1. Nature Synthesis: 異質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬間納米材料的工程界面異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料因其獨特的性質(zhì)而在許多應(yīng)用中備受關(guān)注，其這些性質(zhì)取決于每個單獨組件的特性及其之間的界面。然而，控制異質(zhì)結(jié)構(gòu)合成和組件之間界面的困難限制了它們的應(yīng)用。近日，愛荷華州立大學(xué)Wenyu Huang報道了異質(zhì)結(jié)構(gòu)金屬間納米材料的工程界面。1) 作者開發(fā)了一種膠體合成方法來制備異質(zhì)結(jié)構(gòu)的金屬間納米材料（iNM），并基于電流置換機制和精確控制的前體添加來設(shè)計單個組件之間的界面。作者將多達(dá)四個不同金屬間相分離片段組合在一個納米顆粒中。2) 作者通過利用金屬間-金屬界面的分層生長途徑，在不同金屬間相之間形成最大數(shù)量的界面，并證明了沿iNM一維的納米精密相分離控制。通過調(diào)整粒子中的界面數(shù)量，作者證明了異質(zhì)結(jié)構(gòu)iNM中界面體積比的系統(tǒng)控制。該方法為制備具有可控界面的復(fù)雜異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料提供了巨大的潛力，并且還可以探索其性質(zhì)和應(yīng)用。
Yu Jiaqi, et al. Engineered interfaces for heterostructured intermetallic nanomaterials. Nature Synthesis 2023DOI: 10.1038/s44160-023-00289-4https://doi.org/10.1038/s44160-023-00289-4
2. Angew：原子層N摻雜BiOCl光催化海水制備CO和HClO
海水是用于處理CO2轉(zhuǎn)化為高附加值化學(xué)品/燃料的重要介質(zhì)，但是海水用于CO2轉(zhuǎn)換面臨著緩慢反應(yīng)速率和低產(chǎn)物選擇性的問題。有鑒于此，華中師范大學(xué)張禮知、孫紅衛(wèi)、上海交通大學(xué)李浩等報道首次實現(xiàn)了可見光催化方法，將原子層厚度的N摻雜BiOCl用于將天然海水和CO2轉(zhuǎn)化為化學(xué)計量比CO和HClO，CO的產(chǎn)率為92.8 μmol h-1，HClO的產(chǎn)率為83.2 μmol h-1，選擇性達(dá)到90 %。1）發(fā)現(xiàn)光電子能夠在暴露晶面BiOCl {001}富集，并且界面摻雜N原子具有Lewis堿性，促進CO2還原為CO；光生空穴主要分布在側(cè)面，促進Cl-氧化為HClO。2）CO2能夠?qū)⒑Ｋ畃H值維持在4.2附近，因此能夠避免堿金屬陽離子沉淀。生成的HClO起到殺菌作用，是一種綠色安全的現(xiàn)場消毒方法。
Yanbiao Shi, et al, Visible Light-Driven Conversion of Carbon-Sequestrated Seawater into Stoichiometric CO and HClO with Nitrogen-Doped BiOCl Atomic Layers, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202302286https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202302286
3. PNAS: 過渡金屬二硫族化合物中的超快電子定位和篩選
半導(dǎo)體中光與電荷載流子的耦合是許多技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。阿秒瞬態(tài)吸收光譜可以同時測量被激發(fā)的電子及其留下的空位對所施加光場的動態(tài)反應(yīng)。在化合物半導(dǎo)體中，這些動力學(xué)可以通過其任何原子成分進行探測，而這些原子成分具有進入價帶和導(dǎo)帶的核心能級躍遷。近日，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院L. Gallmann、U. Keller報道了過渡金屬二硫族化合物中的超快電子定位和篩選。1) 作者在二維過渡金屬二硫族化合物半導(dǎo)體MoSe2中表明，通過硒基核心能級躍遷，可以觀察到載流子的相互作用，而當(dāng)通過鉬探測時，載流子的集體多體運動占主導(dǎo)地位。而這種對比行為可以通過吸收光后鉬原子周圍電子的強烈局域化來解釋，進而改變作用在載流子上的局部場。2) 作者發(fā)現(xiàn)，元素鈦金屬中的類似行為會轉(zhuǎn)移到含過渡金屬的化合物中，并能夠在此類材料中發(fā)揮重要作用。此外，獨立粒子和集體反應(yīng)的知識對于充分理解這些材料至關(guān)重要。
