1. Nature Chemistry: 使用光化學有機氫化物催化劑回收策略將CO2還原為甲酸鹽
如果要減緩當前全球氣溫上升，大氣中二氧化碳含量增加是一個急需解決的問題。近日，神戶大學Ryosuke Matsubara、Ryosuke Matsubara、立教大學Masahiro Yamanaka使用光化學有機氫化物催化劑回收策略將CO2還原為甲酸鹽。1) 作者將二氧化碳化學還原為可用作能源和碳基材料的化合物，然而，為了使CO2還原反應（CO2RR）在全球范圍內運行，需要使用合適的催化劑系統：其應該僅使用可再生能源，并由大量可用元素構建，而且不需要高能反應物。盡管光是一種極具潛力的可再生能源，但大多數現有的CO2RR方法都使用電力，并且使用的許多催化劑都是基于稀有重金屬的。2) 作者提出了一種不含過渡金屬的催化劑體系，該體系使用基于苯并咪唑的有機氫化物催化劑進行CO2RR，該催化劑可以使用咔唑光敏劑和可見光再生。該系統能夠大量生產甲酸鹽，并且不會產生其他還原產物（如H2和CO）。
Weibin Xie, et al. Metal-free reduction of CO2 to formate using a photochemical organohydride-catalyst recycling strategy. Nature Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41557-023-01157-6https://doi.org/10.1038/s41557-023-01157-6
2. AM: 用于肼輔助水分解的雙功能超薄RhRu0.5合金納米線電催化劑
肼輔助水電解為低壓綠色氫氣生產提供了一條可行途徑。近日，加利福尼亞大學段鑲鋒、黃昱、Sautet Philippe報道了用于肼輔助水分解的雙功能超薄RhRu0.5合金納米線電催化劑。1) 作者報道了超薄RhRu0.5合金波狀納米線的設計和合成，并將其作為陽極肼氧化反應（HzOR）和陰極析氫反應（HER）的雙功能電催化劑。RhRu0.5合金波狀納米線可以實現肼的全電氧化，并且具有較低的過電位和較高的質量活性，以及提高了HER的性能，從而共同導致肼輔助水電解的超高性能，其在100mA/cm2的電流密度下具有54mV的超低電池電壓，并且在0.6V的電池電壓下具有853mA/cm2的超高電流密度。2) 所得到的電催化劑進一步證明了其在100mA/cm2的高電流密度下可以連續穩定運行80小時，并且幾乎沒有衰減。器整體性能不僅遠遠超過了先前報道的肼輔助水電解槽的性能，而且在室溫下催化肼分解的高周轉頻率（TOF）值高達1618/h，這優于許多先前報道的催化劑。
Xiaoyang Fu, et al. Bifunctional ultrathin RhRu0.5 alloy nanowire electrocatalysts for hydrazine assisted water splitting. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202301533https://doi.org/10.1002/adma.202301533
3. AM：堆垛層錯誘導 Li2MnO3 中的氧陰離子活性
可控陰離子氧化還原為能量密度的變革性增加是下一代鋰離子電池正極材料的追求。它的激活機制與O周圍的局部協調環境相結合，這對控制提出了實驗挑戰。在這里，北京工業大學尉海軍教授通過實驗控制富鋰氧化物母化合物Li2MnO3中的層錯密度，展示了通過改變O局域環境來調節陰離子氧化還原的能力。1）通過計算分析和光譜研究相結合的方法，定量地揭示了較多的層錯可以在局部富鋰環境中觸發較小的Li-O-Li鍵角和較大的Li-O鍵距，從而激活氧氧化還原反應，進而增強后續還原過程中Mn的反應活性。這項研究強調了局部結構環境在調節陰離子反應性中的關鍵作用，這為通過適當調整層錯來設計高容量層狀陰極提供了指導。
Boya Wang, et al, Stacking faults inducing oxygen anion activities in Li2MnO3, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202207904https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202207904
4. Angew：揭示鎂金屬電池中氟化物烷基鎂鹽的界面化學
