1. Science Advances：電子束充電導致的固體電解質中鋰的生長動力學
用電子顯微鏡揭示固體電解質 (SE) 的局部結構對于基本了解固態電池 (SSB) 的性能至關重要。然而，如果不完全了解樣品與電子束的相互作用，SSB 中的固有結構信息可能會產生誤導。在這項工作中，勞倫斯伯克利國家實驗室Mary C. Scott, Qingsong Tu系統地研究了不同成像條件下電子束對摻雜鋁的鋰鑭鋯氧化物 (LLZO) 的影響。
本文要點：
1）研究人員觀察到鋰金屬直接生長在 LLZO 的清潔表面上。研究發現，鋰金屬的生長動力學和形貌在很大程度上受溫度、加速電壓和電子束強度的影響。
2）研究人員證明鋰的生長是由于電子束發射下正電荷效應激活的 LLZO 脫鋰。因此，研究結果加深了對電子束對 SE 影響的理解，并為使用電子顯微鏡表征電池材料提供了指導。
Xinxing Peng, et al, Unraveling Li growth kinetics in solid electrolytes due toelectron beam charging, Sci. Adv. 9, eabq3285 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.abq3285
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq3285
2. Science Advances：顯示人類視覺感知的高分辨率、單像素、低功率紅外圖像的透明有機上轉換器件
晶體光電二極管仍然是最可行的紅外傳感技術選擇，但不透明度和像素尺寸減小本身的限制限制了它們在支持高分辨率原位紅外圖像方面的發展。在這項工作中，明志科技大學Shun-Wei Liu，臺灣大學Jiun-Haw Lee提出了一種基于全有機非富勒烯的上轉換裝置，該裝置通過激基復合物共主體發光系統將不可見的紅外信號帶入人類視覺。
本文要點：
1）該器件通過解析940 nm紅外信號（功率密度為103.8 μW cm?2），實現了12.56%的紅外到可見光上轉換效率。
2）研究人員定制了一個半透明（AVT，~60%）、大面積（10.35 cm2）、重量輕（22.91 g）的單像素上轉換面板，以可視化低至0.75 μW cm2的紅外功率密度，從而推斷出偏置開關線性動態范圍接近80分貝。
3）研究人員還展示了可視化來自FaceID和LiDAR的低強度紅外信號的可能性，這將填補基于帶光學透鏡的像素化互補金屬氧化物半導體的現有技術的空白。
Chun-Jen Shih, et al, Transparent organic upconversion devices displaying high-resolution, single-pixel, low-power infrared images perceived by human vision, Sci. Adv. 9, eadd7526 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.add7526
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add7526
3. Science Advances：用于聚合物電解質膜燃料電池中高膜電極組件性能的有效單網狀結構電極
為了實現可持續發展的社會，必須減少二氧化碳排放量并提高能源系統的效率。聚合物電解質膜燃料電池(PEMFC)具有零二氧化碳排放和高效的各種應用。由有效材料和結構的電極層組成的精心設計的膜電解質組件(MEA)可以改變PEMFC的性能和耐久性。近日，延世大學Yong-gun Shul，Yukwon Jeon開發了一種具有薄陰極層和低Pt負載的高效MEA，通過使用單個納米纖維CL基質的直接電極沉積實現了高整體性能，即使在更簡單的過程中也可以應用于實際MEA制備更大的規模。
本文要點：
1）電紡碳單網經過高溫處理高度石墨化，Pt-NPs通過納米膠方法均勻沉積，同時實現高活性和穩定性。
2）柔性單網陰極直接夾在商業陽極、膜和氣體擴散層(GDL)之間，用于PEMFC單電池測試。
3）開發的MEA在各種操作條件下表現出優異的性能和耐久性。
Yunseong Ji, et al, Effective single web–structured electrode for high membrane electrode assembly performance in polymer electrolyte membrane fuel cell, Sci. Adv. 9, eadf4863 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.adf4863
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf4863
4. Science Advances：揭示用于有機電池的含鋰共軛肟酸鹽的可逆固態電化學
