1. Chem. Rev.：廢舊鋰離子電池中危險和有價值電解液回收利用的緊迫性、進展、挑戰和可行途徑
由于報廢鋰離子電池具有大量廢料、危險和有價值的材料，回收廢舊鋰離子電池正成為全球熱點問題。電解質占廢鋰離子電池的10-15wt%，是廢鋰離子回收中最危險物質。同時，這些有價值的成分，特別是鋰基鹽，使回收具有經濟效益。然而，電解質回收的研究仍然只占廢LIB回收的一小部分。另一方面，許多關于電解質回收的研究已經用中文發表，但由于語言的限制，在世界范圍內并不知名。為了在中西方電解質處理學術成果之間架起一座橋梁，河北農業大學牛博對廢舊鋰離子電池中危險和有價值電解液回收利用的緊迫性、進展、挑戰和可行途徑進行了綜述研究。1) 作者首先闡述了電解質回收的緊迫性和重要性，并分析了其被忽視的原因。然后介紹了電解質收集方法的原理和過程，包括機械加工、蒸餾和冷凍、溶劑提取和超臨界二氧化碳。作者還討論了電解質的分離和再生，重點是回收鋰鹽的方法。作者討論了回收過程的優點、缺點和挑戰。2) 此外，作者提出了五種可行的工業化應用方法，以有效回收電解質，這些方法結合了不同的加工步驟，從機械加工和熱蒸餾到機械化學和原位催化，再到排放和超臨界二氧化碳提取。最后，作者討論了電解質回收的未來方向。
Niu Bo, et al. Recycling Hazardous and Valuable Electrolyte in Spent Lithium-Ion Batteries: Urgency, Progress, Challenge, and Viable Approach. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00174https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.3c00174
2. Nature Commun.：負極保護層涂覆法制備高能6-ah能級Li||LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2多層電池
穩定的鋰金屬負極是生產高能電池的理想材料。然而，在實際測試條件下，鋰金屬在電池循環過程中是不穩定的。在此，中科院福建物構所Yaobing Wang和上海空間電源研究所Yong Li提出了聚(2-羥乙基丙烯酸乙酯-苯磺酸鈉)(PHS)作為負極保護層。1）PHS含有柔軟的聚(丙烯酸異羥乙酯)和聚對苯磺酸鈉，改善了電極的靈活性，與銅集電器的連接和鋰離子的傳輸。2）透射電子顯微鏡測量表明，PHS誘導形成了具有氟化剛性晶體內部結構的固體電解質界面相。此外，理論計算表明，聚對苯磺酸鈉的-SO3-基團通過陽離子-偶極相互作用促進鋰離子向鏈間遷移，從而實現鋰離子的均勻擴散。3）電化學測試表明，在1 mA/cm2、6 mAh/cm2和25°C條件下，Li||PHS涂層銅幣電池的平均庫侖效率為99.46%。此外，當PHS涂層的Li金屬負極與高面積容量的LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2正極在多層電池配置中配對時，電池的初始容量為6.86ah(對應的比能量為489.7 Wh/kg)，在2.5 mA/cm2、25°C和172kPa150次循環后，放電容量保持率為91.1%。
Feng, Y., Li, Y., Lin, J. et al. Production of high-energy 6-Ah-level Li?|?|LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 multi-layer pouch cells via negative electrode protective layer coating strategy. Nat Commun 14, 3639 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39391-8https://doi.org/10.1038/s41467-023-39391-8
3. Nature Commun.：基于氫鍵π-π堆積超分子組裝的電化學免疫傳感器穩定雜化生物催化劑的綠色合成
天然酶和納米支架的合理整合是獲得強健生物催化劑的有效手段，但由于脆弱的酶和苛刻的組裝條件之間的權衡，仍然是一個持續的挑戰。在這里，中山大學歐陽鋼鋒教授，Guosheng Chen報道了一種超分子策略，使脆弱的酶能夠原位融合到一個強大的多孔晶體。1）具有四個甲酸臂的 c2 對稱芘構造被用作構建這種混合生物催化劑的構建塊。2）修飾的甲酸臂使芘結構體在微量有機溶劑中具有高分散性，并允許在幾乎無有機溶劑的水溶液中，離散的芘結構體通過氫鍵連接到酶周圍的擴展超分子網絡。3）這種混合生物催化劑被長程有序的孔道覆蓋，可以作為門控篩選催化底物，從而提高生物催化選擇性。考慮到結構整合，研究人員開發了一種基于超分子生物催化劑的電化學免疫傳感器，能夠對癌癥生物標志物進行pg/mL檢測。
