1. Chemical Society Reviews：用于光子學(xué)的手性金屬有機(jī)框架
最近，人們對使用手性金屬有機(jī)框架（MOFs）和配位聚合物（CPs）進(jìn)行光子學(xué)應(yīng)用產(chǎn)生了極大的興趣。這些材料的前景在于能夠通過明智地選擇金屬和配體成分來調(diào)整其特性。此外，可以利用客體與主框架的相互作用來實(shí)現(xiàn)新的功能。鑒于此，悉尼大學(xué)的Girish Lakhwani、Deanna M. D’Alessandro和Lyndon A. Hall等綜述了手性金屬有機(jī)框架在光子學(xué)中的應(yīng)用。
本文要點(diǎn)：
1）概述了合成手性MOFs和CPs的方法，然后分析了它們在各種光學(xué)和光子學(xué)應(yīng)用中的最新創(chuàng)新。關(guān)注了MOF化學(xué)領(lǐng)域的兩個(gè)新興方向——圓偏振發(fā)光（CPL）和光子開關(guān)，以及將這些材料用于二階非線性光學(xué)（NLO）的最新發(fā)展，特別是二次諧波發(fā)生（SHG）。
2）概述了目前遇到的挑戰(zhàn)、可能的解決方案以及進(jìn)一步研究的關(guān)鍵方向。
3）總的來說，鑒于迄今為止所展示的結(jié)果，手性MOFs和CPs在未來的技術(shù)中顯示出巨大的應(yīng)用前景，如光通信和計(jì)算、光學(xué)顯示和全光器件。
HALL L A, D ALESSANDRO D M, LAKHWANI G. Chiral metal–organic frameworks for photonics, Chemical Society Reviews, 2023.
DOI: 10.1039/D2CS00129B
https://doi.org/10.1039/D2CS00129B
2. Nature Commun.：單原子Cu和Wδ+近100%選擇性可見光驅(qū)動甲烷轉(zhuǎn)化為甲醛
直接太陽能驅(qū)動的甲烷(CH4)重整是非常可取的，但具有挑戰(zhàn)性，特別是要獲得具有高選擇性的增值產(chǎn)品。在這里，倫敦大學(xué)學(xué)院唐軍旺教授，香港大學(xué)Zhengxiao Guo確定了原子分散的銅(Cu)物種和部分還原的鎢(Wδ+)的協(xié)同整體效應(yīng)，穩(wěn)定在富含氧空位的WO3上，這使得在可見光下能夠?qū)H4出色地光催化轉(zhuǎn)化為甲醛(HCHO)，從而導(dǎo)致近100%的選擇性，2小時(shí)內(nèi)4979.0 μmol·g-1的極高產(chǎn)率，常溫下HCHO的歸一化質(zhì)量活度為8.5×106 μmol·g-1Cu·h-1。
本文要點(diǎn)：
1）原位EPR和XPS分析表明，Cu物種作為電子受體，促進(jìn)光誘導(dǎo)電子從導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到O2，產(chǎn)生反應(yīng)性?OOH自由基。
2）同時(shí)，相鄰的Wδ+物種作為空穴受體和H2O的優(yōu)選吸附和活化位點(diǎn)產(chǎn)生羥基自由基（?OH），從而將CH4活化為甲基自由基（?CH3）。相鄰雙活性位點(diǎn)的協(xié)同作用提高了轉(zhuǎn)化過程的整體效率和選擇性。
Luo, L., Han, X., Wang, K. et al. Nearly 100% selective and visible-light-driven methane conversion to formaldehyde via. single-atom Cu and Wδ+. Nat Commun 14, 2690 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-38334-7
https://doi.org/10.1038/s41467-023-38334-7
3. JACS：具有高柵極介電性能的二維稀土氧化物的一般方法
具有新穎性能的二維（2D）稀土氧鹵化物（REOX）為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用提供了迷人的機(jī)會。2D REOX納米片和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的制備對于揭示其固有特性和實(shí)現(xiàn)高性能器件至關(guān)重要。然而，使用通用方法制造2D REOX仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。鑒于此，北京大學(xué)侯仰龍教授課題組設(shè)計(jì)了一種簡單的策略，使用襯底輔助的熔鹽方法制備2D LnOCl（Ln=La，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy）納米片。
