1. Science Advances：IrOx·nH2O晶格水促進高性能膜電解水
如何解決OER催化劑的催化活性和催化劑的穩定性之間的均衡問題具有非常大的挑戰和困難。晶化IrO2具有非常好的穩定性，但是催化活性非常弱；無定形IrOx具有優異的催化活性，但是犧牲了穩定性。有鑒于此，阿德萊德大學喬世璋、鄭堯等報道通過修飾晶格水的IrOx·nH2O將晶體和無定形兩種材料結合，其中修飾晶格水的IrOx·nH2O具有類似錳鋇礦（hollandite）的短程規則結構。1）驗證IrOx·nH2O能夠顯著提高分解水的性能，并且具有優異的穩定性（>5700 hrs, ~8 month）和創紀錄的穩定數目（1.9×107 nO nIr-1）。2）驗證晶格水是可持續并且能夠快速進行氧交換的活性氧物種，與經典的吸附水氧化機理或者晶格氧機理不同，晶格水分子促進OER反應的機理能夠改善催化活性和穩定性，同時沒有明顯的結構損壞。通過IrOx·nH2O作為陽極電催化劑，構筑了高性能PEMWE分解水器件，在60 ℃時，電流密度達到1 A cm-2所需的電勢為1.77 V，穩定工作時間達到600 hrs。
Jun Xu, et al, IrOx·nH2O with lattice water–assisted oxygen exchange for high-performance proton exchange membrane water electrolyzers, Sci Adv 2023DOI: 10.1126/sciadv.adh1718https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh1718
2. PNAS：金屬間Pd3Pb的級聯軌道取向雜化促進Li-O2電池的電催化
具有精細電子結構的催化劑有利于促進析氧反應（OER）動力學和降低鋰-氧（Li-O2）電池的充電過電位。然而，將催化劑內部的軌道相互作用與催化劑和中間體之間的外軌道耦合橋接起來，以增強OER催化活性仍然是一個巨大的挑戰。在此，北京大學郭少軍報道了一種級聯軌道取向雜化，即金屬間Pd3Pb中的合金化雜化，然后是低能Pd原子和反應中間體之間的分子間軌道雜化，其可以大大提高Li-O2電池中的OER電催化活性。1) Pb和Pd在兩個軸上的定向軌道雜化首先降低了金屬間化合物Pd3Pb中Pd原子的d帶能級；在充電過程中，Pd的低4dxz/yz和4dz2軌道進一步與鋰過氧化物（LiO2）（關鍵反應中間體）的2π*和5σ軌道雜化，最終導致反鍵能級降低，從而削弱了對LiO2的軌道相互作用。2) 因此，金屬間Pd3Pb中的級聯軌道取向雜化顯著降低了活化能并加速了OER動力學。基于Pd3Pb的Li-O2電池在1000 mAh g?1的固定容量下表現出0.45 V的低OER過電位和175次循環的優異循環穩定性。
Zhou Yin, et al. Cascaded orbital–oriented hybridization of intermetallic Pd3Pb boosts electrocatalysis of Li-O2 battery. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2301439120https://doi.org/10.1073/pnas.2301439120
3. Chem：環己烯衍生物開環復分解均聚制備化學可循環氧保護聚合物
六元環烯烴的開環復分解聚合（ROMP）由于其具有低的環應變能（RSEs），使其一直極具挑戰性。在這里，韓國科學技術院Soon Hyeok Hong實現了環己烯衍生物的均聚，以生產富氧、化學可回收的聚合物。1)該聚合是通過利用精心設計的環己烯單體來增加環應變能實現的。具體而言，作者將鄰位反式環己烯二醇的1,2-二醇基團轉化為碳酸酯基團，并將其用于高效和可控的聚合。2) 所得的聚合物在主鏈上具有稠合的環狀碳酸酯基團，通過將其水解可以在每六個碳處產生具有1,2-二醇結構的羥基聚合物。此外，閉環回收通過閉環復分解解聚（RCMD）回到鄰位反式環己烯二醇來證明。開環回收也可以通過氧化裂解聚合物的1,2-二醇基團來生產α，ω-二羧酸?；瘜W可回收和結構明確的1,2-二醇聚合物具有高水解穩定性和優異的氧氣保護性能。
Kyungmin Choi and Soon Hyeok Hong, Chemically recyclable oxygen-protective polymers developed by ring-opening metathesis homopolymerization of cyclohexene derivatives. Chem 2023DOI: 10.1016/j.chempr.2023.05.038https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.05.038
4. Angew：木質素衍生碳上的 Ru-FeNi 合金異質結作為雙功能電催化劑用于高效整體水分解