探索具有高可逆鎂電鍍/剝離和出色穩定性的有前途的電解質系統對于可充電鎂電池（RMB）至關重要。氟化烷基鎂鹽(Mg(ORF)2)不僅在醚類溶劑中具有高溶解度，而且與Mg金屬負極相容，具有廣闊的應用前景。近日，武漢理工大學麥立強教授，Qinyou An設計并合成了用于鎂電解質的Mg(ORF)2系列，并系統地研究了三氟甲基(-CF3)的數量和位置對電解質電化學性能的影響。1）結果表明，Mg(ORF)2鹽的存在有效地改變了電解質中Mg2+的局部配位環境，增強了電解質的氧化穩定性（高達4 V vs.Mg/Mg2+）。其中，含有更多-CF3基團的全氟叔丁醇鎂（Mg(PFTB)2）/AlCl3/MgCl2-DME（1,2-二甲氧基乙烷）基電解質也有利于原位生成堅固的氟化有機-無機復合材料SEI。2）基于這些獨特的特性，采用這種電解質的Mg||Mg對稱電池能夠在0.5 mA cm-2的電流密度和50 mV的極低極化下長期循環超過2000小時。此外，Mg||Cu半電池在3000次循環中表現出超過99.5%的平均庫侖效率(CE)。此外，Mg||Mo6S8全電池在1C循環500次后仍保持93%的容量保持率，這顯示了這種氟化物烷基電解質的潛力。
Juncai Long, et al, Revealing the Interfacial Chemistry of Fluoride Alkyl Magnesium Salts in Magnesium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301934DOI: 10.1002/anie.202301934https://doi.org/10.1002/anie.202301934
5. Angew：用于無枝晶和無穿梭 Zn-I2 電池的有機 pH 緩沖劑
水系Zn-碘(I2)電池對于大規模儲能具有吸引力。然而，缺點包括鋅枝晶、析氫反應 (HER)、腐蝕和聚碘的正極“穿梭”等。近日，阿德萊德大學郭再萍教授，Jianfeng Mao將吡啶作為有機pH緩沖劑添加到2MZnSO4電解質中。1）N上獨特的孤對電子與H形成氫鍵，緩沖Zn負極周圍的pH變化并抑制副產物的產生。吡啶分子優先吸附在Zn金屬表面并誘導Zn(002)面的無枝晶沉積。此外，還含有N原子的咪唑pH緩沖液被用作2MZnSO4電解液中的添加劑。2）通過在不同電流密度和容量下測試的Zn/Zn對稱電池的電化學性能證明了有機pH緩沖劑對Zn負極可逆性和穩定性的影響，在1)吡啶-ZnSO4電解質中，在1 mA cm-2下4,000小時，1 mAh cm-2和3,200h在2 mA cm-2、2 mAh cm-2；2)咪唑-ZnSO4電解質，在1 mA cm-2、1 mAh cm-2下為4,000小時，在2 mA cm-2、2 mAh cm-2下為800小時。原位紫外-可見和原位拉曼光譜證明了吡啶-ZnSO4電解質中多碘化物溶解的抑制和I2/I-轉化的高可逆性。3）因此，吡啶-ZnSO4中的Zn-I2電池在0.2 A g-1時表現出180 mAh g-1的高比容量和約100%的庫侖效率(CE)，并且在10,000次循環后達到92%的容量保持率電流密度2 A g-1。在10 A g-1的高電流密度下，吡啶-ZnSO4中的Zn-I2電池達到25,000次循環并保持105 mAh g-1的高比容量。使用有機緩沖添加劑對電解質pH值進行有針對性的工程設計對于設計高度可逆、無枝晶和無穿梭的Zn-I2電池具有實際好處。
Yanqiu Lyu, et al, Organic pH Buffer for Dendrite-Free and Shuttle-Free Zn-I2 Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202303011DOI: 10.1002/anie.202303011https://doi.org/10.1002/anie.202303011
6. Angew：環戊基甲基醚，一種用于高性能鋰金屬電池的非氟化弱溶劑化寬溫溶劑
盡管最近的工作證明了弱溶劑化溶劑在增強LMBs循環性能方面的優勢，但仍然缺乏高性能弱溶劑化溶劑的新設計和設計策略，尤其是物理化學性質。在這里，華中科技大學謝佳教授，曾子琪提出了一種分子設計來調整非氟化醚溶劑的溶劑化能力和物理化學性質。1）生成的環戊基甲基醚(CPME)具有較弱的溶劑化能力和較寬的液相溫度范圍。2）通過優化鹽濃度，CE進一步提升至99.4%。此外，在-20 °C下，Li-S電池在基于CPME的電解質中的電化學性能得到改善。具有高性能電解質的Li||LFP(17.6 mg cm–2)電池在400次循環后保持>90%的原始容量。3）溶劑分子設計理念為非氟化電解質提供了一條有前途的途徑，具有弱溶劑化能力和寬溫度窗口，可用于高能量密度LMB。
Han Zhang, et al, Cyclopentylmethyl Ether, a Non-Fluorinated, Weakly Solvating and Wide Temperature Solvent for High-Performance Lithium Metal Battery, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300771DOI: 10.1002/anie.202300771https://doi.org/10.1002/anie.202300771
