1. Nature Catalysis: 用于過氧化氫電合成的負載型金屬酞菁催化劑的超分子調諧
與工業蒽醌工藝相比，雙電子氧還原反應是一種具有成本效益且能耗較低的H2O2合成工藝。然而，現有性能最高的非均相電催化劑對H2O2的催化性能遠遠低于商業應用所需效率。近日，多倫多大學 Edward H. Sargent、首爾大學Yung-Eun Sung、Taeghwan Hyeon報道了用于過氧化氫電合成的負載型金屬酞菁催化劑的超分子調諧。1) 在計算的指導下，作者提出了一種超分子方法，該方法通過利用碳納米管基底中的氧官能團，當其與鈷酞菁催化劑偶聯時，可以改善鈷酞菁的吸附，從而防止團聚；并且進一步產生了電子缺陷的Co中心，從而將其與關鍵H2O2中間體的相互作用調節到最佳。2) 在過氧化氫電合成過程中，催化劑在300 mA cm-2下的過電位為280?mV?，并且周轉頻率超過50?s?1，這與先前性能最高的H2O2電催化劑相比，活性高出一個數量級。此外，該催化劑性能可持續運行超過100 h。
Byoung-Hoon Lee, et al. Supramolecular tuning of supported metal phthalocyanine catalysts for hydrogen peroxide electrosynthesis. Nature Catalysis 2023DOI: 10.1038/s41929-023-00924-5https://doi.org/10.1038/s41929-023-00924-5
2. Nature Synthesis：用于一氧化碳電合成乙酸的銀銅氧化物催化劑
乙酸是一種重要的化學原料，而從CO2電催化合成乙酸是傳統合成路線的低碳替代方案，但從CO2直接還原會帶來CO2交叉能量損失。此外，CO電還原可以繞過了這一點，從而激發了人們對CO2到CO再到CO到乙酸的級聯合成方法的研究。近日，多倫多大學Edward H. Sargent報道了一種用于一氧化碳電合成乙酸的銀銅氧化物催化劑。1) 作者報道了一種催化劑設計策略，其可以使CO還原為乙酸鹽的中間體，如乙烯和乙醇。在優化的Ag–CuO2催化劑上，這種中間體的失穩導致在200?mA?cm?2下具有70%的乙酸法拉第效率。2) 此外，作者在膜電極組件中進行了18小時的穩定性測試，并且發現系統在100 mA cm-2下產生了5?wt %的乙酸鹽?，以及全電池的能量效率達到了25%，這比先前報告中最高能效的電合成策略提高了兩倍。
Roham Dorakhan, et al. A silver–copper oxide catalyst for acetate electrosynthesis from carbon monoxide. Nature Synthesis 2023DOI: 10.1038/s44160-023-00259-whttps://doi.org/10.1038/s44160-023-00259-w
3. EES: 無機非碳負載鉑催化劑及其對氧還原反應的協同效應
四電子過程的氧還原反應（ORR）由于其緩慢的動力學，使其成為燃料電池或金屬空氣電池中的速率決定步驟。在幾十年來開發的大量催化劑中，鉑基催化劑仍是極具潛力的電極材料，其具有突出的綜合性能和商業潛力。近日，上海交通大學陳接勝對無機非碳負載鉑催化劑及其對氧還原反應的協同效應進行了綜述研究。1) 對于廣泛使用的Pt/C催化劑，ORR催化性能的快速退化源自于其嚴重碳腐蝕。而非碳載體可以避免Pt和碳材料的直接連接，從而減少（或消除）碳氧化溶解并穩定Pt納米顆粒。此外，鉑基催化劑的非碳載體可以帶來良好的錨固和協同效應，從而可以提高耐久性和催化活性。2) 作者將無機非碳載體材料分為金屬氧化物、碳化物、氮化物和其他金屬化合物。其中，金屬氧化物載體在ORR過程中表現出優異的穩定性，但其缺乏導電性，而金屬碳化物和氮化物在合適的電解質中具有高穩定性和高導電性。作者綜述了非碳負載鉑催化劑在ORR中的應用、相關機理和雜化催化劑特性，并重點介紹了錨定效應和協同效應。
Sun Qi, et al. Inorganic Non-carbon Supported Pt Catalysts and Synergetic Effects for Oxygen Reduction Reaction. EES 2023https://doi.org/10.1039/D2EE03642H
4. Angew: 碳錨定氧化鉬納米團簇作為電合成氨和尿素的有效催化劑
電化學NO3還原及其與CO2的偶聯可以分別為合成NH3和尿素提供新的清潔途徑。然而，由于缺乏具有理想法拉第效率（FE）和產率的高效催化劑，使它們實際應用受到阻礙。近日，安徽師范大學Qin Qing將碳錨定的氧化鉬納米團簇作為電合成氨和尿素的有效催化劑。1) 作者報道了錨定在炭黑（MoOx/C）上氧化鉬納米簇電催化劑的合成。其在NO3還原中具有98.14%的優異FE和91.63 mg h-1 mgcat-1的NH3產率。此外，在尿素的催化反應中，作者得到的最高FE為27.7%，最大尿素產率為1431.5μg h-1 mgcat-1。2) 在MoOx/C異質結構中形成的具有高度不飽和金屬位點的富電子MoOx納米簇有利于增強催化性能。作者通過對機理的研究發現，*NO和*CO2NOOH中間體的穩定分別對NH3和尿素合成至關重要。