隨著能量含量增加的有機鋰離子正極材料的不斷涌現，具有高氧化還原電位和固有氧化穩定性的化學物質仍然是一個挑戰。在這里，魯汶天主教大學Alexandru Vlad，Deepak Gupta報道了肟酸有機氧化還原功能的固相可逆電化學。
本文要點：
1）所公開的肟酯化學，包括環狀、非環狀、脂肪族和四官能定型，揭示了分子結構和電活性之間復雜的相互作用。
2）在奇特的特征中，最吸引人的是通過分子間偶氮二氧鍵偶聯伴隨固相電荷存儲過程的可逆電化學聚合。
3）性能最佳的肟酸鹽可提供350 mAh g-1的高可逆容量，平均電勢為3.0（與Li+/Li0）相比，在材料級指標上達到1 kWh kg-1的比能含量。
這項工作通過強調如何使用單一化學功能獲得不同的階段、機制和性能，確定了電化學、有機化學和電池科學之間的緊密聯系。
Jiande Wang, et al, Revealing the reversible solid-state electrochemistry of lithium-containing conjugated oximates for organic batteries, Sci. Adv. 9, eadg6079 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.adg6079
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6079
5. Science Advances：用于高功率密度燃料電池的具有“流-庫”離子通道的高溫低濕質子交換膜
全氟磺酸(PFSA)質子交換膜(PEM)是氫燃料電池(FC)的關鍵部件。近日，上海交通大學Yongming Zhang，Feng Liu使用原位同步加速器散射來研究PEM形態演化，并發現了一種“流-儲層”形態，可以實現高效的質子傳輸。
本文要點：
1）短側鏈(SSC)PFSA PEM是在形態優化的指導下制造的，其質子傳導率為193毫西門子每厘米[95%相對濕度(RH)]和40毫西門子每厘米(40%RH)80°C。
2）改進的玻璃化轉變溫度、透水性和機械強度使高溫低濕FC應用成為可能。與Nafion聚合物PEM設備相比，SSC-PFSA PEMFC在110 °C和25%RH下的性能提高了82.3%。
3）研究人員通過對PFSA的鏈構象、堆積機制、結晶和相分離的認識建立了結構-性能關系。此外，SSC-PFSA PEM非常適合高功率密度和重載應用迫切需要的高溫低濕FC。
Panpan Guan, et al, High-temperature low-humidity proton exchange membrane with “stream-reservoir” ionic channels for high-power-density fuel cells, Sci. Adv. 9, eadh1386 (2023)
DOI: 10.1126/sciadv.adh1386
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh1386
6. JACS：AgCu成分和結構對電催化CO2還原的影響
AgCu雙金屬催化劑具有重要的電催化CO2還原前景，人們發展了許多AgCu雙金屬催化劑，但是人們對AgCu催化劑的CO2電化學還原活性如何變化并不清楚。對AgCu催化劑的穩定性和動態催化活性位點并不清楚，而且不了解如何設計AgCu催化劑。有鑒于此，加州大學伯克利分校楊培東等報道在碳基底上系統的進行混合、相分離的AgCu納米粒子合成，并且考察這些不同AgCu納米粒子的電催化CO2還原性能。
本文要點：
1）通過按照不同時間進行電子顯微鏡表征、元素分布圖，發現AgCu雙金屬的Cu在電化學還原CO2反應中具有較高的移動，而且Cu通過從雙金屬催化劑中運動到表面后發生溶解，從催化劑中脫除，隨后團聚并且生成一個新納米粒子。此外，不論催化劑的起始組成成分如何變化，Ag和Cu將發生相分離，生成Cu富集和Ag富集的晶粒。Cu富集和Ag富集的晶粒在反應中發生變化，并且最終生成熱力學穩定的Ag0.88Cu0.12和Ag0.05Cu0.95。這種Ag和Cu分離的現象在塊體和表面表現不同的效果。
2）通過原位高能量分辨率XAS光譜表征，驗證說明AgCu的金屬態Cu物種是催化活性物種。這項工作有助于深入理解AgCu二元金屬催化劑在CO2電化學還原反應中的化學成分和結構變化機理。
Peng-Cheng Chen, et al, Chemical and Structural Evolution of AgCu Catalysts in Electrochemical CO2 Reduction, J. Am. Chem. Soc. 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c00467
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00467