Z. Schumacher, et al. Ultrafast electron localization and screening in a transition metal dichalcogenide. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2221725120https://doi.org/10.1073/pnas.2221725120
4. PNAS: 晶體工程克服類芬頓催化中尖晶石氧化物的活性-穩(wěn)定性權(quán)衡
對多相催化劑的結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)進行精確調(diào)節(jié)，可以開發(fā)高效氧化水凈化技術(shù)。然而，盡管具有優(yōu)異去污活性和選擇性的催化劑已被實現(xiàn)，但保持這種材料的長期使用壽命仍極具挑戰(zhàn)性。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)Hong Xun、Li Wenwei提出了一種結(jié)晶度工程策略，以打破類芬頓催化中金屬氧化物的活性-穩(wěn)定性權(quán)衡。1) 無定形/結(jié)晶鈷錳尖晶石氧化物（A/C-CoMnOx）具有高活性、富含羥基的表面，并且具有中等的過氧一硫酸鹽（PMS）親和力和電荷轉(zhuǎn)移能以及強的污染物吸附，從而可以觸發(fā)協(xié)同的自由基和非自由基反應(yīng)，并實現(xiàn)有效的污染物礦化，進而減輕了由于氧化中間體積累而導(dǎo)致的催化劑鈍化。2) 同時，得益于A/C界面對污染物的增強吸附，表面受限反應(yīng)使A/C-CoMnOx/PMS系統(tǒng)具有超高的PMS利用效率（82.2%）和優(yōu)異的去污活性（速率常數(shù)為1.48 min?1）。此外，作者還發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)在實際水處理中具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和環(huán)境魯棒性。
Zhi-Yan Guo, et al. Crystallinity engineering for overcoming the activity–stability tradeoff of spinel oxide in Fenton-like catalysis. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2220608120https://doi.org/10.1073/pnas.2220608120
5. PNAS: 水性鋅離子電池吸電子效應(yīng)對離子締合和溶劑化結(jié)構(gòu)的協(xié)同調(diào)節(jié)
水性鋅離子電池由于其低成本和高安全性而成為最具潛力的大規(guī)模儲能系統(tǒng)之一。然而，鋅陽極經(jīng)常遇到鋅枝晶生長、析氫反應(yīng)和副產(chǎn)物形成的問題。近日，南開大學(xué)牛志強報道了吸電子效應(yīng)對離子締合和溶劑化結(jié)構(gòu)的協(xié)同調(diào)節(jié)。1) 作者通過在30m ZnCl2電解質(zhì)中引入2，2，2-三氟乙醇（TFE）來開發(fā)低離子締合電解質(zhì)（LIAE）。由于TFE分子中-CF3基團的吸電子效應(yīng)，使得在LIAE中的Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)從較大的聚集體簇轉(zhuǎn)化為較小的片段，并且TFE同時與Zn2+溶劑化結(jié)構(gòu)中的H2O形成氫鍵。2) 因此，作者發(fā)現(xiàn)其離子遷移動力學(xué)顯著增強，并且在LIAE中溶劑化H2O的電離也被有效抑制。LIAE中的鋅陽極具有快速的電鍍/剝離動力學(xué)和99.74%的高庫侖效率。相應(yīng)的全電池具有優(yōu)異的綜合性能，如高倍率能力和長循環(huán)壽命。