Mengmiao Sun, et al. Carbon-Anchored Molybdenum Oxide Nanoclusters as Efficient Catalysts for the Electrosynthesis of Ammonia and Urea. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202301957https://doi.org/10.1002/anie.202301957
5. Angew：單層MgAl-LDH調控Cu電催化還原CO2制備乙烯
電催化還原CO2制備CO為實現碳中和的能源循環提供一種可行方法，但是這種反應的實現面臨著許多需要克服的問題和挑戰，比如較低的轉化率、低的選擇性、低反應速率。調節催化劑的局部反應環境能夠解決這些問題和挑戰。有鑒于此，華東理工大學楊化桂（Huagui Yang）、劉鵬飛（Peng Fei Liu）等報道通過單層MgAl-LDH優化Cu的反應環境，從而能夠在中性條件實現工業電流密度的CO2還原為C2H4。1）通過原位光譜表征和理論計算，說明MgAl-LDH能夠導致Cu電極具有更高的表面pH數值，因此降低水解反應能壘，在MgAl-LDH位點水解并且產生大量OH-，因此在1 M KHCO3電解液進行CO2電催化轉化反應，達到300 mA cm-2電流密度和55.1 %的C2H4選擇性。2）H2O在MgAl-LDH/Cu催化劑上更容易分解H2O生成OH-，加快電催化生成C2+的反應速率，改善CO2電化學還原生成C2+的選擇性。
Yi Ning Xu, et al, Tuning the Microenvironment in Monolayer MgAl Layered Double Hydroxide for CO2-to-Ethylene Electrocatalysis in Neutral Media, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202217296https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202217296
6. AM：超小納米組裝體可作為靶向腫瘤以及通過腎臟清除的診療試劑以用于光動力治療
如何設計能夠在腫瘤中靶向富集以實現精準治療以及在合理的時間范圍內被有效清除以減少副作用產生的新型光敏劑是一項嚴峻的挑戰。北京師范大學楊清正教授和牛麗亞教授構建了一種超小的納米光敏劑1a，其具有良好的腫瘤特異性積累和通過腎臟清除的能力。1）1a是由含有三個TEG臂和兩個吡啶基團的化合物1在水中自組裝而成。帶有中性TEG包覆層的正電荷表面使得1a能夠有效靶向腫瘤，其在尾靜脈給藥后產生的信號-背景比高達11.5。研究表明，1a的平均直徑為5.6 nm，其超小的尺寸也使其能夠快速通過腎臟清除。2）實驗結果表明，自組裝過程使得1a在有機溶液中的ROS生成率比化合物1提高了18.2倍。Nano-PS 1a能夠在荷瘤小鼠模型中表現出良好的PDT療效。綜上所述，這項工作能夠為設計具有腎臟清除和腫瘤靶向能力的新型光敏劑提供新的策略。
Dongsheng Zhang. et al. Ultra-small Nano-assemblies as Tumor-targeted and Renal Clearable Theranostic Agent for Photodynamic Therapy. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202209789https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202209789
7. AM: 具有連續生物物理和生化梯度的多層分層水凝膠，用于增強全層骨軟骨缺損的修復
分層骨軟骨缺損的修復需要復雜的梯度重建；然而，目前很少有連續梯度鑄造策略考慮與細胞適應性，多梯度元素和精確梯度鏡像天然組織的臨床實踐的相關性。鑒于此，北京化工大學蔡晴、喻盈捷和北京大學第三醫院張辛等人使用合成的超順磁性納米羥基磷灰石納米棒（MagHA）開發了在納米HA含量、機械和磁性方面具有連續梯度的水凝膠，該納米棒易于對短磁場做出響應。1）為了精確重建骨軟骨組織，研究人員根據健康兔膝關節的磁共振成像（MRI）計算優化的梯度模式。然后，對MagHA進行圖案化以形成循證梯度，從而在從頂部到底部匹配的軟骨-骨界面的外部磁刺激下產生遞增的HA、機械和電磁信號。2）為了使這種深度依賴性生物信號起作用，開發了適應性水凝膠以適應細胞浸潤。此外，該方法應用于配備有局部磁場的兔全層骨軟骨缺損。令人驚訝的是，這種多層梯度水凝膠以完美的異質特征修復骨軟骨單元，這模擬了軟骨到軟骨下的逐漸過渡。總的來說，這是第一項將適應性水凝膠與磁驅動MagHA梯度相結合以在骨軟骨再生中取得有希望的結果的研究。
Zhang, L., et al., (2023), Multileveled Hierarchical Hydrogel with Continuous Biophysical and Biochemical Gradients for Enhanced Repair of Full-thickness Osteochondral Defect. Adv. Mater.. 2209565.https://doi.org/10.1002/adma.202209565
