1. Nature Energy: 加快固態電池開發的挑戰
固態電池作為一種安全、穩定、高能和高速的電化學存儲技術，其在社會應用發展中仍面臨長期性能、比功率和經濟可行性方面的問題。近日，吉森大學Jürgen Janek、明斯特大學Wolfgang G. Zeier對加快固態電池開發的挑戰進行了綜述研究。
本文要點：
1) 作者回顧了快速導電固體電解質在復合陰極中充分傳輸的關鍵挑戰。此外，作者還表明高性能陽極保護概念對于建立高密度高能固態電池至關重要，鋰基固態電池和金屬陽極可能不是最終解決方案。
2) 作者進一步討論了材料、研究團隊和方法的多樣性是建立長期固態電池的關鍵，并且作者預測到在離子電導率高于液體電解質的鋰固體電解質的首次突破性研究將在十年后報道，從而全面解決固態電池的商業化、電池性能和實施方面的剩余關鍵挑戰。
Jürgen Janek and Wolfgang G. Zeier. Challenges in speeding up solid-state battery development. Natrure Energy 2023
DOI: 10.1038/s41560-023-01208-9
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01208-9
2. Nature Energy: 擴展高效鈣鈦礦太陽能電池的低維界面工程工具箱
三維/低維鈣鈦礦太陽能電池具有優異的效率和穩定性。由于Pb2+和Sn2+是金屬陽離子的唯一選擇，使得低維封端材料的設計受限于調整A位有機陽離子。近日，南洋理工大學Tze Chien Sum、Yeng Ming Lam報道了擴展高效鈣鈦礦太陽能電池的低維界面工程工具箱。
本文要點：
1) 作者通過處理包含金屬和鹵化銨的完整前體溶液，創建了具有超過Pb2+/Sn2+的金屬陽離子的低維封端材料庫。從而使得低維覆蓋層的合成控制變得更容易，并且對于低維界面工程具有更大的通用性。作者證明了零維鋅基鹵代酸鹽（PEA2ZnX4；PEA?=?苯乙銨，X?=?Cl/I）誘導比其基于鉛的對應物具有更穩定的表面鈍化和更強的n–N同型三維/低維異質結。
2) 作者合成的p–i–n太陽能電池效率為24.1%（經認證為23.25%），并且該電池在最大功率點運行>1000 h之后仍保持94.5%的初始效率?。該發現擴展了用于低維界面工程和高效三維/低維鈣鈦礦太陽能電池穩定性的材料庫。
Senyun Ye, et al. Expanding the low-dimensional interface engineering toolbox for efficient perovskite solar cells. Nature Energy 2023
DOI: 10.1038/s41560-023-01204-z
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01204-z
3. Nature Nanotechnology：氮化硼納米管中的雙曲回音廊模式聲子極化子
納米結構中的光限制可以產生增強的光-物質相互作用，從而實現包括單光子源、納米激光器和納米傳感器在內的廣泛應用，尤其是納米腔受限極化子在紅外區域顯示出強烈增強的光-物質相互作用。如果極化模式能夠被塑造成回音廊模式，這種相互作用則可以進一步增強；但是到目前為止，納米腔中的散射損失都阻礙了對它們的觀察。近日，來自國家納米科學技術中心的Qing Dai和Xiaoxia Yang，北京大學Peng Gao，巴塞羅那科學技術研究所Javier García de Abajo等人證實將六方BN納米管作為原子光滑的納米腔，由于其固有的雙曲色散和低散射損耗，可以成功維持聲子極化子回音廊模式。
本文要點：
1) 該研究通過AFM-IR和STEM-EELS直接觀察了BNNT中的HWG-PhP模式，質量因子高達~220，回音廊模式通過將聲子極化子限制在原子光滑的圓柱形納米腔（BNNT）中而形成的，這種效應由聲子極化子的雙曲性和伴隨的無限波矢量所實現；
2) 此外，研究還證實HWG PhP模式可以在~4nm半徑的BNNT上維持，且該BNNT具有超小的體積Vm≈10–10，從而揭示了前所未有的光學狀態局部密度而產生超高Purcell因子Q/Vm≈1012，該工作為基于一維納米材料極化子的納米光子學提供了一種新的范式，揭示了極強的光-物質相互作用能力。
Guo, X., Li, N., Yang, X. et al. Hyperbolic whispering-gallery phonon polaritons in boron nitride nanotubes. Nat. Nanotechnol. (2023).