本文要點(diǎn)：
1）提出了一種雙驅(qū)動機(jī)制，其中LnOCl的準(zhǔn)層狀結(jié)構(gòu)以及納米片與襯底之間的相互作用可以保證橫向生長。
2）此外，該策略還成功地應(yīng)用于不同橫向異質(zhì)結(jié)構(gòu)和超晶格的逐塊外延生長。
3）更重要的是，以LaOCl納米片作為柵極電介質(zhì)的MoS2場效應(yīng)晶體管的高性能得到了證明，表現(xiàn)出高達(dá)107的導(dǎo)通/關(guān)斷比和低至77.1 mV dec–1的亞閾值擺動的競爭性器件特性。
4）這項(xiàng)工作深入了解了2D REOX和異質(zhì)結(jié)構(gòu)的生長，為未來電子器件的潛在應(yīng)用提供了新的線索。
Biao Zhang, et al, General Approach for Two-Dimensional Rare-Earth Oxyhalides with High Gate Dielectric Performance, Journal of the American Chemical Society Article ASAP
DOI: 10.1021/jacs.3c00401
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c00401
4. Joule: 全噴墨打印的大型光電極
小面積光電極可用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的光電化學(xué)（PEC）水分裂電池的基礎(chǔ)科學(xué)和材料開發(fā)研究。然而，對于實(shí)際應(yīng)用，需要開發(fā)大型光電極的可擴(kuò)展幾何設(shè)計(jì)和架構(gòu)，以及使用低成本、溶液處理、可擴(kuò)展的方法進(jìn)行制造。近日，蔚山國立科學(xué)技術(shù)研究所Lee Jae Sung、Jang Ji-Wook綜述研究了全噴墨打印的大型光電極。
本文要點(diǎn)：
1) 作者首先討論了使用尺寸工程（尺寸、幾何形狀、形狀和結(jié)構(gòu)）和可擴(kuò)展架構(gòu)（例如具有網(wǎng)格線的對稱和非對稱設(shè)計(jì)以及具有互連的單片集成模塊）開發(fā)大型光電極的器件物理概念，這類似于早期開發(fā)的大型薄膜光伏電池。
2) 最后，作者提出了一種新的戰(zhàn)略性策略，即通過商業(yè)可部署的全噴墨打印作為溶液處理薄膜沉積方法，其可實(shí)現(xiàn)制造設(shè)計(jì)，并可用于開發(fā)大型光電模塊。
Dharmesh Hansora et.al Fully inkjet-printed large-scale photoelectrodes Joule 2023
DOI: 10.1016/j.joule.2023.04.008
https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.04.008
5. Joule: 用于快速充電電池的卷對卷無溶劑制造電極
為了應(yīng)對鋰離子電池（LIBs）日益增長的需求，伍斯特理工學(xué)院Wang Yan、德州農(nóng)工大學(xué)Pan Heng報(bào)道了一種無溶劑制造技術(shù)，該技術(shù)可以避免有毒有機(jī)溶劑，并形成獨(dú)特的電極結(jié)構(gòu)，以克服低成本和快速充電方面的瓶頸。
本文要點(diǎn)：
1) 作者通過干印刷（DP）電極中的開孔實(shí)現(xiàn)了較低曲折度和更短的Li+擴(kuò)散路徑，從而導(dǎo)致其具有更好的速率性能。DP軟包電池在3C和4C下分別具有78%和69%的高容量保持率，而且在相同速率下漿料澆鑄（SL）電池的容量保持率為67%和52%。
2) 此外，活性材料表面的涂層防止了活性材料和電解質(zhì)之間的過量副反應(yīng)，從而延長了DP電池的循環(huán)壽命。這種制造工藝是一種卷對卷系統(tǒng)，其具有巨大的規(guī)模化生產(chǎn)潛力，為電池制造提供了一種更高效、更經(jīng)濟(jì)的方式。
Yangtao Liu, et al. Roll-to-roll solvent-free manufactured electrodes for fast-charging batteries. Joule 2023
DOI: 10.1016/j.joule.2023.04.006
https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.04.006
6. EES: 兩性離子添加劑的定向排列可逆吸附穩(wěn)定超長壽命鋅離子電池電極
不穩(wěn)定的電極/電解質(zhì)界面、不均勻的鋅沉積和副反應(yīng)困擾著水性鋅離子電池的實(shí)際應(yīng)用。近日，中南大學(xué)陳立寶、陳月皎提出了L-肉堿（L-CN）作為一種有效的添加劑來穩(wěn)定兩個(gè)電極并延長壽命。
