1. Science Advances：用于人工光合作用的納米線光化學二極管
人工光合作用可以通過將水或二氧化碳等小分子轉化為有用的燃料，為我們當前的能源需求提供解決方案。這可以使用光化學二極管來實現，該二極管將兩個互補的光吸收器與合適的電催化劑連接起來。納米線半導體在光吸收和催化活性方面具有獨特的優勢，但需要很好的控制才能將它們集成到整體燃料生產中。近日，加州大學伯克利分校楊培東院士回顧了過去二十年納米線光電化學 (PEC) 的進展，揭示了構建這些納米線光化學二極管的設計原則。
本文要點：
1）作者討論了納米線光電極方面的最新進展，重點關注性能、光電壓、電子能帶結構和催化之間的相互作用。重點放在整體系統集成和半導體-催化劑界面上，這適用于無機、有機或生物催化劑。
2）作者最后強調了可能改善納米線 PEC 系統范圍的進一步方向。
Virgil Andrei, et al, Nanowire photochemical diodes for artificial photosynthesis, Sci. Adv. 9, eade9044 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.ade9044
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade9044
2. Science Advances：用于制造逐層單分子開關的范德瓦爾斯異質結策略
單分子電子學為電子設備的小型化提供了獨特的策略。然而，現有的實驗僅限于傳統的分子連接，其中分子通過連接器錨定到電極對。對于這種棒狀結構，裝置的最小尺寸由分子的長度決定。近日，廈門大學Yang Yang通過將單個分子與兩個單層石墨烯電極結合，我們制造了稱為單分子二維范德瓦爾斯異質結（M-2D-vdWHs）的逐層單分子異質結，其尺寸為由分子的厚度定義。
本文要點：
1）通過施加的電場控制了 M-2D-vdWH 的構象和通過它們的跨平面電荷傳輸，并確定它們可以用作可逆開關。
2）結果表明，由單層 2D 材料和單個分子堆疊而成的 M-2D-vdWHs 可以響應電場刺激，這有望制造出尺寸空前的各種單分子器件。
Yu-Ling Zou, et al, A van der Waals heterojunction strategy to fabricate layer-by-layer single-molecule switch, Sci. Adv. 9, eadf0425 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.adf0425
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf0425
3. Science Advances：自下而上合成具有垂直排列有序微孔的二維碳用于超快納濾
穿有均勻微孔的二維 (2D) 碳材料被認為是制造用于分子分離和具有高速率能力的能量存儲設備的先進膜的理想構建塊。然而，使用傳統穿孔方法在二維碳中創建高密度均勻微孔仍然是一項艱巨的挑戰。近日，韓國科學技術院Minkee Choi報道了有序微孔二維碳的沸石模板自下而上合成。
本文要點：
1）研究人員通過對255種沸石結構的合理分析，發現具有大二維微孔通道和鋁硅酸鹽成分的IWV沸石可以作為碳復制的理想模板。
2）由此產生的碳由極薄的聚芳烴主鏈制成，并包含明確定義的垂直排列的微孔（直徑為 0.69 nm）。其面孔密度 (0.70 nm?2) 遠大于使用自上而下穿孔法制備的多孔石墨烯 (<0.05 nm?2)。
3）通過組裝剝離的二維碳納米片制成的等孔膜在有機溶劑納濾中表現出出色的滲透和分子篩性能。
Chaehoon Kim, et al, Bottom-up synthesis of two-dimensional carbon with vertically aligned ordered micropores for ultrafast nanofiltration, Sci. Adv. 9, eade7871 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.ade7871
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade7871
4. Science Advances：用于溫度和長波紅外傳感的柔性仿生嵌段共聚物復合材料
生物化合物通常為推進材料設計提供線索。在人造材料中復制它們的分子結構和功能基序，為實現前所未有的功能提供了藍圖。在這里，加州理工學院Chiara Daraio報告了一種靈活的仿生熱傳感 (BTS) 聚合物，旨在模擬植物細胞壁成分果膠的離子傳輸動力學。
本文要點：
1）研究人員使用簡單而通用的合成程序，通過在嵌段共聚物結構中插入彈性片段來設計聚合物的物理化學性質，使其具有柔韌性和可拉伸性。
2）柔性聚合物的熱響應比目前最先進的溫度傳感材料（包括氧化釩）高出兩個數量級。