Huang, W., Yuan, H., Yang, H. et al. Green synthesis of stable hybrid biocatalyst using a hydrogen-bonded, π-π-stacking supramolecular assembly for electrochemical immunosensor. Nat Commun 14, 3644 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39364-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-39364-x
4. Nature Commun.：上轉換顆粒輔助近紅外聚合可實現顆粒間長度尺度的微域梯度光聚合
在制備性能增強的光聚合物材料時，高交聯度和低收縮應力很難兼顧。在這里，江南大學Ren Liu報道了上轉換粒子輔助 NIR 聚合 (UCAP) 在降低固化材料的收縮應力和提高機械性能方面的獨特機制。1）激發的上轉換粒子向周圍發射具有梯度強度的紫外-可見光，形成以粒子為中心的域限制梯度光聚合，光聚合物在該域內生長。2）固化系統保持流動，直到形成滲透的光聚合物網絡，并在高官能團轉化率下開始凝膠化，交聯反應產生的大部分收縮應力在凝膠化之前已經釋放。3）凝膠化后較長時間的曝光有助于固化材料的均勻固化，與傳統 UV 聚合技術固化的聚合物材料相比，UCAP 固化的聚合物材料表現出高凝膠點轉化率、低收縮應力和強機械性能。
Hu, P., Xu, H., Pan, Y. et al. Upconversion particle-assisted NIR polymerization enables microdomain gradient photopolymerization at inter-particulate length scale. Nat Commun 14, 3653 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39440-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-39440-2
5. Nature Commun.：穿山甲風格的無繩磁性機器人，用于按需生物醫學加熱應用
不受束縛的磁性微型軟機器人能夠進入難以到達的區域，可以實現安全、破壞性和微創的醫療程序。然而，軟體限制了非磁性外部刺激源在機器人上的集成，從而限制了此類機器人的功能。一種這樣的功能是局部發熱，這需要固體金屬材料來提高效率。然而，使用這些材料會損害使用軟體機器人的合規性和安全性。近日，受穿山甲的啟發，馬克斯普朗克智能系統研究所Metin Sitti引入了一種重疊縮放設計，允許用戶同時實現隨需應變的熱功能以及形狀變形和運動能力。1）金屬刻度的加熱由外部 338 kHz 射頻場控制。該設計允許在遠距離（> 5 厘米）處產生顯著的焦耳加熱（ΔT > 70 °C），而不會影響這些不受束縛的軟機器人的身體順應性。2）研究人員還介紹了基于模擬和實驗優化加熱機制性能的設計策略。基于對系統的理解，研究人員還展示了先進的機器人功能，例如原位消磁和選擇性貨物釋放。還介紹了可以執行臨床相關任務（例如減輕出血和熱療）的無繩軟體機器人的初步設計和結果。
Soon, R.H., Yin, Z., Dogan, M.A. et al. Pangolin-inspired untethered magnetic robot for on-demand biomedical heating applications. Nat Commun 14, 3320 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-38689-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-38689-x
6. Science Advances：無需電池的傷口監測傳感器貼片
傷口愈合是一個具有多個階段的動態過程。而在這一過程中，對炎癥和感染的快速分析和定量表征仍然具有挑戰性。新加坡科學技術研究局Xiaodi Su和新加坡國立大學Benjamin C. K. Tee報告了一種紙狀無電池原位人工智能多路復用（PETAL）傳感器，利用深度學習算法可進行整體傷口評估。1）該傳感器由一塊蠟紙面板組成，面板上有五個用于溫度、pH、三甲胺、尿酸和水分的比色傳感器。通過基于神經網絡的機器學習算法分析手機拍攝的傳感器圖像，以確定愈合狀態。2）對于通過從大鼠擾動傷口和燒傷傷口收集的滲出物進行的原位檢測，PETAL傳感器可以對愈合狀態和未愈合狀態進行分類，準確率高達97%。3）將傳感器貼片貼在大鼠燒傷傷口模型上，可以原位監測傷口進展或嚴重程度。這種PETAL傳感器可以對不良事件進行早期預警，這可能會引發立即的臨床干預，以促進傷口護理管理。
Xin Ting Zheng, et al. Battery-free and AI-enabled multiplexed sensor patches for wound monitoring. Science Advances. 2023DOI：10.1126/sciadv.adg6670https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6670
