1. Chem. Soc. Rev.: CO2和含氮小分子的電化學碳氮耦合
基于大量小分子（如CO2和N2）的電化學C–N偶聯反應作為合成有機氮化合物的一種新的“綠色合成策略”受到了越來越多的關注，該策略已廣泛應用于有機合成、材料化學和生物化學。近日，浙江大學Hou Yang、新南威爾士大學新南威爾士大學Dai Liming對CO2和含氮小分子的電化學碳氮耦合進行了綜述研究。1) 用于合成含C–N鍵的有機氮化合物的傳統技術通常需要在高能耗和環境問題的苛刻條件下添加金屬試劑或氧化劑。相反，電合成通過利用“電子”避免了使用其他還原劑或氧化劑，“電子”是最清潔的“試劑”，其可以減少副產物的產生，符合原子經濟和綠色化學的理念。2) 作者對通過碳氮偶聯反應從富含CO2和含氮小分子（N2、NO、NO2?、NO3?、NH3等）中電合成高附加值有機氮進行了全面綜述。討論了相關的基本概念、理論模型、新興電催化劑和增值目標產品，以及當前的挑戰和未來的機遇。該綜述將大大增加科研工作者對電化學碳氮偶聯反應的理解。
Xianyun Peng, et al. Electrochemical C–N coupling of CO2 and nitrogenous small molecules for the electrosynthesis of organonitrogen compounds. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00381C
2. Angew：通過量子點光催化直接 N-H 活化產生氮自由基用于合成芳胺
芳香胺是許多化學品、天然產物和藥物的子結構，其用于合成芳香胺的 C-N 鍵的構建一直是學術界和工業界研究的重點近日，中科院理化技術研究所吳驪珠院士首次實現了在溫和和氧化還原中性條件下直接從 N-H 鍵激活產生 N-自由基。1）在量子點 (QD) 的可見光照射下，原位生成的 N-自由基攔截還原的雜芳基腈/芳基鹵化物以形成 C-N 鍵。2）一系列具有雜芳基腈/芳基鹵化物的芳基和烷基胺表現出高效率、位點選擇性和良好的官能團耐受性。3）此外，還實現了使用芐胺作為底物連續形成 C-C 和 C-N 鍵，產生 N-芳基-1,2-二胺并放出 H2。氧化還原中性條件、廣泛的底物范圍和 N-自由基形成的效率有利于有機合成。
Qi-Chao Gan, et al, Direct N–H Activation to Generate Nitrogen Radical for Arylamine Synthesis via Quantum Dots Photocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218391DOI: 10.1002/anie.202218391https://doi.org/10.1002/anie.202218391
3. Angew：用于生物質醛衍生物半氫化并同時增強功率輸出的鋅有機電池
發電和化學生產對于現代文明的可持續發展都至關重要。在這里，華東師范大學陳立松教授，中科院上硅所施劍林院士建立了一種新型雙功能鋅有機電池，用于同時提高一系列生物質醛衍生物的電能輸出和半氫化，用于高附加值的化學合成。1）其中，典型的鋅糠醛（FF）電池配備有銅箔負載邊緣富集的銅納米片作為陰極電催化劑（Cu NS/Cu 箔），提供最大電流密度和功率密度分別為 15 mA cm-2和2.00 mW cm-2，同時，產生高價值產品糠醛醇 (FAL)。2）Cu NS/Cu箔催化劑在以H2O為H源的FF半加氫反應中表現出~93.5%的轉化率和~93.1%的選擇性的優異電催化性能，并且在各種生物質醛衍生物半加氫反應中表現出令人印象深刻的性能。
Heng Xu, et al, Zn-Organic Batteries for the Semi-Hydrogenation of Biomass Aldehyderivatives and Concurrently Enhanced Power Output, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218603DOI: 10.1002/anie.202218603https://doi.org/10.1002/anie.202218603
4. Angew：通過電場和熱場調節實現低溫鉀電池
在零下溫度下運行的充電電池通常受到低溫下緩慢的離子擴散和不均勻的電荷分布的限制。在這里，湖南大學魯兵安教授，Caitian Gao，Yongmin He，天津大學Junwei Sha報道了電場和熱場的策略，為鉀金屬電池 (PMB) 中的鉀離子創造了快速均勻的沉積環境。1）調節是通過使用高度有序的一維納米陣列電極實現的，該電極提供致密平坦的表面以均勻電場和高導熱性以減少溫度波動。2）該電極可實現 10 mAh cm-2 的高面容量。此外，研究人員揭示了鉀成核對溫度的依賴性。此外，。開發的全電池可以在 -20 C 下以超過 80% 的室溫容量穩定運行。這些可觀的表現表明這種策略是有效的，有望為 PMBs 的先進電極的合理設計提供指導。
