1. Nature Nanotechnol.：單位點合金催化劑活性的新型描述符
合金催化劑的獨立金屬原子位點能夠進行高效率和選擇性的催化反應，但是催化活性原子與相鄰原子之間的幾何結構和電子結構之間具有相互影響，能夠對微環境產生影響，因此導致人們對催化反應位點的結構并不清楚。有鑒于此，天津大學鞏金龍等報道一種描述合金微環境的方法，能夠預測合金單位點的催化活性。提出一種非常簡單的描述符，孤立度（degree-of-isolation），通過這個概念能夠調控PtM合金催化劑（M=過渡金屬）的幾何結構和電子結構。1）通過這種獨立性描述符研究丙烷脫氫反應的相符情況，發現單位點合金催化劑表現遵循Sabatier規則的火山型催化活性變化規律。其中，具有較高孤立度的單原子活性位點，交替的活性位點能夠起到顯著的選擇性調控作用，而且丙烷脫氫催化反應的實驗選擇性和理論計算描述符之間產生非常好的相符。2）通過DFT計算，區分PtM合金催化劑的電子結構和幾何結構，并且給出一種非常簡單的描述符?用于描述催化反應活性，?描述了Pt-C的排斥作用，對應于分離現象，描述了碳原子和催化位點之間的分離程度。計算結果發現PtZn具有合適的孤立度，因此是最好的催化劑物種，與近期相關實驗結果相符。
Xin Chang, et al, Designing single-site alloy catalysts using a degree-of-isolation descriptor, Nat. Nanotechnol. (2023).DOI: 10.1038/s41565-023-01344-zhttps://www.nature.com/articles/s41565-023-01344-z
2. Nature Synthesis：在Ga-N5原子位點上將水光催化為過氧化氫
將光催化選擇性調節為具有工業價值但熱力學上不穩定的產物仍極具挑戰性。近日，北京大學郭少軍在Ga-N5原子位點上將水光催化為過氧化氫。1) 作者設計并合成了大孔反蛋白石型氮化碳上的Ga-N5原子位點，并將其用于分子氧和水對過氧化氫的可見光直接光合成。作者發現氧和水轉化為過氧化氫過程是通過亞穩態雙電子水氧化和雙電子氧還原途徑發生的。該光催化劑具有331.7?μmol g?1?h?1的高H2O2反應活性，并且太陽能到化學物質的轉化效率為0.4%，這遠高于植物的自然光合作用（～0.1%）。2) 此外，安裝在光催化流動系統設備中的大孔反蛋白石型氮化碳可以有效地殺死細菌并保持高穩定性，表明該系統可適用于凈化天然水。結合實驗表征和密度泛函理論模擬表明，由來自Ga-N5位點的雜化Ga 4p和N 2p組成的中間態不僅可以增強電荷載流子的分離/轉移，還可以促進水的吸附/活化和*OH中間體的形成。
Tan Hao, et al. Photocatalysis of water into hydrogen peroxide over an atomic Ga-N5 site. Nature Synthesis 2023DOI: 10.1038/s44160-023-00272-zhttps://doi.org/10.1038/s44160-023-00272-z
3. Nature Synthesis：光驅動氧化還原中繼催化控制氟烯烴自由基共聚
氟烯烴是生產具有各種應用的高性能含氟聚合物的原料。然而，含氟聚合物的合成通常需要苛刻的條件和高壓技術來處理氣態含氟烯烴。近日，復旦大學陳茂報道了光驅動氧化還原中繼催化控制氟烯烴自由基共聚。1) 作者通過將氧化還原中繼途徑和熱活化延遲熒光（TADF）催化結合，實現了各種氟烯烴在環境條件下的可控共聚。并且使用這種方法，可以實現較低的有機催化劑劑量（負載量低至5?ppm）。此外，通過與不同的試劑和合成方案整合，作者合成了具有各種序列（例如，二嵌段和三嵌段）和拓撲結構（刷狀或支鏈）的聚合物。2) 機理研究表明，合理設計的有機TADF催化劑具有獨特的氧化還原中繼電子轉移特性、較長的延遲熒光壽命和精細的電子特性。該工作為精確的聚合物合成提供了一個信息豐富的概念，并能啟發含氟聚合物工程中的先進應用。
Yucheng Zhao, et al. Controlled radical copolymerization of fluoroalkenes by using light-driven redox-relay catalysis. Nature Synthesis 2023DOI: 10.1038/s44160-023-00284-9https://doi.org/10.1038/s44160-023-00284-9
4. Nature Materials: 無限層鎳酸鹽薄膜極性界面的解析
鎳基超導體為探索類銅超導體提供了一個有效實驗平臺。然而，盡管它們有類似的晶體結構和d電子填充態，但鎳化物中的超導電性僅在薄膜幾何結構中保持穩定，從而引發了科研工作者對襯底和薄膜之間極性界面的研究。近日，康奈爾大學Berit H. Goodge、Lena F. Kourkoutis對無限層鎳酸鹽薄膜極性界面進行了解析。1) 作者對Nd1?xSrxNiO2和SrTiO3之間的原型界面進行了詳細的實驗和理論研究。作者利用掃描透射電子顯微鏡中的原子分辨率電子能量損失譜揭示了單個中間Nd（Ti，Ni）O3層的形成。并且作者利用密度泛函理論計算表明了所觀測到的結構緩解極性不連續性的機制。2) 此外，作者探索了氧占有率、空穴摻雜和陽離子結構的影響，以解開它們對降低界面電荷密度的貢獻。通過對界面結構解析，該工作將為未來其他襯底和垂直異質結構上合成鎳酸鹽膜提供指導。