DOI: 10.1038/s41565-023-01324-3
https://doi.org/10.1038/s41565-023-01324-3
4. Sci. Adv.: CdTe太陽能電池新型背接觸材料搜索
碲化鎘（CdTe）薄膜太陽能電池的實用效率備受科研工作者的關注，但由于其高表面復合速度和背接觸處的肖特基勢壘而產生嚴重開路電壓損失。近日，科羅拉多礦業大學Prashun Gorai、Vladan Stevanovi?對CdTe太陽能電池新型背接觸材料進行搜索。
本文要點：
1) 作者將重點放在搜索覆蓋層結構中的新型背接觸材料，與常用材料ZnTe相比，該新型背接觸材料具有更好的鈍化效果、電子反射和空穴傳輸特性。作者使用第一原理方法和輸運模型對229個二元和三元四面體鍵合結構進行了計算搜索，以評估關鍵材料設計標準，包括相穩定性、電子結構、空穴輸運、能帶排列和p型摻雜性。
2) 通過系統研究，作者確定了幾種候選材料及其合金，包括AlAs、AgAlTe2、ZnGeP2、ZnSiAs2和CuAlTe2，這些材料在背接觸方面具有良好的特性，并且這些新材料建議和相關指南將為CdTe太陽能電池空穴傳輸層設計指明新方向。
Prashun Gorai, et al. A search for new back contacts for CdTe solar cells. Sci. Adv. 2023
DOI: 10.1126/sciadv.ade3761
https://doi.org/10.1126/sciadv.ade3761
5. Nature Commun.：陰離子富集界面支持高電壓無陽極鋰金屬電池
涉及鋰金屬陽極(LMA)和高壓LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NCM811)陰極的電化學被認為是追求400 Wh kg-1的實用方法。然而，它們的實施受到庫侖效率低和循環穩定性差的困擾。中科院物理所Liumin Suo等提出了一種最佳氟化線性羧酸酯(3，3，3-三氟丙酸乙酯，FEP)與弱溶劑化氟代碳酸亞乙酯和離解鋰鹽(LiBF4和LiDFOB)配對，以制備弱溶劑化離解電解質。
本文要點：
1）陰離子富集界面促使更多的陰離子在內亥姆霍茲平面分解和更高的陰離子還原電位。因此，陰離子衍生的界面化學有助于致密和柱狀結構的Li沉積物，4.6 V的NCM811和LiCoO2陰極具有98.7%的高CE和穩定循環。
2）因此，工業無陽極軟包電池在苛刻的測試條件下可提供442.5 Wh·kg-1的高能量，100次循環后容量保持率為80%。
Mao, M., Ji, X., Wang, Q. et al. Anion-enrichment interface enables high-voltage anode-free lithium metal batteries. Nat Commun 14, 1082 (2023).
DOI: 10.1038/s41467-023-36853-x
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36853-x
6. Nature Commun.：手性電催化劑通過自旋控制消除水分解度量
近年來，依賴于水分解的技術的不斷進步常常受到與析氧反應（OER）相關的緩慢動力學的阻礙。鑒于此，來自匹茲堡大學化學系的David H. Waldeck和Brian P. Bloom等人發現，通過控制電解過程中的反應中間自旋排列（除了典型的熱力學考慮因素外），可以提高催化劑的性能和效率。
本文要點：
1) 研究通過使用手性誘導自旋選擇性（CISS）效應實現了自旋對準，OER的改善表現為：在組成類似的非手性納米催化劑上提高了法拉第效率、降低了反應過電勢和改變了手性納米催化劑的速率決定步驟；
2) 此外，這些研究表明，納米催化劑的定義的空間取向對于顯示自旋選擇性是非必要的，因而代表了在其他反應途徑和過程中使用手性轉化作用的可行平臺。
Vadakkayil, A., Clever, C., Kunzler, K.N. et al. Chiral electrocatalysts eclipse water splitting metrics through spin control. Nat Commun 14, 1067 (2023).