7. Angew：定制活性Cu2O/銅界面位點用于脂肪族伯胺與CO2/H2的N-甲酰化
胺與CO2/H2的多相催化N-甲酰化作用生成甲酰胺對CO2的增值非常有吸引力。然而，催化性能與催化劑結構的關系仍然不清楚。在此，中科院蘭州應化所崔新江研究員，萊布尼茨催化研究所Jabor Rabeah為這種轉化構建了含有Cu2O/Cu界面位點的混合價催化劑。1）具有不同結構的脂肪族伯胺和仲胺都可以有效地轉化為所需的甲酰胺，產率得到顯著提高。2）組合的外部和原位催化劑表征表明，Cu2O/Cu界面位點的存在對于出色的催化活性至關重要。3）密度泛函理論(DFT)計算表明，Cu2O/Cu(111)比Cu(111)具有更好的催化活性，這可歸因于Cu2O/Cu界面（Ointer）處氧的輔助形成Ointer-H部分，這不僅降低了HCOOH形成的表觀屏障，而且有利于所需N-甲酰化胺的解吸，從而導致高活性和選擇性。
Xingchao Dai, et al, Tailoring Active Cu2O/Copper Interface Sites for N-Formylation of Aliphatic Primary Amines with CO2/H2, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202217380DOI: 10.1002/anie.202217380https://doi.org/10.1002/anie.202217380
8. Angew：碳納米管用于生物分子的近紅外壽命成像
單壁碳納米管()是一種能夠用于構建生物傳感器的多功能近紅外(NIR)熒光材料。當表面經過化學修飾后，SWCNTs可以通過熒光變化而對分析物做出反應。然而，基于強度的信號往往會很容易受到樣本移動等外部因素的影響。有鑒于此，波鴻魯爾大學Sebastian Kruss構建了基于近紅外SWCNTs傳感器的熒光壽命成像顯微鏡(FLIM)。1）實驗為近紅外信號(>800 nm)定制了共聚焦激光掃描顯微鏡(CLSM)，并采用(GT)10-DNA功能化的SWCNTs進行時間相關單光子計數，它們能夠作為重要神經遞質（多巴胺）的傳感器。2）研究發現，這些傳感器的熒光壽命(>900 nm)會呈雙指數衰減，而較長壽命的成分(370 ps)會隨著多巴胺濃度的增加而提高25%。實驗結果表明，這些傳感器會像油漆一樣覆蓋細胞，并能夠通過FLIM報告細胞外的多巴胺水平。綜上所述，該研究證明了熒光壽命能夠作為SWCNTs基近紅外傳感器的讀數。
Linda Sistemich. et al. Near-Infrared Lifetime Imaging of Biomolecules with Carbon Nanotubes. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202300682https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202300682
9. Angew：將惰性元素鋅轉化為活性單原子催化劑以實現高效的類芬頓化學
在類芬頓反應的單原子催化劑(SACs)中，與鋅(Zn)相關的SACs目前仍鮮有報道，其主要原因在于具有全滿3d10構型的Zn2+對于類芬頓反應不活躍。廣州大學胡春教授和高耀文教授通過形成Zn-N4原子配位結構將惰性元素Zn轉化為活性的單原子催化劑(SA-Zn-NC)，以用于類芬頓化學反應。1）研究發現，SA-Zn-NC能夠在有機污染物治理（包括利用超氧自由基(O2●-)和單線態氧(1O2)實現有機污染物和自氧化和催化降解）等方面表現出良好的類芬頓反應活性。2）實驗和理論結果表明，具有電子獲取功能的單原子Zn-N4位點可以將富電子污染物和低濃度PMS中貢獻的電子轉移到溶解氧(DO)中，促使DO還原為O2●-并依次轉化為1O2。綜上所述，這項工作進一步推動了高效穩定的類芬頓SACs的開發，在實現可持續和資源節約型的環境應用等方面具有重要價值。
Zhiyu Zhao. et al. Turning the Inert Element Zinc into an Active Single-Atom Catalyst for Efficient Fenton-Like Chemistry. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202219178https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202219178
10. AEM：多孔 V2O5正極中的超快3D混合離子傳輸用于高倍率可充電水系鋅電池
