1. Nature Materials: 具有高效電子和離子傳輸的有序自組裝納米復合材料
能有效傳導離子和電子的混合導體材料是一類重要的功能性固體材料。近日，SLAC國家加速器實驗室Christopher J. Takacs、斯坦福大學Alberto Salleo、Alexander Giovannitti將有機半導體與離子液體混合形成的有機納米復合材料，具有高效的室溫混合傳導特性。1) 作者使用一種已知形成半結晶微結構的聚合物，將離子嵌入到微晶的側鏈結構中，從而保持電子傳輸路徑完整。因此，得到的有序材料具有剛性半導體片和軟離子傳導層的交替層。2) 這種獨特的雙網絡微結構使其成為具有類液體離子傳輸和高度移動電荷的動態離子/電子納米復合材料。通過結合X射線散射和原位光譜表征，作者確認了納米復合材料的有序結構，并揭示了導致其有效電子傳輸的機制。該結果為有機半導體中的電荷輸運提供了基本的見解，并為這些納米復合材料的未來改進提供了一條途徑。
Tyler J. Quill et.al An ordered, self-assembled nanocomposite with efficient electronic and ionic transport. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01476-6https://doi.org/10.1038/s41563-023-01476-6
2. Nature Synthesis: 具有精確長度、直徑和手性的共價有機柱分子納米管的合成
具有明確結構的納米管的構建雖然極具挑戰性，但卻能夠為研究新的化學反應和有限空間內的傳輸以及制造分子器件和納米多孔材料提供巨大前景。近日，來自廈門大學的Andrew C.-H. Sue等人研發了一種離散的分子納米管，即共價有機柱COP-1，通過[2+5] 亞胺縮合反應涉及兩個五醛大環和五個苯二胺的連接體。1) 研究發現，以定量和非對映選擇性的方式獲得的一對對映體納米管成功被表征到，并且其容易發生分解，核磁共振波譜、等溫滴定量熱法和X射線晶體學研究表明，COP-1內的2-nm長和4.7-?寬的一維通道可以容納具有互補長度和電子密度分布的α，ω-二取代n-烷基鏈；2) 此外，在長度不匹配的主客體對中，該研究發現非亞甲基二溴化物線不僅在溶液中展現出降低的結合常數，而且在固態下能夠適應COP-1內能量上不利的gauche構象。
Tian, Y., Guo, Y., Dong, X. et al. Synthesis of covalent organic pillars as molecular nanotubes with precise length, diameter and chirality. Nat. Synth (2023).DOI: 10.1038/s44160-022-00235-whttps://doi.org/10.1038/s44160-022-00235-w
3. Nature Catalysis: 超小無定形氧化鋯納米顆粒催化聚烯烴氫解
碳-碳鍵裂解反應適合于分解脂肪族烴聚合物并回收塑料廢物中的固有能量和碳值，通常由金屬納米顆?；蚩諝饷舾械挠袡C金屬催化。用作這些催化劑載體的金屬氧化物通常被認為是惰性的。近日，愛荷華州立大學Wenyu Huang、Aaron D. Sadow、南卡羅來納大學Andreas Heyden利用超小無定形氧化鋯納米顆粒催化聚烯烴氫解。1) 作者發現含量豐富的、不可還原的氧化鋯催化聚烯烴氫解，其活性與貴金屬納米顆粒相當。為了利用該反應活性，作者將超小的無定形氧化鋯納米顆粒固定在兩個融合的介孔二氧化硅薄片之間。2) 其中大分子通過徑向介孔從本體轉移到高度活性的氧化鋯顆粒，并經歷選擇性的氫裂解，形成窄的C18中心。此外，作者通過計算表明，不飽表面位置的Zr（O）2結構的Zr–O鍵上的C–H鍵異裂產生了一個烴基鋯，其通過β-烷基消除裂解C–C鍵。
Shaojiang Chen, et al. Ultrasmall amorphous zirconia nanoparticles catalyse polyolefin hydrogenolysis. Nature Catalysis 2023DOI: 10.1038/s41929-023-00910-xhttps://doi.org/10.1038/s41929-023-00910-x
4. Nature Communications: 具有深度學習的真實質子交換膜燃料電池的大規模物理精確建模
質子交換膜燃料電池消耗氫氣和氧氣來產生清潔的電力和水，因而面臨著嚴重的液態水挑戰。但多尺度、多層多孔介質中的多相、多組分、反應動力學，精確的液態水建模仍然面臨挑戰。此外，目前成像和建模能力不足，因此將模擬局限在了小范圍（<1?mm2）或簡化的結構。鑒于此，來自新南威爾士大學的Ryan T. Armstrong，Chuan Zhao，Quentin Meyer等人通過使用X射線微計算機斷層掃描、深度學習超分辨率、多標記分割和直接多相模擬實現了水建模的突破。1) 該研究提出的模擬方法所生成的圖像具有極高的分辨率（16?mm2，且體素分辨率為700?nm），同時也是燃料電池的最大直接多相流模擬圖；2) 此外，這種通用方法揭示了氣體擴散層和流場中大面積干燥和淹沒區域的多尺度水聚集和輸送機制，為具有優化結構和耐濕性的下一代質子交換膜燃料電池奠定了良好基礎。
Wang, Y.D., Meyer, Q., Tang, K. et al. Large-scale physically accurate modelling of real proton exchange membrane fuel cell with deep learning. Nat Commun 14, 745 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-35973-8https://doi.org/10.1038/s41467-023-35973-8