3）由這些復合材料制成的熱傳感器表現出超過 10 mK 的靈敏度，并且即使在反復的機械變形下也能在 15° 至 55°C 之間穩定運行。研究人員展示了在二維陣列中使用我們的柔性 BTS 聚合物進行時空溫度映射和寬帶紅外光電檢測。
Tae Hyun Kim, et al, Flexible biomimetic block copolymer composite for temperature and long-wave infrared sensing, Sci. Adv. 9, eade0423 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.ade0423
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade0423
5. Nature Communications：Pt誘導的準晶態高熵合金原子能級剪裁
在金剛石系統中實現的準晶態為探索非晶態和晶態之間缺失的聯系提供了方向，然而，在合金系統中以受控方式達到這種狀態仍然具有挑戰性。鑒于此，來自吉林大學的Weitao Zheng，吉林大學Kan Zhang和Mao Wen等人基于高熵合金（HEA）中巨大的組成空間和復雜的原子相互作用，提出了一種“原子級剪裁”策略來創建副晶HEA。
文章要點：
1) 該研究表明，添加了具有大且負的混合焓的原子級Pt會導致Pt原子周圍的局部原子重排，以實現目標明確的局部非晶化，這在原子級上將嚴重扭曲的Zr-Nb-Hf-Ta-Mo-HEA晶體分離成高密度的MRO基元；
2) 此外，副晶HEA展現出了高硬度（16.6?GPa）和高屈服強度（8.37?GPa），并通過納米級剪切帶和納米化模式發生變形，HEA中的這種焓引導策略可以提供原子級裁剪能力，以實現有目的地調節結構特征和理想的性能。
He, X., Zhang, Y., Gu, X. et al. Pt-induced atomic-level tailoring towards paracrystalline high-entropy alloy. Nat Commun 14, 775 (2023).
DOI: 10.1038/s41467-023-36423-1
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36423-1
6. EES: 單原子硫實現高性能K離子電池陽極表面儲鉀
由于K離子的體積大、質量重，使得為K離子電池（KIB）尋找具有優異性能的可靠陽極仍極具挑戰。近日，暨南大學賓德善、中國科學院曹安民利用單原子硫實現高性能K離子電池陽極表面儲鉀。
本文要點：
1) 高容量鉀儲存會導致電極嚴重的體積膨脹和不穩定性升高，作者利用單原子硫復合物作為高性能KIB陽極，其實現了高容量、可靠循環性和優異速率的組合。通過所選前體的簡單低溫熱解，可以將高含量（~32wt%）單原子硫共價鍵合到多殼中空納米球的碳晶格中。
2) 單原子硫的優異氧化還原反應活性以及所得S/C復合材料的多孔結構不僅可以實現表面的快速鉀儲存，還可以確保其結構穩定性，從而實現高比容量、優異的速率和循環穩定性。該工作為設計高性能硫基電極提供了新視角。
Yang Guozhan, et al. Surface-Dominated Potassium Storage Enabled by Single-Atomic Sulfur for High-Performance K-Ion Battery Anode. EES 2023
DOI: 10.1039/D3EE00073G
https://doi.org/10.1039/D3EE00073G
7. Angew：用于鈉離子電池的具有可逆 3.2 電子氧化還原反應的高能 NASICON 型 Na3.2MnTi0.8V0.2(PO4)3 正極材料
Na 超離子導體 (NASICON) 結構的正極材料具有強大的結構穩定性和大的 Na+擴散通道，引起了人們對鈉離子電池 (SIB) 的極大興趣。然而，大多數 NASICON 型正極材料表現出每個配方不超過三個電子的氧化還原反應，這嚴格限制了容量和能量密度。近日，武漢理工大學麥立強教授，Liang Zhou合理設計了一系列具有多電子氧化還原反應的NASICON型正極材料(Na3+xMnTi1-xVx(PO4)3, x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1)。
本文要點：
1）優化的材料 Na3.2MnTi0.8V0.2(PO4)3 (NMTVP-0.2) 展示了來自 Ti3+/4+、V3+/4+、Mn2+/3+、Mn3+/4+ 和 V4+ 的 3.2 電子氧化還原反應/5+ 氧化還原對，導致高放電容量 (172.5 mAh g-1) 和超高能量密度 (527.2 Wh kg-1)。
這一貢獻揭示了用于高能 SIB 的具有多電子氧化還原反應的 NASICON 型正極材料的合理構造。
Ping Hu, et al, A High-Energy NASICON-Type Na3.2MnTi0.8V0.2(PO4)3 Cathode Material with Reversible 3.2-Electron Redox Reaction for Sodium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202219304