7. Joule：用于光伏中高質量鹵化物鈣鈦礦低溶劑化分散共溶劑的溶劑競速結晶
分散溶劑的溶劑化能力在金屬鹵化物鈣鈦礦的溶液處理中起著至關重要的作用。N，N-二甲基甲酰胺（DMF）是一種廣泛使用的分散溶劑，其具有高的溶劑化能力，但由于其結晶動力學緩慢，從而產生的膜質量較差。廈門大學吳炳輝、鄭南峰在鈣鈦礦合成過程中使用低溶劑化二元共溶劑（腈類和醚類溶劑）來實現溶劑化（即前體的足夠溶解度）和去溶劑化（如膜的快速結晶）過程之間的平衡。1) 這些共溶劑的極性和氫鍵性質協同增強了它們的溶劑化能力，并促進了鈣鈦礦前體的溶解。此外，低溶劑化共溶劑加速了中間膜的結晶，產生了比用DMF合成鈣鈦礦更高質量的鈣鈦礦。2) 優化后的模塊具有22.27%的有效面積效率，而認證的孔徑面積效率為16.10%，相應的有效區域效率為20.75%。該溶劑化調控研究為創新制備高質量鹵化物鈣鈦礦提供了通用指南。
Xiaofeng Huang, et al. Solvent racing crystallization: Low-solvation dispersion cosolvents for high-quality halide perovskites in photovoltaics. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.05.020https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.05.020
8. Joule：在聲學剝落GaAs襯底上生長的GaAs太陽能電池效率為27%
聲學剝落為III–V外延生長襯底提供了一種低成本再利用途徑，其可以通過剝離器件層實現襯底的回收和再利用。然而，在剝落過程中形成的表面結構會降低隨后生長器件的性能。近日，美國國家可再生能源實驗室Kevin L. Schulte報道了在聲學剝落GaAs襯底上生長的GaAs太陽能電池效率為27%。1) 作者研究了聲學剝落襯底的表面形態如何影響GaAs太陽能電池的性能，并制定了減輕這些影響的策略。作者證明，通過濕法化學蝕刻和/或外延生長對表面進行輕微平坦化，或重新設計器件結構以加厚關鍵層，可以有效防止性能退化。2)作者使用該策略在聲學剝落襯底上生長的0.25cm2單結GaAs器件，在AM1.5G光譜下具有26.9%±0.2%的光伏轉換效率。該結果使高性能III–V器件能夠在非傳統襯底上生長，并顯著降低器件成本。
Kevin L. Schulte, et al. GaAs solar cells grown on acoustically spalled GaAs substrates with 27% efficiency. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.05.019https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.05.019
9. Angew：利用手性納米酶對巨噬細胞進行手性依賴性重編程
細胞外自由基活性氧(ROS)在調節腫瘤抑制(M1)性腫瘤相關巨噬細胞(TAM)極化過程中具有不可替代的作用。然而，目前大多數治療性納米平臺都主要提供細胞內ROS，并且其在TAM附近的積累不足，極大地限制了巨噬細胞的免疫治療效果。中科院長春應化所曲曉剛研究員設計并合成了具有類過氧化物酶(POD)和類過氧化氫酶(CAT)活性的手性MoS2/CoS2納米酶，并通過利用其與生物系統的手性特異性相互作用以有效調節TAM極化和逆轉腫瘤免疫抑制。1）與L-(左手性)和DL(外消旋體)相比，具有D-手性的MoS2/CoS2納米粒子(D-NPs，右手性)具有更好的藥代動力學、更長的循環半衰期和更高的腫瘤積累效率。研究發現，D-NPs可以有效逃離腫瘤微環境(TME)中的巨噬細胞的攝取，進而作為細胞外羥基自由基(?OH)和氧(O2)發生器以有效地將TAM再極化為M1表型。2）相反的是，由于手性會驅動L-NPs與巨噬細胞膜之間發生同源粘附，因此L-NPs會表現出較高的細胞攝取，進而導致其誘導M1極化的性能有限。綜上所述，該研究首次對于將手性納米酶作為細胞外定位的ROS生成器以重編程TAM和用于癌癥免疫治療進行了概念驗證，有望為拓展手性納米酶在免疫調節中的應用開辟一條新的途徑。
Yu Zhang. et al. Chirality-Dependent Reprogramming of Macrophages by Chiral Nanozymes. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202307076https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202307076
10. Angew：高選擇性電化學合成氨