7. Angew：可見光多相光催化固定烯烴中二氧化碳的光合作用
有機物中CO2的光驅動固定已成為合成高附加值精細化學品的一種有吸引力的替代方法。由于CO2的熱力學穩定性和動力學惰性，在CO2的轉化和產品選擇性方面仍然存在挑戰。基于此，福州大學王心晨教授，Meifang Zheng開發了一種碳氮化硼(BCN)，其在中孔壁周圍具有豐富的末端B/N缺陷，這從本質上增強了表面活性位點和電荷轉移動力學，從而提高了CO2吸附和活化的總體速率。
本文要點：
1）在可見光照射下，烯烴與CO2的反馬爾可夫尼科夫加氫羧化為延長的碳鏈，具有良好的官能團耐受性和特定區域選擇性。
2）機理研究表明，在有缺陷的碳氮化硼上會形成CO2自由基陰離子中間體，從而導致反馬爾可夫尼科夫羧化。
3）研究人員通過克級反應、天然產物的后期羧化和抗糖尿病GPR40激動劑的合成揭示了該方法的實用性。
這項研究為無金屬半導體的設計和應用提供了新的見解，以原子經濟和可持續的方式轉化CO2。
Tao Yuan, et al, Photosynthetic Fixation of CO2 in Alkenes by Heterogeneous Photoredox Catalysis with Visible Light, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202304861
DOI: 10.1002/anie.202304861
https://doi.org/10.1002/anie.202304861
8. Angew：通過互穿網絡限制聚合物鏈遷移率實現高速潤滑的有機水凝膠
具有純親水網絡的水凝膠由于其優異的低摩擦性能而備受關注。然而，由于吸附聚合物鏈引起的能量耗散以及伴隨潤滑狀態轉變的潤滑機制失效，水凝膠在高速條件下的潤滑性能并不令人滿意。在這項工作中，北京航空航天大學劉明杰通過結合親水性和親油性聚合物網絡來構建互穿雙網絡有機水凝膠，以改變表面聚合物鏈的物理化學性質，特別是鏈的流動性。
本文要點：
1）親油性聚合物網絡在空間上限制了溶脹的親水性網絡在水中的流動性，與傳統的高速水凝膠 (0.1 m/s) 相比，摩擦系數較低 (ca. 0.01)。
2）同時，有機水凝膠具有優異的耐磨性，在高速摩擦 5k 次后，在滑軌上幾乎沒有觀察到磨損。這種有機水凝膠的設計理念可以推廣到各種低磨損、高潤滑性的材料。
Yunfei Ru, et al, Organohydrogels with High-speed Lubrication via Confining Polymer Chain Mobility by Interpenetrated Heteronetwork, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302765
DOI: 10.1002/anie.202302765
https://doi.org/10.1002/anie.202302765
9. Angew：Sodium Carbazolide 及其衍生物作為鈉離子電池固體電解質
用固態電解質（SSEs）代替廣泛使用的有機液體電解質可以有效解決鈉離子電池的安全問題。幾十年來，人們一直在努力尋找新型固態電解質。然而，SSEs仍然存在常溫離子電導率低、制造困難、電化學穩定性低、與電極相容性差等問題。
在這里，中科院大連化物所Teng He，南京航空航天大學Tengfei Zhang，美國國家標準技術研究院Hui Wu合理將咔唑鈉(Na-CZ)及其THF配位衍生物制備為Na+導體，并成功解決了它們的兩個晶體結構。
本文要點：
1）在這些材料中，THF配位配合物表現出快速的Na+電導率，即Na-CZ-1THF和Na-CZ-2THF在90°C時分別為1.20×10-4 S cm-1和1.95×10-3 S cm-1，分別是相同條件下的頂級Na+導體。此外，即使在400小時的循環中也觀察到穩定的Na電鍍/剝離，顯示出出色的界面穩定性和與Na電極的相容性。
2）THF配位配合物具有易合成、低成本、冷壓成型等優點。原位NMR結果表明，THF的蒸發可能在Na+遷移中發揮重要作用，其中THF的運動會產生缺陷/空位并促進Na+的遷移。
Yang Yu, et al, Sodium Carbazolide and Derivatives as Solid-State Electrolytes for Sodium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302679
DOI: 10.1002/anie.202302679
https://doi.org/10.1002/anie.202302679
10. ACS Nano：雙金屬原子與納米團簇的協同作用提高ORR和OER的活性和穩定性