DOI: 10.1038/s41467-023-36703-w
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36703-w
7. Nature Commun.：生物激發的擁擠引導超分子聚合
擁擠效應對維持生物系統的功能至關重要，但對其在類似人工系統中的作用仍然不甚清楚，在日益增長的超分子聚合物科學領域中，擁擠效應迄的研究也仍不足。鑒于此，來自韋斯特法利什·威廉姆斯大學明斯特分校的Gustavo Fernández等人發現，擁擠效應對超分子聚合過程的動力學、可獲得的途徑和最終結果表現出強烈而明顯的控制。
本文要點：
1) 在預先形成的超分子聚合物作為擁擠劑的存在下，模型超分子聚合物顯著改變了其自組裝行為，并經歷了從成束纖維到花狀分層組裝的形態轉變，盡管沒有發生共組裝；
2) 此外，研究發現只有在擁擠的環境中，當擁擠劑呈現一維形態時，才能進入這條新路徑，這些結果使得能夠獲得超分子聚合物的不同形態和性質，并為更好地理解自然界中的高精度自組裝奠定了基礎。
B?umer, N., Castellanos, E., Soberats, B. et al. Bioinspired crowding directs supramolecular polymerisation. Nat Commun 14, 1084 (2023).
DOI: 10.1038/s41467-023-36540-x
https://doi.org/10.1038/s41467-023-36540-x
8. Joule: 固態電池銀碳復合陽極夾層的結構變化
銀-碳復合夾層可以實現固態電池的無鋰（無陽極）循環。近日，牛津大學Peter G. Bruce報道了固態電池銀碳復合陽極夾層的結構變化。
本文要點：
1) 作者報道了銀-石墨夾層的結構變化，表明固態電池在充電時，鋰通過電化學過程插入石墨夾層，隨后與銀發生化學反應，形成鋰-銀合金。而放電時不是電荷的反向過程，而是利用缺鋰的Li-Ag相。
2) 在較高的充電速率下，鋰嵌入石墨的速度超過了與銀的化學反應，從而延緩了鋰-銀相的形成，并導致更多的鋰金屬沉積在集電器上。而電流密度在2.5 mA·cm?2及以上時，Li枝晶不受抑制。銀納米顆粒不能比單獨的石墨夾層能更有效地抑制枝晶生長。相反在充電期間，碳夾層中的Ag在集電器上形成更均勻的Li和Li-Ag相。
Dominic Spencer-Jolly, et al. Structural changes in the silver-carbon composite anode interlayer of solid-state batteries. Joule 2023
DOI: 10.1016/j.joule.2023.02.001
https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.02.001
9. EES: 相鄰Fe位點通過雙金屬位點設計促進單原子催化劑中Co位點的電催化析氧
鈷基單原子催化劑是極具潛力的析氧反應（OER）催化劑，然而，其在有限的空間下，僅使用鈷金屬位點進一步提高催化性能仍具有挑戰性。近日，北京理工大學李煜璟、香港理工大學Huang Bolong報道了相鄰Fe位點通過雙金屬位點設計促進單原子催化劑中Co位點的電催化析氧。
本文要點：
1) 作者設計了具有優異OER催化性能的Co-Fe雙原子催化劑，并研究了單個金屬位點的單獨作用。優化的雙原子催化劑具有優異的OER催化活性，其過電位為240mV，轉換頻率（TOF）為146s-1（10mA cm-2）。通過系統的阻抗研究表明，Co和Fe金屬位點之間的相互作用是提高OER性能的關鍵因素，其中Co位點充當活性位點，相鄰Fe充當共催化位點。
2) 作者利用密度泛函理論（DFT）計算證實了Fe和Co之間的強軌道耦合作用，導致d帶結構具有改善的電催化活性。與S和N配位的Co位點能夠實現有效的位點間電子轉移，而與N配位Fe位點有助于Co位點的化學穩定性，從而保證有效的OER。
Chen Changli, et al. Adjacent Fe Site Boosts Electrocatalytic Oxygen Evolution of Co Site in Single-Atom-Catalyst through a Dual-Metal-Site Design. EES 2023
DOI: 10.1039/D2EE03930C
https://doi.org/10.1039/D2EE03930C
10. Angew: 界面設計實現穩定的聚合物/硫化物電解質和無枝晶鋰金屬電池