層狀V2O5是可充電水系鋅基電池(RAZB)的星形正極材料，因為釩具有豐富的氧化還原化學性質，通常通過邊緣位置的Zn2+（脫）嵌入表現出二維離子擴散機制，但受到惰性的困擾基面。在這里，北京科技大學Yongchang Liu，Xuanhui Qu，河北大學Ning Zhang創新地制備了在碳布上垂直生長的分層多孔V2O5納米片（V2O5/C），其中具有晶格缺陷的多孔結構成功解鎖了V2O5基面，以提供額外的離子擴散通道和豐富的活性位點。1）配制的15 m LiTFSI + 1 m Zn(CF3SO3)2水溶液電解質中，多孔V2O5/C電極首次實現了沿V2O5的c軸和ab平面的高效和超快3D Li+/Zn2+共嵌入/脫出行為，正如系統的非原位分析、多種電化學測量和理論計算所闡明的那樣。2）實驗結果顯示，多孔V2O5/C電極在RAZB中具有出色的高倍率能力（高達100 A g?1）和超長循環耐久性（15000次循環）。最后，采用多孔V2O5/C陰極的準固態可穿戴可充電鋅電池即使在嚴重變形和低溫下也表現出可觀的性能。這項工作實現了概念上的突破，其代表是將層狀陰極中的傳統2D離子傳輸升級為更容易的3D擴散，用于設計高性能電池電化學。
Tianhao Wang, et al, Ultrafast 3D Hybrid-Ion Transport in Porous V2O5 Cathodes for Superior-Rate Rechargeable Aqueous Zinc Batteries, Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202204358https://doi.org/10.1002/aenm.202204358
11. Nano Letters：平衡傳質和活性位點以提高 B,N 共摻雜C納米反應器的電催化氧還原
傳質在催化過程中至關重要，尤其是當納米結構催化劑促進反應時。目前，科研人員已經付出了巨大的努力來提高活性位點的功效和數量，但傳質通常沒有得到很好的研究。基于此，中科院大連化物所Jian Liu，悉尼科技大學Zhenguo Huang開發了一種通過順序蝕刻和熱解一系列ZIF-8前體來制造多孔三維(3D)B,N@C催化劑的有效方法。1）眾所周知，大多數報道的蝕刻過程都太快而無法精確調節MOF前體的孔隙率。例如，單寧酸可以在很短的時間內將固體ZIF-8和NH2MIL-125(Ti)轉移到空心MOF中（<30min)。為了解決這個問題，使用具有溫和水解特性的氨硼烷(AB)來使蝕刻過程可控。因此，B,N@C納米籠的結構得到了有效的定制。2）這些3D B,N@Cs在化學組成和數量方面具有相似的ORR催化活性位點。但它們的性能與多孔結構相關，尤其是在中觀和宏觀尺度上，這會影響非均相過程中的傳質。優化后的B,N@C-24催化劑的性能與商用Pt/C相當，出色的催化性能與三峰孔隙率相關，可實現活性位點暴露和傳質的最佳組合。
Xuefei Wang, et al, Balancing Mass Transfer and Active Sites to Improve Electrocatalytic Oxygen Reduction by B,N Codoped C Nanoreactors, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c00202https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c00202
12. Nano Letters：輕質超強碳納米管紗線的選擇性束間交聯
盡管單個CNT具有出色的機械性能，但這種材料的最高潛力尚未在宏觀組裝的CNT紗線(CNTY)中發揮出來。這是因為CNTY中的失效主要是由弱的管間相互作用引起的拔出失效，而不是CNT斷裂。近日，韓國材料科學研究所（KIMS）Taehoon Kim，仁荷大學Seung Jae Yang通過化學改性檢查和控制了一系列碳納米管紗線(CNTY)結構，以更深入地了解CNTY承載系統并生產輕質和超強的CNTY。1）CNTY的結構在不妨礙束中CNT原始狀態的情況下具有圍繞緊湊束的聚合物層，這是一種有利于進一步化學交聯和提高負載轉移效率的設計，正如原位拉曼所證實的那樣應力載荷下的光譜學。2）由此產生的CNTY表現出優異的機械性能，超過了基準高性能纖維的比強度。CNTY的這種特殊強度使其成為從地球到國際空間站的太空電梯電纜的有前途的候選者，因為它的強度為4.35 GPa/(g cm?3)，可以承受自重440公里電纜。
Yeonsu Jung, et al, Selective Interbundle Cross-Linking for Lightweight and Superstrong Carbon Nanotube Yarns, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04068https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c04068