5. Nature Communications：“一箭雙雕”戰略，實現效率超過25%的鈣鈦礦太陽能電池
盡管鈣鈦礦太陽能電池因其驚人的功率轉換效率而備受關注，但其進一步發展仍受到其整體性能的阻礙，尤其是長期穩定性、大面積制造和穩定的模塊效率。本質上來說，金屬鹵化物鈣鈦礦的軟組分和離子電子性質通常都伴隨著大量陰離子空位缺陷，這些缺陷充當復合中心，因而降低光伏效率和運行穩定性。近日，來自陜西師范大學的Kui Zhao，Shengzhong (Frank) Liu，中國科學院大連化學物理研究所Wenming Tian等人開發了一種“一石二鳥”策略，其中通過使用單一脒基配體，即3-脒吡啶，用于制備金屬鹵化物鈣鈦礦，有望應用于大規模制造。1) 該研究提出的策略，在結晶過程中可以原位實現陰離子固定和相關的欠配位Pb鈍化，以克服上述挑戰，所得器件獲得了高達25.3%的功率轉換效率，并顯著提高了穩定性；2) 此外，沒有封裝的器件在真空暴露5000 h之后保持了92%的初始效率，封裝的器件在>500小時后仍保持其初始效率的95%，在環境中連續光照射下以最大功率進行工作。
Yang, T., Gao, L., Lu, J. et al. One-stone-for-two-birds strategy to attain beyond 25% perovskite solar cells. Nat Commun 14, 839 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-36229-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-36229-1
6. Nature Communications: 用于空氣凈化的長壽命可水洗陶瓷催化劑過濾器
顆粒物（PM）和揮發性有機化合物（VOCs）被認為是威脅人類健康的有害空氣污染物，目前用于空氣凈化一次性過濾器經常需要更換和產生廢物。然而，開發一種用于長期使用的新型可再生和穩定過濾器仍然是一個巨大的挑戰。近日，來自三星高級技術學院的Hyun Chul Lee等人開發了一種新型的易水洗再生陶瓷催化劑過濾器（CCFs）。1) 該過濾器通過分別用無機膜和Cu2O/TiO2光催化劑涂覆內部和外部過濾器通道，在單程中同時去除PM（>95%）和VOCs（>82%），并達到最大化空間效率，并且相對于傳統過濾器（5?g/L），CCF展現出的最大粉塵裝載能力增加了四倍（約20?g/L），還可以在十次再生能力后重復使用，水洗后也可保持初始PM和VOC去除性能；2) 此外，CCF可以用于室內和室外空氣凈化多達20年，與傳統過濾器的6個月壽命相比，其壽命大大增加，，并且研究認為，開發和實施用于空氣凈化的CCF可以通過可再生性和零廢物產生的特點為可持續技術開辟新的途徑。
Kwon, H.J., Yang, D.S., Koo, M.S. et al. Long-lifetime water-washable ceramic catalyst filter for air purification. Nat Commun 14, 520 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-36050-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-36050-w
7. Nature Communications：范德華多鐵性CuCrP2S6中的電各向異性和磁各向異性
多鐵磁性材料由于其鐵電和鐵磁有序共存的獨特特性，在低功耗和超高密度信息存儲的器件中具有巨大的潛力，近年來對其固有各向異性的有效控制使得控制存儲“介質”的多個程度成為可能。近日，來自北京理工大學理學院的Xiaolei Wang，Xueyun Wang和哈爾濱工業大學（深圳）Haoliang Liu，深圳大學Yu-Jia Zeng等人在范德華（vdW）多鐵性CuCrP2S6中發現了特殊的面內電各向異性和磁各向異性。1) 該研究成功證實，材料中的電流整流、磁學性能和磁振子模式的單軸各向異性是由方向/極性、溫度變化和磁場所控制；2) 此外，研究發現了與特定共振模式相對應的自旋翻轉躍遷，并通過一致的模型擬合和理論計算確定了各向異性參數，該工作提供了對范德華多鐵性材料中具有相同易軸的電各向異性和磁各向異性的深入研究和定量分析，將有望激發在人工仿生突觸、多末端自旋電子芯片和磁電器件等方面的潛在應用。
Wang, X., Shang, Z., Zhang, C. et al. Electrical and magnetic anisotropies in van der Waals multiferroic CuCrP2S6. Nat Commun 14, 840 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-36512-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-36512-1
8. Nature Communications: 鑭系納米晶體共敏化超寬帶響應光子轉換