Rui Wang. et al. Synergetic modulation on ionic association and solvation structure by electron-withdrawing effect for aqueous zinc-ion batteries. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2221980120https://doi.org/10.1073/pnas.2221980120
6. EES: 可充電鎂電池的實用前景
基于豐富且具有成本效益材料的新興儲能系統(tǒng)是克服21世紀(jì)全球能源和氣候危機的關(guān)鍵。近日，巴斯克研究與技術(shù)聯(lián)盟J. Alberto Blázquez、巴宜蘭大學(xué)Malachi Noke、Doron Aurbach對可充電鎂電池的實用前景進行了展望研究。1) 基于含量豐富的鎂可充電鎂電池（RMB）可以成為鋰離子電池技術(shù)的一種廉價且環(huán)境友好的替代品，尤其是在大型儲能應(yīng)用中。目前，該技術(shù)主要集中于實驗室規(guī)模的密集研究。然而，人們需要從現(xiàn)實應(yīng)用的角度來看待這些新興方法，以確保它們能夠滿足關(guān)鍵應(yīng)用的技術(shù)要求。2) 為了彌補實驗室研究進展和工業(yè)發(fā)展需求之間的差距，作者在此報道了第一個可充電鎂電池原型，并提出了一個先進RMB化學(xué)研究的路線圖。通過該工作，作者旨在展望RMB的未來巨大潛力。
J. Alberto Blázquez, et al. A practical perspective on the potential of rechargeable Mg batteries. EES 2023https://doi.org/10.1039/D2EE04121A
7. AM: 界面缺陷對固態(tài)電解質(zhì)電化學(xué)機械失效的影響
在原有缺陷中電鍍鋰(Li)產(chǎn)生的高應(yīng)力場是固態(tài)電解液機械失效的主要原因，因為它驅(qū)動電解液中的裂紋擴展，其次是Li絲在內(nèi)部生長，如果Li絲到達(dá)另一個電極，甚至電池內(nèi)部短路。為了了解界面缺陷在固態(tài)電解液機械失效中的作用，查爾姆斯理工大學(xué)Shizhao Xiong建立了電化學(xué)-化學(xué)-力學(xué)模型，對缺陷中電鍍Li過程中的應(yīng)力分布、相對損傷和裂紋形成進行了可視化。1）界面缺陷的幾何形狀是局部應(yīng)力場集中的主要因素，而半球形缺陷在初始階段損傷積累較少，電解液解體的失效時間最長。2）研究人員研究了長寬比作為缺陷的關(guān)鍵幾何參數(shù)對電解液失效過程的影響。低長寬比為0.2~0.5的金字塔形缺陷在界面附近顯示出分叉的損傷區(qū)域，可能導(dǎo)致固體電解質(zhì)的表面粉化，而大于3.0的大長寬比則會在體液中引發(fā)損傷的積累。固態(tài)電解液界面缺陷與電化學(xué)-機械失效之間的修正有望為高功率密度固態(tài)鋰金屬電池的界面設(shè)計提供有見地的指導(dǎo)。
Yangyang Liu, et al, Role of interfacial defect on electro-chemo-mechanical failure of solid-state electrolyte, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202301152https://doi.org/10.1002/adma.202301152
8. AEM: 提高鈣鈦礦太陽能電池和模塊的效率和穩(wěn)定性的整體策略
混合化學(xué)氣相沉積（HCVD）是一種極具潛力的鈣鈦礦太陽能電池/模塊（PSC/PSM）的可擴展制造方法。然而，基于HCVD的鈣鈦礦太陽能電池效率仍然落后于溶液處理的PSC/PSM。近日，沖縄科學(xué)技術(shù)大學(xué)院大學(xué)戚亞冰報道了提高鈣鈦礦太陽能電池和模塊的效率和穩(wěn)定性的整體策略。1) 作者揭示了HCVD工藝中SnO2電子傳輸層的氧損失及其對太陽能電池器件性能的負(fù)面影響。為此，作者引入氨基磺酸鉀（H2KNO3S）作為鈍化層，以減輕SnO2的氧損失問題，并鈍化鈣鈦礦膜中的不配位Pb2+。同時，作者使用N-甲基吡咯烷酮（NMP）作為溶劑，通過形成PbI2?NMP的中間相來溶解PbI2，從而大大降低HCVD過程中鈣鈦礦成核的能壘。而鈣鈦礦晶種用于進一步調(diào)節(jié)鈣鈦礦晶體生長的動力學(xué)并改善晶粒尺寸。2) 所得太陽能電池具有21.98%（0.09 cm2）的高功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）和21.15%的穩(wěn)定輸出性能，相應(yīng)模塊的PCE分別為16.16%（22.4 cm2，14.72%的穩(wěn)定輸出特性）和12.12%（91.8 cm2）。此外，未封裝的小面積器件也具有優(yōu)異的操作穩(wěn)定性，T80壽命超過4000小時。