電催化N2和CO2偶聯合成尿素具有高效率的優勢，能夠緩解能源危機，降低碳排放問題。但是，打破N≡N化學鍵非常困難，導致電催化合成NH3或者尿素非常困難，并且阻礙其工業化。有鑒于此，湖南大學王雙印、Chen chen、澳大利亞科廷大學蔣三平等報道一種活化N2分子的新型機理，這種機理通過增加N≡N化學鍵而不是打破N≡N化學鍵，從而能夠一步實現C-N偶聯制備尿素。1）構筑了Zn-Mn雙原子催化劑，修飾軸向Cl配體，Zn-Mn位點具有較高的CO容忍性，法拉第效率達到63.5 %，是目前相關報道的最好結果。由于反應過程不涉及打破N≡N化學鍵，因此避免生成NH3副產物，因此合成尿素的N選擇性達到100 %。2）這打破了以往報道的合成尿素工作中面臨生成NH3的問題。通過同位素標記和Operando同步輻射FTIR表征，說明活化N-N三重鍵和活化N2的能力來自CO和吸附N2之間的C-N化學鍵耦合。
Xiaoran Zhang, et al, Electrocatalytic Urea Synthesis with 63.5% Faradaic Efficiency and 100% N-selectivity via One-step C–N Coupling, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202305447https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202305447
11. ACS Nano：具有完全生物降解性、固有阻燃性和高透明度的受貝殼啟發的可切換水性涂料
貝類是數十億年前出現并延續至今的古老物種。貝類堅硬的外殼保護其柔軟的內臟免受損害1，并使它們能夠在捕食者眾多的海洋中生存。近日，受貝殼“實體”結構和全生命周期生態友好性的啟發，中科院化學所Jun Zhang，Jinming Zhang構建了具有可切換水性加工性、完全生物降解性、固有阻燃性和高透明度的概念驗證環保涂料，通過使用天然生物質和蒙脫石 (MMT)。1）研究人員首先設計合成了陽離子纖維素衍生物（CCD）作為大分子表面活性劑，可有效剝離MMT，得到納米MMT/CCD水分散體。隨后，通過簡單的噴涂工藝和鹽水溶液的后處理工藝，制成了具有“磚和砂漿”結構的透明、疏水和阻燃涂層。2）所得涂層表現出極低的峰值熱釋放率 (PHRR)，僅為 17.3 W/g，是纖維素 PHRR 的 6.3%。此外，一旦點燃，它就會形成層狀和多孔結構。因此，這種涂層可以有效地保護可燃材料免受火災。3）涂層在 400-800 nm 范圍內具有高透明度 (>90%)。使用后，使用親水鹽水溶液將防水涂層轉化為水溶性材料，然后用水輕松去除。此外，CCD/納米 MMT 涂層完全可降解且無毒。這種全生命周期環保的可轉換多功能涂料展現出巨大的應用潛力。
Yirong Wang, Seashell-Inspired Switchable Waterborne Coatings with Complete Biodegradability, Intrinsic Flame-Retardance, and High Transparency, ACS Nano, 2023https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01866
12. ACS Nano：一種由 MXene 納米薄片組成的導電和粘附水凝膠作為用于梗死心臟修復的可涂漆心臟貼片
心肌梗死 (MI) 是全世界死亡的主要原因。心肌梗死發生后，心臟經常發生嚴重的病理性重塑，導致過度擴張、心肌細胞間電斷開和致命的功能損傷。因此，已經做出了廣泛的努力來抑制病理性重塑并促進梗塞心臟的修復。在這項研究中，光州科學技術學院Jae Young Lee，全南大學Youngkeun Ahn，Yong Sook Kim開發了一種水凝膠心臟貼片，它可以提供機械支撐、導電和組織粘附性，以幫助梗塞心臟功能的恢復。1）具體來說，研究人員通過將二維碳化鈦 (Ti3C2TX) MXene 與天然生物相容性聚合物 [即明膠和葡聚糖醛 (dex-ald)] 相結合，開發了一種導電粘附水凝膠 (CAH)。2）CAH 在混合前體溶液后 250 秒內形成，并且可以涂漆。含有 3.0 mg/mL MXene、10% 明膠和 5% dex-ald 的水凝膠表現出適合心臟貼片應用的材料特性，包括 MXene 的均勻分布、高電導率 (18.3 mS/cm)、心臟組織樣彈性 (30.4 kPa)、組織粘附力強 (6.8 kPa) 以及對各種機械變形的抵抗力。3） CAH 具有細胞相容性，并在體外誘導心肌細胞 (CM) 成熟，如連接蛋白 43 表達上調和更快的搏動率所示。此外，CAH 可以涂在心臟組織上并穩定地粘附在跳動的心外膜上。4）體內動物研究表明，CAH 心臟貼片治療可顯著改善心臟功能并減輕梗塞心臟的病理重塑。因此，相信基于 MXene 的 CAH 可以作為一個有前途的平臺，用于有效修復包括心臟、肌肉和神經組織在內的各種電活性組織。
Mingyu Lee, et al, A Conductive and Adhesive Hydrogel Composed of MXene Nanoflakes as a Paintable Cardiac Patch for Infarcted Heart Repair, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c00933https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00933