本文要點(diǎn)：
1) 微量添加的L-CN中同時(shí)存在的季銨陽離子、COO-陰離子和羥基對Zn2+的電化學(xué)沉積/插入行為和水分子活性起著巨大的協(xié)同作用。具體而言，為了適應(yīng)電場驅(qū)動電極上的負(fù)電荷，L-CN中的陽離子部分自動朝向相應(yīng)的電極表面（用于充電的陽極和用于放電的陰極）定向，占據(jù)活性水位點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)可逆吸附界面。羧基陰離子具有與Zn2+顯著的相互作用，進(jìn)而調(diào)節(jié)Zn2+通量以確保均勻和快速的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。
2) 羥基通過氫鍵固定有效地捕獲游離水和配位水，從而抑制副反應(yīng)和陰極溶解。值得注意的是，微量L-CN添加劑在對稱電池中實(shí)現(xiàn)了超長壽命，無枝晶鍍鋅/剝離的循環(huán)壽命提高了87倍，并且Zn//V2O5全電池經(jīng)過3500次循環(huán)，仍具有高容量保持率。
Huaming Yu, et al. Reversible Adsorption with Oriented Arrangement of Zwitterionic Additive Stabilizes Electrodes for Ultralong-Life Zn-lon Batteries. EES 2023
DOI: 10.1039/D3EE00982C
https://doi.org/10.1039/D3EE00982C
7. Angew：用于穩(wěn)定鋅金屬電池的聚陽離子調(diào)節(jié)電解質(zhì)和界面電場
鋅金屬作為一種很有前途的水系電池負(fù)極材料，但存在枝晶生長、嚴(yán)重的析氫和腐蝕等問題。在這里，南昌大學(xué)陳義旺教授，Kai Yuan引入聚陽離子添加劑聚二烯丙基二甲基氯化銨(PDD)以實(shí)現(xiàn)長期和高度可逆的鍍鋅/剝離。
本文要點(diǎn)：
1）具體而言，PDD可以同時(shí)調(diào)節(jié)電解質(zhì)和Zn/電解質(zhì)界面的電場，以改善Zn2+的遷移行為并引導(dǎo)主要的Zn(002)沉積，這可以通過Zeta電位、開爾文探針力顯微鏡和掃描電化學(xué)顯微鏡真實(shí)地檢測到。此外，PDD還形成了富含正電荷的保護(hù)外層和富含N的混合內(nèi)層，加速了電鍍過程中Zn2+的去溶劑化，阻止了水分子與Zn負(fù)極的直接接觸。
2）因此，Zn負(fù)極的可逆性和長期穩(wěn)定性得到顯著改善，Zn//Cu電池的平均庫侖效率高達(dá)99.7%，Zn//Zn電池的壽命是無PDD的22倍。
Mengke Peng, et al, Polycation-Regulated Electrolyte and Interfacial Electric Fields for Stable Zinc Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302701
DOI: 10.1002/anie.202302701
https://doi.org/10.1002/anie.202302701
8. Angew：Fe2M-三核簇金屬有機(jī)骨架在強(qiáng)酸條件下高效電化學(xué)硝酸鹽還原氨
含硝酸鹽的工業(yè)廢水對全球糧食安全和公共衛(wèi)生安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。與傳統(tǒng)的微生物反硝化相比，電催化硝酸鹽還原具有更好的可持續(xù)性，具有超高能效和高價(jià)值氨（NH3）的生產(chǎn)。然而，來自大多數(shù)工業(yè)過程（如采礦、冶金和石化工程）的含硝酸鹽廢水通常呈酸性，這與反硝化細(xì)菌和最先進(jìn)的無機(jī)電催化劑的典型中性/堿性工作條件相矛盾，導(dǎo)致對預(yù)中和的需求以及有問題的氫評價(jià)反應(yīng)（HER）競爭和催化劑溶解。
在這里，南京大學(xué)左景林教授，Prof. Mengning Ding，Prof. Jing Ma報(bào)道了一系列FeM2（M=Fe、Co、Ni、Zn）三核簇金屬有機(jī)框架(MOF)，它們能夠在強(qiáng)酸性條件下高效地將硝酸鹽電催化還原為銨，并且具有出色的穩(wěn)定性。
本文要點(diǎn)：
1）在pH=1電解液中，F(xiàn)e2Co-MOF的NH3產(chǎn)率為20653.5 μg·h-1·mg-1位點(diǎn)，NH3-法拉第效率(FE)為90.55%，NH3-選擇性為98.5%，電催化時(shí)間長達(dá)75小時(shí)穩(wěn)定。