Berit H. Goodge, et al. Resolving the polar interface of infinite-layer nickelate thin films. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01510-7https://doi.org/10.1038/s41563-023-01510-7
5. Nature Materials: 電解質在用于非金屬水性儲能電極的非共軛自由基聚合物中的作用
非金屬水性電池可以有效解決戰略金屬短缺和鋰離子電池安全問題。近日，得克薩斯農工大學Jodie L. Lutkenhaus報道了電解質在用于非金屬水性儲能電極的非共軛自由基聚合物中的作用。1) 具有氧化還原活性的非共軛自由基聚合物由于其高放電電壓和快速氧化還原動力學，是極具潛力的非金屬水電池材料。然而，目前對于該聚合物在水性環境中的儲能機制知之甚少。并且由于電子、離子和水分子同時轉移，使得反應本身很復雜，從而很難解決。2) 作者通過使用電化學石英晶體微天平在一定時間范圍內進行耗散監測，通過檢測不同潮/共致性質的水性電解質，證明了聚（2,2,6,6-四甲基哌啶氧基-4-基丙烯酰胺）氧化還原反應的性質。作者發現，容量跟隨電解質變化可以高達1000%，并且其中某些離子能夠實現更好的動力學、更高的容量和更高的循環穩定性。
Ma Ting, et al. The role of the electrolyte in non-conjugated radical polymers for metal-free aqueous energy storage electrodes. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01518-zhttps://doi.org/10.1038/s41563-023-01518-z
6. JACS：快鈉離子導體Na2.9Sb0.9W0.1S4局部結構與平均結構的差異
異價取代是提高固態電池固體電解質離子電導率的常用策略。在Na2.9Sb0.9W0.1S4中用WS42?取代SbS43?導致室溫下41 mS cm?1的非常高的離子電導率。根據其X射線衍射圖，原始Na3SbS4在四方結構中結晶，而取代的Na2.9Sb0.9W0.1S4在室溫下在立方相中結晶。近日，明斯特大學Wolfgang G. Zeier通過執行對分布函數分析和靜態單脈沖121Sb NMR實驗表明，盡管布拉格衍射圖案發生變化，Na2.9Sb0.9W0.1S4的短程有序仍保持四方。1）依賴于溫度的拉曼光譜表明，由于Na+亞結構的無序增加導致晶格動力學發生變化，導致動態采樣，從而導致局部結構和平均結構的差異。雖然局部結構沒有差異，但與原始Na3SbS4相比，準彈性中子散射和固態23Na核磁共振測量顯示Na2.9Sb0.9W0.1S4的Na+擴散率顯著提高并降低了活化能。2）獲得的擴散系數與理論值和阻抗譜測量的長程傳輸非常吻合。這項工作證明了研究離子導體的局部結構以充分了解其傳輸機制的重要性，這是開發更快的離子導體的先決條件。
Oliver Maus, et al, On the Discrepancy between Local and Average Structure in the Fast Na+ Ionic Conductor Na2.9Sb0.9W0.1S4, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c11803https://doi.org/10.1021/jacs.2c11803
7. JACS：用于丙烯高效電氧化成丙二醇的分子催化劑的動態可逆互變
丙烯電氧化生成1,2丙二醇(PG)的過程包括*OH的生成和*OH向丙烯中C=C鍵的轉移兩個關鍵步驟。強*OH結合能(EB(*OH))有利于H2O離解成*OH，而*OH向丙烯的轉移將受到阻礙。EB(*OH)的比例關系在影響丙烯電氧化的催化性能方面起著關鍵作用。近日，中科大耿志剛采用固定化銀吡唑分子催化劑（表示為AgPz）作為電催化劑，將丙烯高效電氧化為PG。1）AgPz中的吡咯N-H可以去質子化形成吡咯N（表示為AgPz-Hvac），它可以被可逆地質子化。在丙烯電氧化過程中，AgPz上的強EB(*OH)有利于H2O離解成*OH。隨后，AgPz轉化為具有弱EB(*OH)的AgPz-Hvac，有利于*OH與丙烯的進一步結合。2）AgPz和AgPz-Hvac之間的動態可逆相互轉化可以打破EB(*OH)的標度關系，從而大大降低反應勢壘。在2.0 V（對比Ag/AgCl）時，AgPz實現了288.9 mmolPG gcat?1 h?1的顯著產率，比迄今為止的最高值高出一個數量級以上。3）原位光譜測量和pH依賴性活動進一步驗證了AgPz和AgPz-Hvac之間的動態可逆相互轉換。