DOI: 10.1002/anie.202219304
https://doi.org/10.1002/anie.202219304
8. Angew：用于水下/空氣微精密照明和傳感的類兩棲動物柔性有機晶體光纖
水下通信和傳感技術非常需要具有水下操作能力的可見光導光纖。在此，海得拉巴大學Rajadurai Chandrasekar提出具有高縱橫比的機械柔性藍紫色熒光（4,4'-雙（2,6-二（1Hpyrazol-1-基）吡啶-4-基）聯苯）(BPP) 晶體波導。
本文要點：
1）這些毫米長的 BPP 晶體在環境和水下條件下主動和被動地引導光線，展示了它們類似兩棲動物的特性。
2）由于晶體的高度靈活性，光纖在淹沒和環境狀態下的輸出光方向可以機械改變，用于高精度照明和傳感應用。
這種作為傳感材料的多環境兼容和機械柔性有機光纖的發展為短程水下光子技術提供了巨大的潛力。
Avulu Vinod Kumar, et al, Amphibian-like Flexible Organic Crystal Optical Fibers for Underwater/Air Micro-Precision Lighting and Sensing, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300046
DOI: 10.1002/anie.202300046
https://doi.org/10.1002/anie.202300046
9. Angew：通過后質子化增強 2D π-共軛聯吡啶基共價有機骨架的可見光驅動的析氫活性
光催化制氫 (H2) 代表了一種有前途且可持續的技術。基于共價有機框架（COF）的光催化劑受到越來越多的關注。在此，北京理工大學王博教授，Pengfei Li制造了具有專用設計活性位點的二維完全共軛乙烯連接的 COF（BTT-BPy-COF）。
本文要點：
1）引入的聯吡啶位點使一種簡便的質子化后策略能夠微調活性位點，從而顯著提高電荷分離效率并協同增加孔道中的親水性。
2）在調節質子化程度后，最佳 BTT-BPy-PCOF 在可見光下表現出 15.8 mmol g-1 h-1 的顯著產氫速率，超過聯苯基 COF 6 倍。
3）通過使用不同類型的酸，后質子化被證明是促進光催化產氫的潛在通用策略。該策略將為高效有機半導體光催化劑的設計提供重要指導。
Lu Dai, et al, Enhancement of Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution Activity of 2D π-Conjugated Bipyridine-Based Covalent Organic Frameworks via Post-Protonation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300224
DOI: 10.1002/anie.202300224
https://doi.org/10.1002/anie.202300224
10. AM：納米團簇的原子精確雜原子核裁剪以增強太陽能制氫
雖然核殼納米材料非常適合實現增強的光學和催化性能，但它們在原子水平控制下的合成具有挑戰性。在這里，韓國基礎科學研究所Megalamane S. Bootharaju，Taeghwan Hyeon，廈門大學鄭南峰，首爾大學Jong Suk Yoo展示了 [Au12Ag32(SePh)30]4― 的合成和晶體結構，這是第一個硒化 Au-Ag 核殼納米團簇的例子，它包含一個金二十面體核，被困在銀十二面體中，由 Ag12(SePh) 30殼。
本文要點：
1）Au核強烈改變了整體電子結構并產生協同效應，導致穩定性和近紅外 II 光致發光的高度增強。Au12Ag32 及其同金屬類似物 Ag44 與 TiO2 的氧空位表現出強烈的相互作用，促進了光催化的界面電荷轉移。
2）事實上，Au12Ag32/TiO2 表現出顯著的太陽能 H2 產量（6810 μmol g-1 h-1），分別比 Ag44/TiO2 和 TiO2 高約 6.2 倍和約 37.8 倍。良好的穩定性和可回收性以及最小的催化活性損失是 Au12Ag32/TiO2 的附加特性。
3）實驗和計算結果表明，Au12Ag32 具有良好的電子結構，可作為一種有效的助催化劑，該電子結構與 TiO2 帶對齊，由于 Au12 核帶負電荷，可增強光生載流子的分離。
該研究將推動揭示其他納米團簇的結構-催化活性關系。
Megalamane S. Bootharaju, et al, Atom-precise heteroatom core-tailoring of nanoclusters for enhanced solar hydrogen generation, Adv. Mater., 2023
DOI: 10.1002/adma.202207765.
