí)現(xiàn)各種神經(jīng)特征以及與小鼠迷走神經(jīng)的輕松感知和整合。類似的穩(wěn)定階梯狀共軛聚合物被功能化以與特定生物分子相互作用，是實(shí)現(xiàn)基于事件的智能閉環(huán)內(nèi)部傳感和反饋神經(jīng)形態(tài)生物醫(yī)學(xué)系統(tǒng)和未來(lái)腦機(jī)接口的可能途徑。
Harikesh, P.C., Yang, CY., Wu, HY. et al. Ion-tunable antiambipolarity in mixed ion–electron conducting polymers enables biorealistic organic electrochemical neurons. Nat. Mater. (2023).https://doi.org/10.1038/s41563-022-01450-8
3. Chem. Soc. Rev.: 用于電催化CO2還原反應(yīng)的功能多孔框架的合理設(shè)計(jì)
電催化CO2還原反應(yīng)（ECO2RR）是最有潛力實(shí)現(xiàn)未來(lái)較低碳排放的方法之一，但目前的ECO2RR技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用之間仍存在巨大差距。因此，設(shè)計(jì)和制備具有優(yōu)異的活性、選擇性和穩(wěn)定性的ECO2RR催化劑已引起廣泛關(guān)注。近日，北京理工大學(xué)王博、楊文秀綜述研究了用于電催化CO2還原反應(yīng)的功能多孔框架的合理設(shè)計(jì)。1) 作為一種典型的功能性多孔框架，結(jié)晶多孔材料（例如金屬有機(jī)框架（MOF）和共價(jià)有機(jī)框架（COF））和衍生多孔材料（如MOF/COF復(fù)合材料和熱解產(chǎn)物）由于其具有可設(shè)計(jì)的孔隙率、可改性的骨架、柔性活性位點(diǎn)結(jié)構(gòu)、，可調(diào)節(jié)的電荷轉(zhuǎn)移途徑和可控的形態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，并且隨著納米表征和理論計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，功能多孔框架的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系受到越來(lái)越多的關(guān)注，即金屬元素類型、局部配位環(huán)境和微觀結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)于ECO2RR的選擇性、活性和傳質(zhì)效率。2) 作者基于金屬元素類型、局部配位環(huán)境和微觀結(jié)構(gòu)三個(gè)關(guān)鍵因素，系統(tǒng)概括了功能性多孔框架的合理設(shè)計(jì)策略。然后，按照MOF、COF、復(fù)合材料和熱解物的順序詳細(xì)闡述了功能性多孔框架的結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系，并分析上述三個(gè)因素對(duì)其ECO2RR性能的影響。最后，作者提出了進(jìn)一步開(kāi)發(fā)ECO2RR功能多孔框架的挑戰(zhàn)和前景。
Changli Wang et al. A rational design of functional porous frameworks for electrocatalytic CO2 reduction reaction. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00843B
4. Nature Communication：核殼顆粒的共軛雙尺寸效應(yīng)協(xié)同雙金屬催化
核殼雙金屬納米催化劑在非均相催化中引起了極大關(guān)注。而根據(jù)高催化活性的特定幾何結(jié)構(gòu)和電子特性對(duì)調(diào)整核心尺寸和外殼厚度極其重要，但也極具挑戰(zhàn)性。近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)路軍嶺、李微雪、韋世強(qiáng)報(bào)道了核殼顆粒的共軛雙尺寸效應(yīng)協(xié)同雙金屬催化。1)以Au@Pd核殼催化劑為例，作者通過(guò)系統(tǒng)研究并揭示了其具有兩個(gè)單層Pd殼和大尺寸Au核，可以有效消除晶格收縮和配體失穩(wěn)對(duì)苯甲醇的吸附特性的影響。此外，作者制備了一系列具有各種核尺寸和殼厚度的Au@Pd/SiO2催化劑。2) 在芐醇氧化反應(yīng)中，作者發(fā)現(xiàn)其催化活性隨核尺寸單調(diào)增加，而隨殼厚度非單調(diào)變化，其中在一個(gè)6.8 nm的大核和殼層厚度約為2-3個(gè)單層Au@Pd催化劑?上具有最佳的催化活性。該發(fā)現(xiàn)突出了雙金屬催化中的共軛雙粒度效應(yīng)。
Xiaohui Zhang, et al. Conjugated dual size effect of core-shell particles synergizes bimetallic catalysis. Nature Communication 2023DOI: 10.1038/s41467-023-36147-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-36147-2