Jingwen Ke, et al, Dynamically Reversible Interconversion of Molecular Catalysts for Efficient Electrooxidation of Propylene into Propylene Glycol, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00660https://doi.org/10.1021/jacs.3c00660
8. JACS：電沉積過渡金屬氧化物上甲烷電化學氧化成甲醇
將甲烷電化學部分氧化為甲醇是將擱淺的甲烷資源轉化為高價值、易于運輸的燃料或化學品的一種很有前途的方法。過渡金屬氧化物是這種轉化的潛在電催化劑。然而，尚未實現甲烷活化速率和甲醇選擇性對催化劑形態和實驗操作參數的依賴性的全面系統研究。在這里，加州大學洛杉磯分校Carlos G. Morales-Guio描述了一種電化學方法，用于沉積一系列薄膜過渡金屬（氧）氫氧化物作為甲烷部分氧化的催化劑。1）CoOx、NiOx、MnOx和CuOx被發現對甲烷部分氧化成甲醇具有活性。以CoOx作為原型甲烷部分氧化電催化劑，系統地研究了活性和甲醇選擇性對催化劑膜厚度、過電位、溫度和電化學電池流體動力學的依賴性。低催化劑膜厚度、中間超電勢、中間溫度和快速甲醇傳輸的最佳條件被確定為有利于甲醇選擇性。2）通過控制實驗和DFT計算的結合，表明沉積的（氧）氫氧化物催化劑膜的氧化形式即使在不施加偏置電位的情況下也對甲烷熱氧化為甲醇具有活性，證明高價態轉變金屬氧化物對于在環境溫度下將甲烷活化和氧化成甲醇具有內在活性。3）計算表明，電催化氧化能夠達到最佳電位窗口，其中甲烷活化形成甲醇和甲醇解吸在熱力學上都是有利的，與氫氧根陰離子的競爭吸附有利于甲醇解吸。
Kangze Shen, et al, Electrochemical Oxidation of Methane to Methanol on Electrodeposited Transition Metal Oxides, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00441https://doi.org/10.1021/jacs.3c00441
9. EES: Ag2Se基熱電從材料到應用的研究進展
熱電材料及其器件可以實現熱能和電能之間的能量轉換，因此是傳統化石燃料的一種極具潛力的能源供應替代品。近日，南京工業大學Liu Qingfeng、昆士蘭科技大學Chen Zhigang綜述研究了Ag2Se基熱電從材料到應用的研究進展。1) 作為一種極具潛力的熱電材料，Ag2Se基半導體在近室溫下表現出相當高的熱電性能，并在自供電可穿戴電子器件和固態制冷方面具有相當大的應用潛力。考慮到Ag2Se基熱電的快速發展，及時回顧其進展、挑戰和前景具有重要意義。2) 作者首先關注Ag2Se的基本原理，包括其熱力學、晶體結構、能帶結構、類液行為和機械性質。然后，總結了Ag2S基熱電材料在改善其熱電性能和機械性質方面所采用的先進策略。此外，作者還從計算模擬、制造技術和新應用等方面綜述了器件設計的發展。最后，作者討論了Ag2Se基熱電未來發展的主要爭議、挑戰和展望。
Wu Hao et al. Advances in Ag2Se-based thermoelectrics from materials to applications. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE00378G
10. Nano Letters: I–III–VI量子點及其衍生物：發光二極管的設計、合成和性質
量子點（QDs）具有優異發光效率和高色純度，是未來柔性超高清顯示器、光學信息互聯網和生物成像技術的重要前沿發光材料。近日，南京理工大學Zhang Shuai、Zeng Haibo、弘益大學Heesun Yang綜述研究了I–III–VI量子點及其衍生物在發光二極管應用中的設計、合成和性質。1) I–III–VI量子點及其衍生物具有組分依賴帶隙、全可見光覆蓋、高效率、優異穩定性和無毒性的特點，因此是取代傳統Cd和Pb基量子點的環保材料。特別是，它們的組成靈活性非常有利于精確控制能帶結構和微觀結構。此外，量子點發光二極管（QLED）在單色顯示和白色照明方面具有優越前景。2) 作者綜述了I–III–VI量子點及其在LED應用中的最新進展。首先，作者根據它們的電子能帶結構特征說明了發光機理。其次，重點介紹了I–III–VI量子點的最新進展、制備機理和光物理性質的調控，并總結了相應的應用進展，尤其是在發光二極管方面。最后，作者對整體現狀和挑戰進行了展望，提出了促進量子點和QLED發展的改進策略，指明了該領域的未來方向。
Linxiang Yang, et al. I–III–VI Quantum Dots and Derivatives: Design, Synthesis, and Properties for Light-Emitting Diodes. Nano Letters 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03138https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03138