鑭系元素納米晶體獨特的上轉換或下轉換有望用于生物醫學和光子應用。然而，這兩種方法都需要離散波長的高能激光來激發。近日，來自上海交通大學的Wanwan Li，Xujiang Yu等人證實共敏化可以用超寬的激發帶打破這一限制，從而為鑭系納米晶體的多向光子轉換操作和激發帶寬調節熒光應用開辟了一條新的道路。1) 該研究通過使用Nd3+和Ho3+作為共敏化劑（從紫外到紅外區域具有互補吸收），從而實現了共敏化，對稱五層核殼納米結構在引入不同的活化劑（Er3+、Ho3+、Pr3+和Tm3+）時，能夠在可見光和第二近紅外窗口中實現可調諧熒光；2) 此外，瞬態光譜證實了敏化劑通過Yb3+橋向活化劑的定向能量轉移，并且研究驗證了用于低功率白光發光二極管介導的小鼠全身血管造影術的納米晶體的特征，其信噪比為12.3，并且激發調節加密。
Jiang, Z., He, L., Yang, Z. et al. Ultra-wideband-responsive photon conversion through co-sensitization in lanthanide nanocrystals. Nat Commun 14, 827 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-36510-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-36510-3
9. Angew: 用于高效電催化水氧化的非晶態NiFe氧化物基納米反應器
協同工程是提高析氧反應（OER）電催化劑動力學活性的重要途徑。近日，深圳大學何傳新報道了用于高效電催化水氧化的非晶態NiFe氧化物基納米反應器。1) 作者通過溫和的自催化反應制備了NiFe非晶納米反應器（NiFe-ANR）氧化物作為OER電催化劑。首先，非晶態有助于將NiFe-ANR轉化為高活性的羥基氫氧化物，其許多細小的晶界增加了活性位點。此外，通過實驗和有限元分析發現，納米反應器結構改變了催化劑上的空間曲率和傳質，從而在催化劑表面和內部富集OH-。2) 具有非晶納米反應器結構的催化劑具有優異的催化活性，并遠遠優于具有結晶納米反應器或非晶非納米反應器的結構的NiFe催化劑。該工作為非晶態和納米反應器的應用和催化反應機制提供了新的見解，體現了結晶狀態和形態的“1+1>2”協同作用。
Xiaojie Li, et al. Amorphous NiFe Oxide-based Nanoreactors for Efficient Electrocatalytic Water Oxidation. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202300478https://doi.org/10.1002/anie.202300478
10. AEM: 含氧化石墨烯片的有機共晶混合物作為無枝晶鋰金屬電池的親鋰保護層
對于鋰金屬電池的廣泛和安全應用，在循環過程中抑制鋰枝晶生長是最具挑戰性的課題。近日，南方科技大學程春、牛樹章將含氧化石墨烯片的有機共晶混合物作為無枝晶鋰金屬電池的親鋰保護層。1)作者通過將氧化石墨烯片與1,4-苯醌和雙（三氟甲烷）磺酰胺鋰鹽的液體有機共晶混合物混合而制備GBL夾層。由于這些功能材料的獨特優點，使GBL夾層具有豐富的親鋰活性位點、良好的離子導電性、優異的熱穩定性和與電解質的兼容性，以及用于形成緊湊和富LiF固體電解質界面（SEI）的前體。2) 因此，GBL有效地促進了低過電勢下Li的均勻成核，并調節了Li離子通量，從而形成平面Li金屬。在Li||Li對稱電池中使用GBL夾層后，在3mAh cm?2的電流密度和3mAh cm-2的容量下，實現了600小時的高電化學穩定性。這種改性使Li||LiFePO4全電池在1C下循環1600次，高容量保持率為95.23%。
Lei Xu, et al. Organic Eutectic Mixture Incorporated with Graphene Oxide Sheets as Lithiophilic Artificial Protective Layer for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202204214https://doi.org/10.1002/aenm.202204214
11. AEM: 鋰基電池中高鎳層狀氧化物陰極中關鍵摻雜元素的內在作用
Ni含量>90%的LiNiO2基正極是極具潛力的下一代正極材料。然而，由于缺乏對鈷、錳和鋁等關鍵元素內在作用的基本理解，使得摻雜劑范圍有限（<10%）的高鎳正極的合理組成設計極具挑戰性。近日，德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram報道了鋰基電池中高鎳層狀氧化物陰極中關鍵摻雜元素的內在作用。1) 作者設計了具有5%單元素摻雜的陰極，包括LiNi0.95Co0.05O2 、 LiNi0.95Mn0.05O2 和 LiNi0.95Al0.05O2 以及未摻雜的 LiNiO2 (LNO)。并且作者通過控制截止電荷能量密度和常用的截止充電電壓，系統研究了摻雜劑的影響。2) 作者通過對電化學性質的全面研究，并結合結構和界面穩定性的表征以及電解質分解途徑的深入分析，揭示了以下內容：i）摻雜劑可以調節陰極能量密度或充電狀態，以及H2-H3 相變的發生，從而決定了可循環性；ii) 未摻雜的 LNO 具有很好的穩定性，避免H2-H3 相變；iii) Co在優化的電化學操作條件下具有優異的整體優勢。
Zehao Cui, et al. Assessing the Intrinsic Roles of Key Dopant Elements in High-Nickel Layered Oxide Cathodes in Lithium-Based Batteries. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202203853https://doi.org/10.1002/aenm.202203853