5. Matter：磁活性液固相過(guò)渡物質(zhì)
磁驅(qū)動(dòng)微型機(jī)器可以執(zhí)行多模態(tài)運(yùn)動(dòng)和可編程變形。然而，它們要么是具有有限形態(tài)適應(yīng)性的固體磁性彈性體，要么是具有低機(jī)械強(qiáng)度的液體材料系統(tǒng)。鑒于此，中山大學(xué)蔣樂(lè)倫、卡耐基梅隆大學(xué)Carmel Majidi等人報(bào)道了由嵌入液態(tài)金屬中的磁性釹鐵硼微粒組成的磁活性相過(guò)渡物質(zhì)（MPTM）。MPTM可以通過(guò)交變磁場(chǎng)加熱或通過(guò)環(huán)境冷卻在固相和液相之間可逆地切換。通過(guò)這種方式，它們獨(dú)特地結(jié)合了高機(jī)械強(qiáng)度（強(qiáng)度，21.2MPa；剛度，1.98 GPa）、高負(fù)載能力（能夠承受30 kg）和快速移動(dòng)速度（>1.5 m/s）（在固相中）以及優(yōu)異的形態(tài)適應(yīng)性（伸長(zhǎng)、分裂和合并）。研究人員通過(guò)實(shí)現(xiàn)用于智能組裝的智能焊接機(jī)和通用螺釘以及用于在模型胃中去除異物和藥物輸送的機(jī)器，展示了MPTM的獨(dú)特功能，展示了其動(dòng)態(tài)形狀可重構(gòu)性。
Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter. Matter 2023.https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.12.003
6. JACS: 用于高效光催化的超大孔三維共價(jià)有機(jī)框架
得益于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，三維（3D）大孔COF材料具有高表面積和互連的大通道，使得這些材料極具應(yīng)用前景。近日，吉林大學(xué)方千榮、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)江海龍報(bào)道了用于高效光催化的超大孔三維共價(jià)有機(jī)框架。1) 作者基于卟啉或金屬卟啉設(shè)計(jì)了一系列功能性3D stp拓?fù)銫OF，并將其命名為JUC-640-M（M=Co、Ni或H）。在所有晶體材料中，JUC-640-H具有極低的晶體密度（0.106 cm3 g–1），以及具有最大的互連孔徑（4.6 nm）、高表面積（2204 m2 g–1）和豐富的卟啉暴露（0.845 mmol g–1）。2) 受其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征和光電性能啟發(fā)，作者將JUC-640-Co用于CO2光還原為CO，其表現(xiàn)出高的CO產(chǎn)率（15.1 mmol g–1 h–1）、選擇性（94.4%）和穩(wěn)定性。并JUC-640-CO的CO產(chǎn)率已超過(guò)所有報(bào)告的COF基材料的CO產(chǎn)率。該工作不僅合成了一系列具有大通道的新型3D COF，而且為COF的功能化和應(yīng)用提供了新的指導(dǎo)。
Jiehua Ding, et al. Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks with Ultra-Large Pores for Highly Efficient Photocatalysis. JACS 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13817https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13817
7. Angew: 用于超穩(wěn)定鋅陽(yáng)極的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠電解質(zhì)
鋅（Zn）金屬陽(yáng)極受到不可控鋅枝晶和界面寄生副反應(yīng)的限制，從而阻礙了水性可充電鋅電池（ARZB）的實(shí)際應(yīng)用。近日，武漢大學(xué)周金平引入了基于兩性纖維素的雙網(wǎng)絡(luò)作為水凝膠電解質(zhì)來(lái)克服這些障礙。1) 一方面，兩性基團(tuán)可以構(gòu)建陰離子/陽(yáng)離子傳輸通道，并通過(guò)Zn2+離子通量均勻化來(lái)調(diào)節(jié)Zn（002）晶面上的電沉積過(guò)程。另一方面，帶負(fù)電的羧基和Zn2+離子之間的強(qiáng)鍵合作用促進(jìn)了[Zn（H2O）6]2+的去溶劑化過(guò)程，從而消除副反應(yīng)。2) 基于上述兩種功能，水凝膠電解質(zhì)在20 mA cm?2/20 mAh cm?2下具有7 Ah cm?2的超穩(wěn)定循環(huán)容量。并且Zn||NVO紐扣電池在500 mA g?1下具有299 mAh g?1的高可逆比容量，在2000 mA g?1下經(jīng)過(guò)2 000次循環(huán)后具有86%的高容量保持率。該工作為開(kāi)發(fā)水凝膠電解質(zhì)以實(shí)現(xiàn)高性能ARZB的穩(wěn)定陽(yáng)極提供了重要指導(dǎo)。