合理設計高效、穩定、廉價的析氧和析氫雙功能電催化劑是實現電解水解制氫的關鍵。近日，廣東工業大學Yanlin Qin，Xueqing Qiu采用自組裝沉淀法和原位熱解法制備了木質素炭包裹的Ru納米粒子和FeNi合金異質結催化劑(Ru-FeNi@NLC)。1）所設計的催化劑在10 mA cm?2時表現出良好的性能，HER的過電位為36 mV，OER的過電位為198 mV，總裂水僅需1.48V。2）實驗結果和DFT計算表明，獨特的N摻雜木質素衍生碳層和Ru-FeNi異質結有助于優化電子結構，促進電子轉移，平衡吸附/脫附過程中反應物和中間體的自由能，并顯著降低HER和OER速率決定步驟的反應能壘，從而改善反應動力學。本工作為構建高活性、高穩定性、高性價比的催化劑提供了一種新的基于可再生生物質的原位熱解摻雜策略。
Xuliang Lin, et al, Ru-FeNi Alloy Heterojunctions on Liginin-derived Carbon as Bifunctional Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202306333DOI: 10.1002/anie.202306333https://doi.org/10.1002/anie.202306333
5. AM：Levwis酸促進離子交換誘導的多功能無填料PEDOT:PSS水凝膠具有超高電導率
具有類生物組織機械性能的高導電水凝膠由于其良好的生物相容性、可變形性和穩定性而在新興的水凝膠生物電子領域引起了極大的興趣。全聚合水凝膠可能表現出與生物組織相當的楊氏模量。然而，大多數這些無填料水凝膠的電導率較低，<10 S/cm，這限制了它們在數字電路或生物電子設備中的廣泛應用。在這項工作中，西安交通大學Hong Wang報道了一系列金屬鹵化物摻雜的聚（3,4-乙烯二氧基噻吩）：聚（苯乙烯磺酸）（PEDOT：PSS）水凝膠，其超高電導率高達547 S/cm，即1.5-104，比之前報道的無填料聚合物水凝膠高出數倍。1）理論計算表明，PEDOT:PSS與金屬鹵化物之間的離子交換對促進水凝膠中的相分離發揮了重要作用，從而導致超高的電導率。2）高電導率導致多功能水凝膠在熱電、電磁屏蔽、焦耳熱和傳感方面具有高性能。因此，這種具有超高導電性和各種變形穩定性的柔性和可拉伸水凝膠在軟生物電子設備和可穿戴電子產品中具有廣闊的前景。
Hong Wang, et al, Multifunctional filler-free PEDOT:PSS hydrogels with ultra-high electrical conductivity induced by Levwis acid promoted ion exchange, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202302919https://doi.org/10.1002/adma.202302919
6. AM：傳統非熒光聚合物：用于數據存儲和多維的非常規安全油墨
依靠熒光/磷光分子的傳統安全油墨由于其簡單的讀出方案（即紫外線照射）和偽造技術的進步而面臨著越來越大的偽造或篡改風險。近日，中科院福建物構所Weiguo Huang開發了一種基于非熒光聚合物通過“鎖密鑰”機制的多維數據加密方法。1）非熒光隱形聚合物墨水充當數據加密的“鎖”，而可以通過程序發射獨特地照亮聚合物墨水的反剛性變色熒光團是解密的“鑰匙”。解密數據的熒光發射由聚合物化學結構、分子量、拓撲、共聚物序列和相結構規定，與熒光團的固有發射相比，顯示出不同的強度、波長和手性。2）因此，數據經過三重加密，自然獲得了很高的安全級別。例如，在基于三聚合物的數據加密矩陣中，20,000 個密鑰中只有一個可以訪問 40,000,000 個可能輸出中唯一正確的讀數。請注意，缺乏抗剛性變色性的熒光團無法選擇性地點亮墨水并且無法進行數據解密。此外，聚合物的多樣化拓撲、不太明確的結構和隨機螺旋形狀使得它們不可能被模仿。這項工作為安全墨水提供了新的設計，并提高了數據安全水平，超出了傳統熒光墨水的范圍。
Yao Ling, et al, Conventional Non-Fluorescent Polymers: Unconventional Security Inks for Data Storage And Multi-Dimensional Photonic Cryptography, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202303641https://doi.org/10.1002/adma.202303641
7. AM：基于微流體濕熔紡絲化學的堅固 PANI@MXene/GQDs 纖維織物電極