Yanfang Liu, et al, Low-Temperature Potassium Batteries Enabled by Electric and Thermal Field Regulation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300016DOI：10.1002/anie.202300016https://doi.org/10.1002/anie.202300016
5. Angew：含氫化物的 2-電子 Pd/Cu 超原子作為高效電化學析氫催化劑
氫在燃料電池和太陽能燃料發電機等可持續能源技術中的應用引起了廣泛關注。低成本氫源的創造仍然很困難。電催化析氫（HER）是迄今為止，獲得可再生氫氣的最有利方法。近日，臺灣東華大學C. W. Liu，延世大學Dongil Lee，雷恩大學Jean-Yves Saillard通過[PdH2Cu14{S2P(OiPr)2}6(C≡CPh)6](PdH2Cu14)與三氟乙酸(TFA)反應，成功合成了一種含氫化物的雙電子鈀/銅合金，[PdHCu11{S2P(OiPr)2}6(C≡CPh)4] (PdHCu11) 和 [PdHCu12{S2P(OiPr)2}5{S2PO(OiPr)} (C≡CPh)4](PdHCu12)。1）X 射線衍射表明，PdHCu11 和 PdHCu12 核由一個中央 PdH 單元組成，分別封裝在缺失頂點的 Cu11 立方八面體和完整的 Cu12 立方八面體中。2）DFT 計算表明 PdHCu11 和 PdHCu12 都可以被認為是軸向扭曲的雙電子超級原子。3）PdHCu11 顯示出出色的 HER 活性，這在金屬納米團簇中是前所未有的，起始電位為 –0.05 V（在 10 mA cm-2 時），Tafel 斜率為 40 mV dec-1，并且在 0.5 M H2SO4 中的 1000 個循環中具有一致的 HER 活性。4）研究表明，可及中央 Pd 位點是 HER 活性的關鍵，并可能為關聯催化劑結構和 HER 活性提供重要指導。
Rhone P. Brocha Silalahi, et al, Hydride-containing 2-Electron Pd/Cu Superatoms as Catalysts for Efficient Electrochemical Hydrogen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301272DOI: 10.1002/anie.202301272https://doi.org/10.1002/anie.202301272
6. Angew：低溫液態金屬催化劑中 Pt 摻雜劑對 Ga 位點的動態激活
Pt 濃度低至 1×10-4 atomic % 的液態 GaPt 催化劑最近被確定在溫和反應條件下對甲醇和鄰苯三酚的氧化具有高活性。然而，關于液態催化劑如何支持這些顯著的活性改進，幾乎一無所知。近日，奧克蘭大學Nicola Gaston詳細研究了液態金屬催化劑催化作用的工作機理假設。在適當的環境下，持久的幾何特征可以存在于液態中。Pt 摻雜劑可能不僅限于直接參與反應的催化作用，而是它的存在還可以使 Ga 原子具有催化活性。1）從頭算分子動力學模擬（AIMD）用于探測 GaPt 系統的動力學，最初是孤立的，然后是在吸附物存在的情況下。2）研究了一系列電子和結構特征，這些特征可以闡明低 Pt 濃度的 GaPt 催化劑和純 Ga 系統之間的反應性差異。
Stephanie Lambie, et al, Dynamic Activation of Ga Sites by Pt Dopant in Low-Temperature Liquid-Metal Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202219009DOI: 10.1002/anie.202219009https://doi.org/10.1002/anie.202219009
7. Angew: 鋅離子電池水性電解質中同位素的界面和溶劑化化學