8. AFM：用于可穿戴式紫外線傳感器的自修復光致變色彈性體復合材料
由于可穿戴紫外（UV）檢測技術發展，光致變色材料最近引起了強烈興趣，因為它們不需要電子部件，從而導致系統和設備在照射時變色。然而，它們在可穿戴技術中的實現具有輕質、合規和耐久性（尤其是在機械應力下）的要求，這些要求受到材料特性的限制。于此，密歇根大學Abdon Pena-Francesch、泰國VISTEC科學技術研究所Daniel Crespy等人提出了一種自修復光致變色彈性體復合材料（photoPUSH），該復合材料由磷鉬酸（PMA）在具有可逆二硫鍵（PUSH）的自修復聚氨酯動態網絡中組成。1）動態聚合物基質的獨特性能在紫外傳感復合材料中實現了多種互補功能：i）通過電子供體基團進行光致變色而無需額外的摻雜劑，ii）通過彈性體性質的拉伸性和耐久性，iii）通過動態修復極端機械損傷粘合，和iv）通過粘合性能的多材料集成。2）PhotoPUSH復合材料具有優異的耐久性，可調的傳感范圍，并且在機械應力和嚴重損壞以及水下環境（防水）下不會損失性能。利用這些特性，基于軟，便攜式，多材料光推的紫外線傳感設備被開發用于環境監測，包裝和醫療保健可穿戴技術（包括皮膚安裝，紡織品安裝和腕帶設備）在具有挑戰性的環境中的應用，并可根據不同皮膚類型進行調節。
Yimyai, T., Crespy, D., Pena-Francesch, A., Self-Healing Photochromic Elastomer Composites for Wearable UV-Sensors. Adv. Funct. Mater. 2023, 2213717.https://doi.org/10.1002/adfm.202213717
9. AFM：高導電水凝膠用于仿生體感軟致動器
自然界中許多生物復雜的感知和驅動能力激發了科學家們開發仿生體感軟機器人的靈感。于此，天津大學王玲、許鑫華等人報道了用于生物啟發體感軟致動器的均質和高導電水凝膠的設計和制造。1）通過導電表面官能化MXene/聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）/聚（苯乙烯磺酸鹽）油墨與熱響應性聚（N-異丙基丙烯酰胺）水凝膠的原位共聚，合成了導電水凝膠。發現所得水凝膠具有高電導率（11.76 S m?1）、應變敏感性（GF為9.93）、寬工作應變范圍（≈560%應變）和在100%應變下超過300次加載-卸載循環后的高穩定性。2）重要的是，通過將導電水凝膠與結構著色聚合物化學集成，開發了具有快速響應、光驅動遠程控制和自我感知能力的形狀可編程體感水凝膠致動器。作為概念證明，結構著色的水凝膠致動器被應用于設計人工章魚、人工魚和軟抓取器的光驅動可編程形狀變形，該軟抓取器可以通過實時阻力變化同時監測其自身的運動。這項工作有望為具有自我感知和驅動能力的先進體感材料的設計提供新的見解，并為通過內置反饋控制開發基于軟物質的自我調節智能鋪平道路，這對智能軟機器人和自動化機器至關重要。
Xue, P., et al, Highly Conductive MXene/PEDOT:PSS-Integrated Poly(N-Isopropylacrylamide) Hydrogels for Bioinspired Somatosensory Soft Actuators. Adv. Funct. Mater. 2023, 2214867.https://doi.org/10.1002/adfm.202214867
10. Nano Letters: 穩定的無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池
由于其低成本和簡化的生產工藝，無電子傳輸層（ETL）鈣鈦礦太陽能電池（PSC）引起了極大的關注。然而，由于鈣鈦礦/陽極界面處載流子的嚴重復合，使其與傳統n-i-p結構電池相比，無ETL PSC的性能仍然較低。近日，西北工業大學黃維院士、Song Lin、福建師范大學Li Deli報道了穩定的無電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池。1) 作者報道了一種通過在FTO和鈣鈦礦之間原位形成低維鈣鈦礦層來制造穩定的無ETL FAPbI3 PSC的策略。該中間層使鈣鈦礦膜中的能帶彎曲和缺陷密度降低，以及陽極和鈣鈦礦之間的間接接觸和改善的能級對準，從而有利于電荷載流子傳輸和收集，并抑制電荷載流子復合。2) 作者獲得的無ETL FAPbI3 PSC在環境條件下的功率轉換效率（PCE）超過了22%。此外，模擬結果表明，能帶彎曲和降低缺陷密度對于高性能無ETL PSC至關重要。該工作中簡單的制備程序為實現鈣鈦礦太陽能電池的低成本和高效率生產提供了新的策略。
Hui Wei, et al. Stable Electron-Transport-Layer-Free Perovskite Solar Cells with over 22% Power Conversion Efficiency. Nano Letters 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04720https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.2c04720