二維（2D）過渡金屬碳化鈦（Ti3C2TX）作為一種有前景的電池和超級電容器候選材料，表現出了優異的電化學性能，但由于其形貌結構差、機械性能低、工藝昂貴，難以滿足實際應用。在這里，南京工業大學Su Chen，合肥工業大學沈益忠提出了一種基于微流濕熔紡絲化學（MWSC）的有效方法來構建MXene基纖維織物（MFF）的分層結構，從而獲得具有超強韌性、高導電性和易于制備的MFF電極?？杉庸ば阅?。1）首先，由石墨烯量子點（GQD）和MXene納米片構建的點片結構在微流控器件的微通道中具有多錨相互作用以增強MXene纖維的機械強度。2）其次，通過MWSC工藝組裝的Ti3C2TX/GQDs織物的交錯纖維網絡結構增強了整個織物的變形能力。3）最后，通過聚苯胺（PANI）納米纖維的原位聚合生長構建的PANI@Ti3C2Tx/GQDs的核殼結構為動力學遷移和離子積累提供了更多的離子可及路徑和位點。4）通過形貌和微結構設計，該策略對導電織物電極的大規模制備具有指導意義，并為同時提高導電織物電極的機械強度和電化學性能提供了可行的解決方案。
Hui Qiu et al, Robust PANI@MXene/GQDs based fibre fabric electrodes via microfluidic wet-fusing spinning chemistry, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202302326https://doi.org/10.1002/adma.202302326
8. AM：將介電表面效應轉化為體積效應以獲得高輸出能量
提高輸出能量和耐用性對于摩擦納米發電機（TENG）的實際應用仍然是一個巨大的挑戰。由于摩擦起電和靜電感應的界面效應，具有較高介電常數的較薄薄膜可產生較高的輸出；然而，它們對于實際應用來說并不耐用。在此，重慶大學Chenguo Hu，Zhengyong Huang通過采用毫米厚的介電薄膜，內部具有多孔網絡結構，將介電表面效應轉變為體積效應，使得電荷可以在網絡的表面狀態中跳躍。1）介電薄膜內部的電荷遷移是影響厚膜TENG輸出的關鍵因素，基于此，每個工作階段都遵循電壓-電荷圖中的能量最大化原則。2）1 mm厚度的聚氨酯泡沫薄膜TENG在環境條件下的最大峰值功率密度和平均功率密度分別達到40.9 W m?2 Hz?1 和20.7 W m?2 Hz?1 ，輸出電荷密度是具有相同厚度的聚四氟乙烯薄膜TENG的5.14倍。3）經過 200,000 次操作循環后，旋轉模式 TENG 實現了超強耐用性。這項研究確定了 TENG 中使用的厚介電薄膜的物理機制，并為提高 TENG 的輸出和耐用性提供了一種新方法。
Shaoke Fu, et al, Conversion of dielectric surface effect into volume effect for high output energy, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202302954https://doi.org/10.1002/adma.202302954
9. AM：順序分子摻雜空穴導體可實現 >23% 的鈣鈦礦太陽能電池，并具有 3000 小時的運行穩定性
盡管基于溶液處理的摻雜 Spiro-OMeTAD 的空穴傳輸層 (HTL) 因其在 n-i-p 鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 中的卓越性能而非常受歡迎和有效，但其可擴展應用仍然因化學穩定性差和可擴展性不滿意。從本質上講，離子鹽的揮發性成分和吸濕性通常會導致形態變形，從而降低器件效率和穩定性。在此，廈門大學Jinbao Zhang和Li Yang，廣東工業大學Xiaoli Zhang戰略性地引入一種簡單有效的分子注入輔助順序摻雜（MISD）方法來調節有機薄膜的空間摻雜均勻性，并制造所有蒸發的Spiro-OMeTAD層，其中實現了無相分離的HTL，同時具有高分子密度、均勻的摻雜成分和優異的光電特性。1）由此產生的基于 MISD 的器件達到了創紀錄的 23.4% 的功率轉換效率 (PCE)，這是所有采用蒸發式 HTL 的 PSC 中報道的最高值。2）同時，未封裝的器件在空氣中保持 90% 以上的初始 PCE 達 5200 小時，并在照明下以最大功率點工作 3000 小時后，穩定性顯著增強。該方法提供了一種簡便的方法來制造堅固可靠的 HTL，從而開發高效穩定的鈣鈦礦太陽能電池。
Guozheng Du, et al, Sequential molecule-doped hole conductor to achieve >23% perovskite solar cells with 3000-hour operational stability, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202303692.https://doi.org/10.1002/adma.202303692
10. AM：通過納米級范德華異質結到同質結的轉變實現可調、寬溫和宏觀超潤滑性