Guoqing Tong, et al. Holistic Strategies Lead to Enhanced Efficiency and Stability of Hybrid Chemical Vapor Deposition Based Perovskite Solar Cells and Modules. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202300153https://doi.org/10.1002/aenm.202300153
9. AEM: 實際工作條件下鋰金屬陽極的動態(tài)電偶腐蝕
鋰金屬陽極在可充電電池中的實際應(yīng)用受到了電化學(xué)性能差的嚴(yán)重限制，從而在很大程度上源于其對腐蝕的高敏感性。近日，北京理工大學(xué)黃佳琦報道了實際工作條件下鋰金屬陽極的動態(tài)電偶腐蝕。1) 為了完成Li腐蝕途徑的真實圖像，作者描述了現(xiàn)實工作條件下的動態(tài)電偶腐蝕機制。通過該機制，作者發(fā)現(xiàn)在動態(tài)Li去除過程中，在連續(xù)暴露的銅基底上逐漸產(chǎn)生擴展的固體電解質(zhì)界面（SEI）。作者通過滴定氣相色譜法測定發(fā)現(xiàn)，動態(tài)電偶腐蝕反應(yīng)會導(dǎo)致額外的Li損失，從而降低電池的可逆性，尤其是在緩慢的Li剝離速率下。2) 作者通過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，三個關(guān)鍵因素調(diào)節(jié)實際電池中動態(tài)電偶腐蝕程度的原因。其中包括Li剝離的總步長、動態(tài)腐蝕電流降解速度和SEI化學(xué)。該工作為當(dāng)前有關(guān)工作鋰金屬陽極腐蝕過程的知識提供了重要補充，并為高可逆性鋰循環(huán)的設(shè)計策略提供了新的見解。
Jun-Fan Ding, et al. Dynamic Galvanic Corrosion of Working Lithium Metal Anode Under Practical Conditions. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202204305https://doi.org/10.1002/aenm.20220430510. ACS Nano：Te–O對作為碳納米片活性中心用于高效電催化氧還原的見解先前的理論計算預(yù)測，將碲（Te）摻入碳材料中可以顯著提高其催化活性。盡管如此，高效摻Te碳材料的實驗實現(xiàn)仍然具有挑戰(zhàn)性。鑒于此，上海大學(xué)吳明紅、王亮等采用理論計算來推導(dǎo)摻雜Te的碳材料的可能結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，在具有相對較低的氧配位環(huán)境的碳材料中形成Te–O對可以賦予強大的給電子能力，從而提高氧還原反應(yīng)（ORR）的電催化活性。 1）使用串聯(lián)水熱脫水熱解策略合成了Te–O對摻雜的碳材料，這種方法使得Te能夠有效地滲透到碳材料中，該材料表現(xiàn)出擴大的層間距離和類石墨烯納米片結(jié)構(gòu)，提供了擴大的活性區(qū)域。2）這些結(jié)構(gòu)特征有助于提高所制備的碳催化劑的ORR催化性能，該發(fā)現(xiàn)為設(shè)計具有二元雜原子摻雜活性位點的各種碳基電催化劑提供了分子水平的見解。