Haodong Zhang, et al. Amphoteric Cellulose-Based Double-Network Hydrogel Electrolyte Toward Ultra-stable Zn Anode. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202217833https://doi.org/10.1002/anie.202217833
8. Angew: 用于增強(qiáng)和穩(wěn)定催化CO氧化的多孔單晶TiO2孔隙率形成的原位觀察
通過(guò)在單晶中引入孔隙可以創(chuàng)造一種新型的多孔材料，它可以保持孔隙率和結(jié)構(gòu)一致性。近日，中國(guó)科學(xué)院謝奎原位觀察了多孔單晶TiO2整體中孔隙率形成過(guò)程。1) 作者通過(guò)將KTiOPO4（KTP）單晶轉(zhuǎn)化為多孔單晶（PSC）TiO2，并使用原位透射電子顯微鏡對(duì)固體到固體轉(zhuǎn)化的過(guò)程進(jìn)行了觀察，進(jìn)而揭示了其孔隙率的形成過(guò)程。在KTP表面上具有相同晶格取向的TiO2簇的孤立晶核將從TiO2/KTP界面向母相移動(dòng)，并生長(zhǎng)PSC TiO2。2) PSC TiO2結(jié)構(gòu)中的相對(duì)密度主導(dǎo)其孔隙度，并在宏觀的轉(zhuǎn)變過(guò)程中保持不變。多孔的單晶結(jié)構(gòu)可以穩(wěn)定氧空位并活化晶格氧，從而增強(qiáng)了三維滲流和物質(zhì)擴(kuò)散。在75°C的空氣中，Pt簇沉積的PSC TiO2具有增強(qiáng)和穩(wěn)定的CO氧化催化活性。
Fangyuan Cheng, et al. In situ Observation of Porosity Formation in Porous Single-crystalline TiO2 Monolith for Enhanced and Stable Catalytic CO Oxidation. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202300480https://doi.org/10.1002/anie.202300480
9. Angew: 二維層狀納米通道膜中的選擇性離子輸運(yùn)
在環(huán)境、能源和資源相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用中，急需設(shè)計(jì)具有精確和超快離子篩選能力的全選擇性層狀膜。近日，西安建筑科技大學(xué)Wang Lei綜述研究了二維層狀納米通道膜中的選擇性離子輸運(yùn)。1) 由二維（2D）納米片平行堆疊而成的全選擇性層狀膜為下一代分離技術(shù)的發(fā)展開(kāi)辟了新的途徑，因?yàn)槠渚哂锌稍O(shè)計(jì)的內(nèi)部納米通道并能實(shí)現(xiàn)性能多樣性。首先，作者從起始材料討論到同層和異層納米結(jié)構(gòu)的制備策略。2) 然后，作者探索了其性質(zhì)和性能之間的關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)了其物理結(jié)構(gòu)特征、化學(xué)特性和外部環(huán)境刺激等因素對(duì)納米約束下離子傳輸行為的影響。作者還介紹了2D膜在脫鹽、離子回收和能量轉(zhuǎn)換方面的現(xiàn)有和潛在應(yīng)用，并討論了該領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和未來(lái)研究方向。
Wang Jin, et al. Selective Ion Transport in Two-Dimensional Lamellar Nanochannel Membranes. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202218321https://doi.org/10.1002/anie.202218321
10. Angew: 用于高效析氫的雙原子調(diào)諧RuBi-SAA/Bi@OG納米結(jié)構(gòu)
Ru納米顆粒表面的電荷再分配可以顯著影響HER電催化活性。近日，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)吳宇恩報(bào)道了用于高效析氫的雙原子調(diào)諧RuBi-SAA/Bi@OG納米結(jié)構(gòu)。1) 作者通過(guò)一步熱解法成功制備了雙原子調(diào)諧RuBi-SAA/Bi@OG結(jié)構(gòu)，其具有以Bi?O單點(diǎn)摻雜石墨烯為載體的RuBi單原子合金納米顆粒結(jié)構(gòu)。RuBi-SAA/Bi@OG中合金化的Bi單原子和相鄰的Bi-O單點(diǎn)可以協(xié)同調(diào)節(jié)Ru表面的電子轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)最佳的電荷再分配。2) 所得到的RuBi-SAA/Bi@OG催化劑具有優(yōu)異的堿性HER活性。在150 mV的過(guò)電位下，其質(zhì)量活性高達(dá)65000 mA mg–1，是商用Pt/C的72.2倍。DFT計(jì)算表明RuBi-SAA/Bi@OG在HER過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了最佳的電荷再分配，從而有利于加強(qiáng)水的吸附并削弱氫吸附自由能。這種Ru納米粒子表面電荷再分配的雙原子調(diào)諧策略為開(kāi)發(fā)高效電催化劑開(kāi)辟了一條新途徑。