由于其低成本、易用性和安全性，水性電解質被視為電化學儲能應用的有前途的組分。水系鋅離子電池（ZIBs）具有優異的工業適應性和高能量密度等優點，近年來在水系儲能技術中受到越來越多的研究。近日，倫敦大學學院Guanjie He將水的同位素 (EEI) 電化學效應引入鋅離子電池 (ZIB) 電解質中，以應對嚴重副反應和大量析氣的挑戰。1）由于D2O中離子的低擴散性和強配位性，副反應的可能性降低，導致電化學穩定電位窗口更寬，pH變化更小，循環過程中氫氧化鋅硫酸鹽（ZHS）的生成更少。2）此外，研究證明，由于局部離子和分子濃度始終較低，D2O 消除了循環過程中結合水變化產生的不同 ZHS 相，從而在電極和電解質之間形成穩定的界面。3）采用基于 D2O 的電解質的全電池表現出更穩定的循環性能，在2 A g-1的電流密度下，在 0.8-2.0 V 的寬電壓窗口下，1,000 次循環后顯示出 ~100% 的可逆效率，以及3,000 次循環，正常電壓窗口為 0.8-1.9 V。
Xuan Gao, et al, When It’s Heavier: Interfacial and Solvation Chemistry of Isotopes in Aqueous Electrolytes for Zn-ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300608DOI: 10.1002/anie.202300608https://doi.org/10.1002/anie.202300608
8. AM: 乙醇誘導的 Ni2+ 嵌入V2O5上的鈷有機框架，以協同提高 3D 打印微型超級電容器的性能
具有高能量密度和優異機械強度的金屬有機骨架（MOF）納米復合材料的合成受到晶格匹配程度和晶體表面結構的限制。在這項研究中，揚州大學龐歡教授，南京信息工程大學Yizhou Zhang在五氧化二釩納米線上均勻合成了十二面體 ZIF-67。此外，還研究了配位模式對乙醇中 ZIF-67 表面的影響。1）受益于 Ni2+、Co2+ 和 N 原子的不同配位能力，通過金屬離子交換產生空間分離的表面活性位點。此外，Ni2+ 的 d8 電子構型與 ZIF-67 的三維 (3D) 結構之間的不相容性通過控制 Ni 摻雜量提供了空心結構的合成。2）研究人員使用 X 射線吸收精細結構分析證實了 NiCo-MOF@CoOOH@V2O5 納米復合材料的形成。3）通過制造 3D 打印的微型超級電容器來說明所獲得的復合材料的高性能，表現出 585 mF cm-2 的高面積比電容和 159.23 μWh cm-2 的能量密度（功率密度 = 0.34 mW cm-2 )。本研究中展示的溶劑/配位調節策略為電化學儲能應用的高性能納米材料的合成提供了新方向。
Huijie Zhou, et al, Ethanol-induced Ni2+-intercalated cobalt organic frameworks on vanadium pentoxide for synergistically enhancing the performance of 3D-printed micro-supercapacitors, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211523https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211523
9. AM：雙不對稱超親水折紙上改進的液體收集
使用開放通道操縱流體提供了一種有前途的策略來簡化當前系統。然而，具有大通量、高速和長距離的自發表面流體傳輸仍然具有挑戰性。受扇貝殼的啟發，南開大學Moyuan Cao在這里展示了一種具有多并列和雙不對稱通道的超親水折紙，以改善流體收集。1）折紙通道可以捕獲各種類型的液體，包括液滴、流動和蒸汽，然后單向輸送收集到的液體。深度為 2 mm 的超親水折紙可以達到 450 mL/h 的最大通量，這是具有類似尺寸的平面圖案表面容量的五倍。2）為了使這種界面的功能多樣化，我們進一步將超親水折紙與超疏水碳化鋯/硅涂層相結合，通過定向流體操縱和輻射冷卻層的協作來增強冷凝。與未修改的平行折紙相比，具有輻射冷卻層的殼狀折紙在冷凝效率和定向液體排放方面提高了 56%。這項工作展示了一種更容易實現的表面流體控制優化設計，液體傳輸性能的改進應該會擴展仿生流體操縱界面的應用。
Haoyu Bai, et al, Improved liquid collection on a dual-asymmetric superhydrophilic origami, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211596https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211596
10. AM：通過機器學習結合實驗揭示與非晶氧化鎵原子結構相關的熱傳輸