基于過渡金屬TM-NC體系的單原子催化劑(Tm=Fe，Co，Cu，Mn，Ni和Zn等)。17?20然而，它們的氧還原反應活性仍然低于TM-N-C火山圖的頂端。而且它們的析氧反應(OER)性能，特別是長期穩定性也不盡如人意。近日，南洋理工大學范紅金教授，蘇州大學Zhe Wang，Zhijuan Pan，延世大學Seong-Ju Hwang實現了雙金屬單原子和原子團簇的合成，它們共同錨定在高度石墨化的碳載體上。
本文要點：
1）通過系統的X射線吸收表征和密度泛函理論計算，證實了催化劑由Ni4(和Fe4)納米團簇組成，并與相應的NiN4(和FeN4)單原子中心相鄰。Fe4(Ni4)納米團簇與FeN4(NiN4)原子位的協同作用優化了反應中間體的吸附能，降低了勢壘決定步驟的勢壘。
2）與不含納米團簇的催化劑和商用鉑/碳催化劑相比，該催化劑具有更高的氧還原放出活性和長周期穩定性。進一步制作的鋅?空氣電池具有高功率密度和長期循環性能，展示了其在儲能設備中的應用前景。
Zhe Wang, et al, Cooperation between Dual Metal Atoms and Nanoclusters Enhances Activity and Stability for Oxygen Reduction and Evolution, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c01287
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01287
11. ACS Nano: Cu 原子層與 CeO2 之間的界面協同作用促進 CO 電偶聯至乙酸鹽
Cu被認為是CO/CO2還原反應(CORR/CO2RR)中的一種有效電催化劑，因為它的C?C偶聯成C2+產物，但合理設計用于高選擇性CO/CO2的Cu基催化劑仍然是一個艱巨的挑戰還原為C2+液體產品，例如醋酸鹽。近日，廣東工業大學Yong Xu，特拉華大學Feng Jiao，廈門大學黃小青教授將原子層狀銅原子噴涂到CeO2納米棒(Cu?CeO2)上可以產生一種催化劑，該催化劑在CO2RR中具有增強的乙酸鹽選擇性。
本文要點：
1）由于CeO2中氧空位(Ov)的存在，界面處的Cu原子層與Ce原子以Cu?Ce(Ov)的形式配位，這是強界面協同作用的結果。Cu-Ce(Ov)顯著促進了H2O的吸附和解離，H2O進一步與CO結合，選擇性地產生乙酸鹽作為主要液體產物。
2）在50?150 mA cm?2的電流密度范圍內，醋酸鹽的法拉第效率(FEs)超過50%，最大值為62.4%。特別是，Cu-CeO2的周轉頻率達到1477 h-1，超過了Cu納米粒子修飾的CeO2納米棒、裸CeO2納米棒以及其他現有的Cu基催化劑。
這項工作將用于CO2RR的高性能催化劑的合理設計推進到高附加值的產品，這可能會引起包括材料科學、化學和催化在內的多個領域的極大興趣。
Tang Yang, et al, Interfacial Synergy between the Cu Atomic Layer and CeO2 Promotes CO Electrocoupling to Acetate, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c00817
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00817
12. ACS Nano：基于非對稱納米多孔GaN/石墨烯垂直結的高靈敏度和快速紫外光電探測器
GaN基光電探測器在空間通信、環境監測等許多先進領域都非常受歡迎。然而，目前報道的高靈敏度GaN基光電探測器的光響應速度慢仍然阻礙了它們的應用。在這里，天津工業大學Lixia Zhao，中國科學院半導體研究所Kaiyou Wang展示了一種基于非對稱金/納米多孔-GaN/石墨烯垂直結的高靈敏度和快速紫外光電探測器。
本文要點：
1）基于納米多孔GaN的垂直光電探測器在+4V/-4V時顯示出高達～105的出色整流比。該器件的光響應率和比探測率高達1.01×104A/W和7.84×1014Jones，分別比控制平面光電探測器高出三個數量級以上。
2）隨著開關燈的打開和關閉，納米多孔GaN基垂直光電探測器的可重復開/關電流比為～4.32×103，約為控制平面器件的1.51×103倍。測得的上升/衰減時間為12.2μs/14.6μs，這是迄今為止高靈敏度GaN基光電探測器的最快值。
這些結果表明，非對稱Au/納米多孔-GaN/石墨烯結構可以同時提高GaN基PD的靈敏度和光響應速度。
Tiangui Hu, et al, High-Sensitivity and Fast-Speed UV Photodetectors Based on Asymmetric Nanoporous-GaN/Graphene Vertical Junction, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c00263
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00263