Xiaole Zhao, et al. A Double Atomic-Tuned RuBi SAA/Bi@OG Nanostructure with Optimum Charge Redistribution for Efficient Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202300879https://doi.org/10.1002/anie.202300879
11. AM: 通過(guò)調(diào)節(jié)相變動(dòng)力學(xué)提高高性能有機(jī)光伏電池的光子利用效率
高效的光子利用是實(shí)現(xiàn)高性能有機(jī)光伏（OPV）電池的關(guān)鍵。近日，中國(guó)科學(xué)院侯劍輝、Cui Yong通過(guò)調(diào)節(jié)相變動(dòng)力學(xué)提高高性能有機(jī)光伏電池的光子利用效率。1) 作者通過(guò)調(diào)節(jié)供體和受體相變動(dòng)力學(xué)，在基于PBQx TCl:PBDB-TF:eC9-2Cl的系統(tǒng)中構(gòu)建了多尺度纖維網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，并系統(tǒng)研究了其獨(dú)特的相變過(guò)程和晶體尺寸。PBQx-TCl和eC9-2Cl在三元膜中形成直徑約為25nm的纖維結(jié)構(gòu)。此外，由PBDB-TF組裝的纖維均勻分布在PBQx-TCl和eC9-2Cl的纖維網(wǎng)絡(luò)上。2) 理想的多尺度纖維網(wǎng)絡(luò)形態(tài)使三元系統(tǒng)具有比二元系統(tǒng)更優(yōu)越的電荷轉(zhuǎn)移和傳輸過(guò)程；這些改進(jìn)增強(qiáng)了光子利用效率。作者在單結(jié)OPV電池中實(shí)現(xiàn)了19.51%的高功率轉(zhuǎn)換效率，并且三元電池的外量子效率在500–800 nm的寬范圍內(nèi)超過(guò)85%。作者還制作了一個(gè)串聯(lián)OPV電池，其可以增加太陽(yáng)光子吸收，并且串聯(lián)電池具有超過(guò)20%的優(yōu)異PCE。
Pengqing Bi, et al. Enhancing Photon Utilization Efficiency for High-Performance Organic Photovoltaic Cells via Regulating Phase Transition Kinetics. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202210865https://doi.org/10.1002/adma.202210865
12. ACS Nano：配體工程調(diào)控原子級(jí)精確的金納米團(tuán)簇的催化活性和穩(wěn)定性
由金屬內(nèi)核和保護(hù)配體組成的金屬納米團(tuán)簇(NCs)顯示出作為酶模擬物用于生產(chǎn)燃料、藥物和有價(jià)值的化學(xué)品等的巨大潛力。近日，天津大學(xué)-新加坡國(guó)立大學(xué)福州聯(lián)合學(xué)院Jianping Xie，姜忠義，天津大學(xué)Jiafu Shi等探討了配體在調(diào)控Au NC的過(guò)氧化物酶模擬活性和穩(wěn)定性中的關(guān)鍵作用。1）作者采用一系列不同硫醇配體保護(hù)的Au15(SR)13 NC [SR =SR = N-acetyl-l-cysteine (NAC), 3-mercaptopropionic acid (MPA), 或 3-mercapto-2-methylpropanoic acid (MMPA)] 作為模型催化劑。研究發(fā)現(xiàn)，由于分子內(nèi)氫鍵，Au15(NAC)13比Au15(MMPA)13和Au15(MPA)13對(duì)外部刺激（例如 pH、氧化劑和溫度）表現(xiàn)出更高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。2）更重要的是，詳細(xì)的酶動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)表明，Au15(NAC)1的催化活性分別比Au15(MMPA)13和Au15(MPA)13的催化活性高4.3倍和2.7倍。3）密度泛函理論 (DFT) 計(jì)算表明 Au NCs 基序上的 Au 原子應(yīng)該是活性中心，而Au15(NAC)13的優(yōu)異過(guò)氧化物酶模擬活性應(yīng)該源于Au原子的空軌道，因?yàn)镹AC中乙酰氨基的吸電子作用。這項(xiàng)工作展示了配體工程在調(diào)控原子精確金屬NC的電子結(jié)構(gòu)和功能的巨大潛力，為人工酶設(shè)計(jì)提供了分子和原子水平的見(jiàn)解。
Huiting Shan, et al. Modulating Catalytic Activity and Stability of Atomically Precise Gold Nanoclusters as Peroxidase Mimics via Ligand Engineering. ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c09238https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c09238