2）此外，在高酸性條件下成功還原硝酸鹽直接產(chǎn)生硫酸銨作為氮肥，避免了后續(xù)的氨水提取并防止了氨的溢出損失。
這種基于簇的MOF結(jié)構(gòu)為環(huán)境相關(guān)廢水條件下的高性能硝酸鹽還原催化劑的設(shè)計(jì)原理提供了新的見解。
Dr. Yang Lv, et al, Highly Efficient Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia in Strong Acid Conditions with Fe2M-Trinuclear-Cluster MetalOrganic Frameworks, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202305246
DOI: 10.1002/anie.202305246
https://doi.org/10.1002/anie.202305246
9. Angew：在III型多孔液體中保持大孔隙率
在液體中保留大的永久性孔隙結(jié)構(gòu)可以賦予傳統(tǒng)液體以新的物理特性。然而，由于孔隙有被溶劑分子填充和占據(jù)的趨勢，這種材料的制造具有挑戰(zhàn)性。鑒于此，上海科技大學(xué)的李濤教授和Dejun Dai等設(shè)計(jì)和合成了第一種III型多孔液體（PL）。
本文要點(diǎn)：
1）PL含有均勻而穩(wěn)定的480 nm的空腔。這是通過化學(xué)蝕刻首先構(gòu)建一個(gè)單晶空心金屬有機(jī)框架（MOF），UiO-66-NH2來實(shí)現(xiàn)的。
2）薄而無缺陷的MOF外殼有效地阻止了體積龐大的聚（二甲基硅氧烷）溶劑分子通過其4??孔徑，從而保持PL中的微孔和大孔。
3）這些巨大的空隙空間允許PL在超過10次以上的循環(huán)中實(shí)現(xiàn)可逆地容納和釋放多達(dá)27?wt%的水。在 "干 "狀態(tài)和 "濕 "狀態(tài)之間的切換導(dǎo)致PL的熱導(dǎo)率從0.140到0.256 W m-1 K-1的巨大變化，從而提供具有1.8切換比的客體響應(yīng)的液體熱切換。
Dai, D., Luo, L., Zhu, Q., Wang, D., Li, T. Preserving Macroporosity in Type III Porous Liquids, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202303102.
DOI: 10.1002/anie.202303102
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202303102
10. AFM：自旋電子態(tài)誘導(dǎo)2H-鈣鈦礦相關(guān)氧化物的界面重構(gòu)以增加偽電容
超級電容器由于其快速充放電和長周期的特性而受到廣泛關(guān)注，但其低能量無法滿足大型設(shè)備的需求，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。偽電容是電容電極的儲能機(jī)制之一，有望在保持高功率的同時(shí)解決低能量的問題。鈣鈦礦氧化物能夠通過氧陰離子嵌入實(shí)現(xiàn)贗電容儲能。鑒于此，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院閻興斌教授和中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所的Tingting Liang等以三種2H-鈣鈦礦相關(guān)氧化物Sr6Co5O15-x、Sr5Co4O12-x和Sr5Co3NiO12-x為研究對象，證明了在電化學(xué)過程中通過表面重構(gòu)產(chǎn)生的金屬氫氧化物除了氧陰離子嵌入外，還可以貢獻(xiàn)額外的容量。
本文要點(diǎn)：
1）證明了2H-鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的偽三角棱鏡中由過渡金屬價(jià)態(tài)控制的電子自旋態(tài)將影響Jahn–Teller（JT）畸變。Co2+和Ni3+的JT畸變將延長金屬-O鍵，從而有助于在原始材料表面形成金屬氫氧化物。
2）在三種2H鈣鈦礦相關(guān)氧化物中，具有最多Co2+和Ni3+含量的Sr5Co3NiO12-x的比容量顯示出最高的容量增加。
3）這項(xiàng)研究將為開發(fā)先進(jìn)的類鈣鈦礦氧化物贗電容材料提供一條很有前途的途徑。
Liang, T., et al, Spintronic State-Induced Interface Reconfiguration of 2H-Perovskite Related Oxides for Pseudocapacitance Increase. Adv. Funct. Mater. 2302272.