有機/無機界面很大程度上影響著鋰離子在固態電解質中的傳輸，而固態電解質/電極界面的穩定性對全固態電池的循環穩定性至關重要。然而，對界面穩定性的理解不足制約了固態電解質在全固態電池中的實際應用。近日，德國吉森大學Hanyu Huo，Jürgen Janek，加拿大多倫多大學Chandra Veer Singh課題組合作研究了Li6PS5Cl和PEG之間的化學演變過程，提供了無枝晶鋰金屬電池的界面設計思路。
本文要點
1) 作者發現高極性的PEG改變了PS43?四面體的電子態和鍵合結構，導致了一系列副反應的發生。對PEG的端基取代（-OCH3取代-OH）不僅可以穩定內部界面，同時可以拓寬復合電解質的電化學窗口；
2) 加入LiFSI后形成的富LiF層可以有效抑制Li/固態電解質界面的副反應。
3) Li/PEGDMEL@mix/NCM@LNbO電池在60℃下循環100周容量保持率為81.2%。
Huo, H., et al, Interface Design Enabling Stable Polymer/Thiophosphate Electrolyte Separators for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023
DOI: 10.1002/anie.202218044
https://doi.org/10.1002/anie.202218044
11. AM：納米復合水凝膠用于蛋白水解靶向嵌合體增強的頭頸部鱗狀細胞癌免疫治療
盡管免疫治療為腫瘤治療領域帶來了一場重要的變革，但目前只有約15%的頭頸部鱗狀細胞癌(HNSCC)患者能夠從免疫治療中受益。免疫抑制腫瘤微環境(TME)和多梳無名指癌基因BMI1的失調是免疫治療失敗的潛在原因。為了增強對HNSCC的免疫治療效果，上海交通大學Shuyang Sun教授開發了一種可注射的納米復合水凝膠，其聚合物骨架(PLGA-PEG-PLGA)負載了包封咪喹莫特的CaCO3納米顆粒(RC)和癌細胞膜(CCM)包被、含有肽基蛋白水解靶向嵌合體(PROTAC)的介孔二氧化硅納米顆粒(PepM@PacC)。
本文要點：
1）注射后，該納米復合水凝膠會發生原位凝膠化，之后會隨著時間的推移在TME中降解，釋放RC和PepM@PacC納米顆粒以分別進行免疫治療和化療。
2）研究發現，RC顆粒會選擇性地調控腫瘤相關的巨噬細胞和樹突狀細胞，激活T細胞免疫反應；而CCM介導的同源靶向和內吞作用能夠將PepM@PacC顆粒遞送到癌細胞中，其在內源性谷胱甘肽的作用下會發生二硫鍵裂解，釋放PROTAC肽以降解BMI1，并從顆粒孔中釋放紫杉醇，誘導細胞凋亡，以同時增強免疫治療。綜上所述，該研究設計的納米復合水凝膠能夠充分利用HNSCC的多個已知弱點，進而成功地抑制HNSCC的生長和轉移。
Yaping Wu. et al. A Physiologically Responsive Nanocomposite Hydrogel for Treatment of Head and Neck Squamous Cell Carcinoma via Proteolysis-Targeting Chimeras Enhanced Immunotherapy. Advanced Materials. 2023
DOI: 10.1002/adma.202210787
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210787
12. AEM：緩解高能電池災難性熱失控的挑戰和機遇
承諾安全和高能量密度的鋰離子電池(LIBs)對新能源的未來至關重要。然而，最近對電池熱失控(TR)的研究表明，電池中壓縮的能量越高，火災和爆炸等熱事故就可能以更具災難性的方式發生。能量密度和安全性之間的這種“折衷”對發展中的高能化學的未來應用提出了挑戰性的障礙。清華大學Minggao Ouyang、Li Wang和Xuning Feng等仔細地評論了最吸引人的高能(HE)-LIB化學的熱研究。
本文要點：
1）作者全面總結了HE-LIBs的TR特性、材料熱失效行為及其反應機理，以及最先進的TR減緩技術。此外，作者還分析了不同TR緩解途徑的有效性。在分析的基礎上，作者進一步解釋了在化學中減少TR的主要挑戰。
2）最后，作者對未來的TR機制研究和有希望的安全設計路線提出了意見，以克服這種內在的高能量和安全性之間的“權衡”。
Wang, Y., Feng, X., Huang, W., He, X., Wang, L., Ouyang, M., Challenges and Opportunities to Mitigate the Catastrophic Thermal Runaway of High-Energy Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2203841.
DOI: 10.1002/aenm.202203841
https://doi.org/10.1002/aenm.202203841