Zeming Wang, et al. Insights into the Use of Te–O Pairs as Active Centers of Carbon Nanosheets for Efficient Electrochemical Oxygen Reduction. Nano.DOI: 10.1021/acsnano.3c01662https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c0166211. ACS Nano：可清除與Ⅱ型糖尿病相關(guān)hIAPP蛋白質(zhì)的對映體降解劑靶向蛋白質(zhì)降解具有調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)穩(wěn)態(tài)的能力。中科院長春應(yīng)化所曲曉剛研究員設(shè)計了基于金屬螺旋對映體降解劑，其可將細(xì)胞外人胰島淀粉樣多肽（hIAPP）輸送到溶酶體中進行降解。1）研究將可靶向巨噬細(xì)胞的糖配體對金屬螺旋進行功能化形成金屬螺旋對映體降解劑。2）金屬螺旋可以結(jié)合和抑制hIAPP聚集，用以共軛的tri-GalNAc基序則可以靶向巨噬細(xì)胞半乳糖型凝集素1（MGL1），產(chǎn)生嵌合分子，既可以抑制hIAPP聚集，又可以指導(dǎo)結(jié)合的hIAPP在巨噬細(xì)胞中進行溶酶體降解。3）研究還顯示，在金屬螺旋對映體中，∧對映體在抑制hIAPP聚集和促進hIAPP內(nèi)化-降解方面表現(xiàn)出比Δ對映體更好的效率。
Zhenqi Liu, et al. Enantioselective Degrader for Elimination of Extracellular Aggregation-Prone Proteins hIAPP Associated with Type 2 Diabetes. ACS Nano. 2023DOI：10.1021/ acsnano.2c11476https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c1147612. ACS Nano：由光塑性和光介電效應(yīng)實現(xiàn)的嵌段共聚物的可修復(fù)宏觀單疇陣列光響應(yīng)聚合物材料由于能夠在從納米到微觀的長度范圍內(nèi)以非接觸的方式控制和操縱聚合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)而引起了人們極大的興趣。鑒于此，勞倫斯伯克利國家實驗室的Thomas P. Russell和延世大學(xué)的Hui Il Jeon等發(fā)現(xiàn)，當(dāng)暴露于紫外光（120 mW/cm2，λ=365 nm）時，在聚二甲基硅氧烷-b-聚（4（苯基二氮烯基）苯氧基）丙烯酸己酯）（PDMS-b-PPHA）的柱狀含偶氮苯嵌段共聚物中會發(fā)生反式-順式異構(gòu)化，即該嵌段共聚物能夠在宏觀距離上產(chǎn)生可愈合的、長程有序陣列的納米結(jié)構(gòu)域的單結(jié)構(gòu)域。反式-順式異構(gòu)化導(dǎo)致PPHA嵌段的介電常數(shù)顯著增加（在100 Hz下從6.52增加到19.8，光介電行為），Tg顯著降低（從54 °C減少到1 °C，光塑性行為）。通過將這些特性與平面內(nèi)電場相結(jié)合，在低溫下實現(xiàn)了近完美排列的圓柱形微疇的宏觀單疇，并且明顯地實現(xiàn)了損傷修復(fù)，其中300 nm寬的劃痕可以在40 °C下完全愈合，留下光滑均勻的厚膜。1）合成了在主鏈和懸垂偶氮苯部分之間具有己基間隔物的形成圓柱體PDMS-b-PPHA。該材料顯示出光塑性和光介電性變化，這使得微結(jié)構(gòu)域形態(tài)的長程有序化和定向成為可能。2）反式異構(gòu)體PPHA嵌段具有更高的Tg和LC有序溫度，需要升高的溫度來賦予自組裝和加工足夠的遷移率。3）PDMS-b-PPHA中的反式-順式光異構(gòu)化導(dǎo)致PPHA嵌段的Tg顯著降低至1 °C，遠(yuǎn)低于室溫，并且兩個嵌段之間的介電差（Δε）顯著增加，使得能夠使用施加的外部電場在薄膜中獲得高度取向和有序的圓柱形微疇的宏觀單疇。4）通過將損壞的PDMS-b-PPHA膜直接暴露于紫外線并施加電場，BCP膜可以完全修復(fù)到其原始狀態(tài)。這種利用PDMS-b-PPHA的光塑性和光電性質(zhì)的方法為低溫場定向自組裝提供了可行的途徑。
Hui Il Jeon, et al. Repairable Macroscopic Monodomain Arrays from Block Copolymers Enabled by Photoplastic and Photodielectric Effects. ACS Nano.DOI: 10.1021/acsnano.2c12800https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c12800