DOI: 10.1002/adfm.202302272
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202302272
11. AFM：表面Li2CO3介導(dǎo)的磷酸化實(shí)現(xiàn)固態(tài)鋰電池復(fù)合聚合物電解質(zhì)的相容界面
復(fù)合聚合物電解質(zhì)（CPE）由于陶瓷和聚合物相的空間電荷層而存在界面不相容性。摻入Li7La3Zr2O12（LLZO）的聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯（PVDF-HFP）的強(qiáng)化脫氟化氫顯著損害了電化學(xué)機(jī)械性能和與電極的相容性。鑒于此，天津大學(xué)的吳士超和Xuerui Yi等通過表面Li2CO3介導(dǎo)的化學(xué)反應(yīng)精確磷酸化LLZO表面，解決了這些挑戰(zhàn)。
本文要點(diǎn)：
1）LLZO表面設(shè)計(jì)的中性化學(xué)環(huán)境確保了高空氣穩(wěn)定性和對PVDF-HFP脫氟化氫的有效抑制。這極大地促進(jìn)了陶瓷和聚合物相的均勻分布，以及快速的界面Li+交換，建立了高通量的離子滲流途徑，并顯著提高了離子電導(dǎo)率和遷移數(shù)。
2）此外，脫氟化氫產(chǎn)物的形成顯著減少，磷酸化表面和鋰金屬陽極之間原位形成的界面層穩(wěn)定了Li/CPE和正極/CPE界面，實(shí)現(xiàn)了Li/Li對稱電池以及固態(tài)Li/LiFePO4和Li/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2電池在室溫下的優(yōu)異循環(huán)性能。
3）這項(xiàng)研究強(qiáng)調(diào)了實(shí)現(xiàn)CPE的電化學(xué)-機(jī)械相容性的至關(guān)重要性，并提供了一條新的廢物轉(zhuǎn)化為財(cái)富的途徑。
Yi, X.,et al, Surface Li2CO3 Mediated Phosphorization Enables Compatible Interfaces of Composite Polymer Electrolyte for Solid-State Lithium Batteries. Adv. Funct. Mater. 2303574.
DOI: 10.1002/adfm.202303574
https://doi.org/10.1002/adfm.202303574
12. AFM：用于增強(qiáng)型柔性鋅-空氣電池的準(zhǔn)液體凝膠電解質(zhì)
柔性鋅-空氣電池（FZAB）因其高比能、優(yōu)異的穩(wěn)定性和獨(dú)特的可再充電性而備受關(guān)注。然而，這些電池受到所使用的凝膠電解質(zhì)的低電導(dǎo)率的限制。鑒于此，北京理工大學(xué)王克亮和Nuo Shang等提出了一種離子電導(dǎo)率與液體電解質(zhì)相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)液體凝膠。
本文要點(diǎn)：
1）用大尺寸二氧化硅原位引導(dǎo)和修飾凝膠孔結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了清晰和不間斷的孔。骨架結(jié)構(gòu)的減少導(dǎo)致離子電導(dǎo)率顯著增加至562.6 mS cm?1，使峰值功率密度達(dá)到154 mW cm?2，循環(huán)壽命超過40小時(shí)，充放電間隙較低。
2）FZAB在10 mA cm?2充電/放電測試中也表現(xiàn)出高壽命和潛在優(yōu)勢，并在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
3）這項(xiàng)研究為開發(fā)高性能準(zhǔn)液體凝膠和FZAB的創(chuàng)新概念提供了新的可能性。
Shang, N., et al, Quasi-Liquid Gel Electrolyte for Enhanced Flexible Zn–Air Batteries. Adv. Funct. Mater. 2303719.
DOI：10.1002/adfm.202303719
https://doi.org/10.1002/adfm.202303719