https://doi.org/10.1002/adma.202207765
11. AM：使用商品聚丙烯增材制造碳
碳材料對現代社會的發展至關重要，在儲能和高性能復合材料等各種應用中不可或缺。盡管取得了很大進展，但控制三維 (3D) 宏觀配置的按需碳制造仍然是一個棘手的挑戰，阻礙了它們在許多需要結構化材料和產品的領域的直接使用。近日，南密西西比大學Zhe Qiang介紹了一種簡單且可擴展的方法，可以使用易于獲取的材料和技術生成復雜的大規模碳結構。
本文要點：
1）3D 打印的商業聚丙烯 (PP) 部件可以通過促進裂化的擴散和交聯來實現熱穩定。研究發現，厚 PP 部件通過隨后的熱解步驟可以生產具有復雜結構的碳質產品。實現 PP 到碳轉化的方法具有一致的產品產量和可控的尺寸收縮。
2）在優化的加工條件下，這些 PP 衍生的碳表現出強大的機械性能和出色的焦耳加熱性能，這通過它們作為加熱元件的多功能用途得到證明。此外，該工藝可以擴展到回收 PP，從而將廢塑料材料轉化為增值產品。
這項工作提供了一種創新的方法來創建結構化碳材料，可以直接訪問復雜的幾何形狀，這可以改變許多重要的技術應用并廣泛受益。
Paul Smith, et al, Additive Manufacturing of Carbon using Commodity Polypropylene, Adv. Mater., 2023
DOI: 10.1002/adma.202208029
https://doi.org/10.1002/adma.202208029
12. AM：通過降低共軛主鏈單元的中心對稱性，本征可拉伸聚合物半導體具有良好的延展性和高電荷遷移率
本質上可拉伸的聚合物半導體對柔性電子產品要求很高。然而，對于聚合物半導體來說，實現固有拉伸性和電荷傳輸性能之間的協同作用仍然具有挑戰性。近日，中科院化學所Deqing Zhang，Cheng Li通過將非中心對稱螺[環烷烴- 1,9'-芴]（螺-芴）單元并入，將三元共聚物優化為具有良好延展性和高電荷遷移率的本征可拉伸聚合物半導體基于二酮吡咯并吡咯 (DPP) 的共軛聚合物的主鏈。
本文要點：
1）結果表明，與不含螺芴單元的母體 DPP 基共軛聚合物相比，這些三元共聚物表現出明顯的高開裂應變，并且它們的拉伸模量顯著降低。它們在 100% 應變下，甚至在 50% 應變下重復拉伸和釋放循環 500 次后，同時表現出高電荷遷移率 (>1.0 cm2V-1s-1)。
2）三元共聚物 P2，其中環丙烷與螺 - 芴單元連接，是報道最充分的本征可拉伸聚合物半導體之一，即使在 150% 應變下，其遷移率也高達 3.1 cm2V-1s-1，重復后遷移率高達 1.4 cm2V-1s-1拉伸和釋放循環1000次。
3）基于二維掠入射廣角 X 射線散射 (GIWAXS) 和吸收光譜數據，主鏈中非中心對稱螺 - 芴單元的隨機存在導致薄膜結晶度降低。然而，相應的鏈間層狀和 π-π 堆疊距離縮短，因為螺 - 芴單元不包含龐大的烷基鏈。
這些三元共聚物薄膜的這種微觀結構同時滿足了拉伸性和電荷遷移率的結構要求。
Xiaobo Yu, et al, Intrinsically Stretchable Polymer Semiconductors with Good Ductility and High Charge Mobility through Reducing the Central Symmetry of the Conjugated Backbone Units, Adv. Mater., 2023
DOI:10.1002/adma.202209896
https://doi.org/10.1002/adma.202210746