非晶材料的熱傳輸特性對于它們在能源和電子設備中的新興應用至關重要。然而，由于計算技術的固有局限性和復雜原子結構缺乏物理直觀的描述符，理解和控制無序材料中的熱傳輸仍然是一個突出的挑戰。在這里，清華大學Bingyang Cao，劍橋大學Gábor Csányi展示了結合基于機器學習的模型和實驗觀察如何幫助準確描述無序材料的真實結構、熱傳輸特性和結構-特性圖，這通過氧化鎵的實際應用得到了說明。1）研究人員首先提供了實驗證據，證明機器學習原子間勢能以自我引導的方式產生，具有最少的量子力學計算，能夠對非晶氧化鎵及其熱傳輸特性進行精確建模。2）接下來，通過原子模擬揭示了短程和中程有序隨密度的微觀變化，并闡明了這些變化如何減少局域化模式并增強相干性對熱傳輸的貢獻。3）最后，研究人員提出了一種受物理學啟發的無序相結構描述符，以線性形式預測結構與熱導率之間的潛在關系。這項工作可能會為未來加速探索無序功能材料的新型熱傳輸特性和機制提供啟示。
Yuanbin Liu, et al, Unraveling Thermal Transport Correlated with Atomistic Structures in Amorphous Gallium Oxide via Machine Learning Combined with Experiments, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202210873https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202210873
11. AM; 二維Mo2C的合成及其基面和邊緣上厚度相關的析氫
二維過渡金屬碳化物（2D-TMC和MXenes）是極具潛力的儲能和催化應用材料。Mo2C-MXene是極具潛力的析氫反應（HER）催化劑，但其無法實現高質量2D Mo2C薄片的批量合成。近日，清華大學李亞棟院士、德雷克塞爾大學Yury Gogotsi、華中科技大學翟天佑、黃亮報道了二維Mo2C的合成及其基面和邊緣上厚度相關的析氫反應。1) 作者報道了通過鹽輔助模板化直接合成具有低濃度缺陷2D Mo2C的簡單策略，其中將KCl用作模板以形成中間2D產物，并促進Mo2C的形成。作者發現，2D Mo2C的電催化HER活性與其厚度（從單層（0.36nm）到10層（4.55nm）的厚度區間）成反比。2) 最薄的Mo2C單層具有優異的HER性能，即在470 mV（vs. RHE）時電流密度為～6800 mA/cm2，翻轉頻率高達～17500 s?1。理論計算表明，氫吸附的吉布斯自由能隨Mo2C厚度的減小而增加，HER活性增加。該鹽輔助合成策略開辟了一條直接合成類MXene 2D碳化物的新途徑。
Jiabin Wu, et al. Scalable Synthesis of 2D Mo2C and Thickness-Dependent Hydrogen Evolution on Its Basal Plane and Edges. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202209954https://doi.org/10.1002/adma.202209954
12. ACS Nano：用于特異性消除革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌的磷脂模擬聚集誘導發光劑
精確消除革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌極大地有助于對抗細菌感染，但仍然具有挑戰性。在此，香港中文大學唐本忠院士，深圳大學Jie Li，Dong Wang提出了一系列磷脂模擬聚集誘導發光劑 (AIEgens)，它們通過利用兩種細菌膜的不同結構和 AIEgens 的取代烷基鏈的調節長度來選擇性地殺死細菌。1）由于含有正電荷，這些 AIEgen 能夠通過錨定在細菌膜上來殺死細菌。對于具有短烷基鏈的AIEgens，由于其外層復雜，它們可以與革蘭氏陽性菌而非革蘭氏陰性菌的膜結合，從而表現出對革蘭氏陽性菌的選擇性消融。2）另一方面，具有長烷基鏈的 AIEgens 與細菌膜具有很強的疏水性，并且尺寸較大。這抑制了與革蘭氏陽性菌膜的結合，但破壞了革蘭氏陰性菌的膜，導致對革蘭氏陰性菌的選擇性消融。3）此外，通過熒光成像可以清楚地觀察到兩種細菌的聯合過程，體外和體內實驗表明對革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細菌具有非凡的抗菌選擇性。
Jianxing Wang, et al, Phospholipid-Mimetic Aggregation-Induced Emission Luminogens for Specific Elimination of Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c05821https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05821