實現范德華（vdW）納米粉末的宏觀超潤滑性特別具有挑戰性，因為在摩擦前難以形成有序結，并且多個納米尺寸結之間摩擦引起的復雜接觸重構。在這里，中科院蘭州化物所Junyan Zhang，Yongfu Wang報道了一種通過石墨烯邊緣氧（GEO）摻入實現 vdW 納米粉末到異質結轉換的簡便方法。1）GEO有效削弱了vdW納米粉末的面外邊緣-邊緣和面內平面-邊緣狀態，導致磨球上納米級同質結和異質結的共存結構。當在類金剛石碳表面上滑動時，球支撐結構通過無數納米級結之間的異質結到同質結的轉變來控制宏觀超潤滑性。2）此外，該轉變指導了超潤滑性的可調設計，在較寬的負載、速度和溫度（-200~300 ℃）范圍內實現超潤滑性（μ~0.005）。3）原子模擬揭示了 vdW 納米粉末向異質結的 GEO 增強轉化，并證明了異質結到同質結轉變的超潤滑機制。該研究結果對于結構超潤滑的宏觀放大和工程應用具有重要意義。
Xing Yang, et al, Tunable, wide-temperature and macroscale superlubricity enabled by nanoscale van der Waals heterojunction-to-homojunction transformation, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202303580.https://doi.org/10.1002/adma.202303580
11. AM：靜電吸引自遞送siRNA和光誘導自逃逸策略用于實現協同基因治療
小干擾RNA (siRNA)在抑制基因表達和治療包括癌癥在內的多種危及生命的疾病等方面具有巨大的應用前景。然而，如何實現對siRNA的有效遞送及其溶酶體逃逸仍然是阻礙siRNA治療有效性的關鍵挑戰。有鑒于此，大連理工大學樊江莉教授將陽離子光敏劑(NB-Br)接枝到polo樣激酶1 (PLK1) siRNA上，以形成兩親性siRNA-光敏劑偶聯物(siPLK1-NB)，該偶聯物可通過靜電吸引自組裝成納米顆粒(siPLK1-NB NPs)。1）研究發現，siPLK1-NB NPs能夠被細胞快速有效地內吞，并且可在多種荷瘤小鼠模型中表現出優異的腫瘤靶向性。當siPLK1-NB NPs位于腫瘤細胞的溶酶體內部時，其在光激活作用下會產生活性氧(ROS)以破壞溶酶體膜結構，進而促進siRNA從溶酶體中逃逸。2）在光照射下，siPLK1-NB NPs可以下調PLK1的表達和誘導光動力殺傷，進而有效抑制體內外腫瘤細胞的生長。綜上所述，該研究能夠為構建無載體siRNA遞送系統提供一種新的設計策略，這也是首次有研究報道基于靜電吸引的無載體siRNA遞送系統。
Yuxin Yang. et al. Electrostatic Attractive Self-Delivery of siRNA and Light-Induced Self-Escape for Synergistic Gene Therapy. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202301409https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202301409
12. ACS Nano：硫化物固體電解質與室溫液態鋰負極的穩定界面
硫化物固體電解質因其高的離子導電性、良好的機械延展性和與電極的良好界面接觸而被認為是最有希望實現商業化的固體電解質之一。用硫化物組裝的固體電池的歐姆電阻顯著降低，但由于硫化物與電極之間的界面化學/電化學穩定性差而導致的界面阻抗高的問題很嚴重。因此，電池組裝和循環過程中電極/硫化物SE界面的形成和演化對電池的性能有著至關重要的影響，這是電池商業化需要解決的關鍵問題之一。為了清楚、準確地理解硫化物SE（Li7P3S11（LPS））-有機LE（液態鋰金屬Li-BP-DME）電池固液界面的形成和演化機制，中科院物理所Fan Wu 采用了各種先進的表征技術研究界面，如 X 射線粉末衍射 (XRD)、掃描電子顯微鏡 (SEM)、能量色散譜 (EDS)、X 射線光電子能譜 (XPS) 和飛行時間二次離子質譜 (TOF-SIMS) 。此外，通過對界面的深入研究，對有機LE/硫化物SE界面進行了有效的設計和控制。因此，有機 LE 和硫化物 SE 之間固液界面相容性這一長期挑戰取得了突破。1）研究人員獲得多種化學/電化學穩定、高Li+電導率和電子絕緣的界面保護層，與有機LE（液態鋰金屬Li-BP-DME）和硫化物SE（LPS）兼容，包括PEO-LiTFSI和βLi3PS4/S 接口層。對液態鋰金屬（Li-BP-DME）與保護層反應形成的SEI層進行了深入表征。2）使用兩個界面保護層的硫化物SE（LPS）/界面保護層/有機LE（Li-BP-DME）對稱電池獲得了長循環性能。3）具有PEO-LiTFSI聚合物界面保護層的對稱電池在循環近1000小時后阻抗和極化電壓值仍然很小。同樣，帶有β-Li3PS4/S界面保護層的對稱電池也能以較小的阻抗穩定循環1100小時。4）這些結果證明了兩個界面保護層的有效性，可以長期穩定硫化物SE（LPS）和有機LE（Li-BP-DME）之間的固液界面。這種穩定固液界面的技術方法成功解決了硫化物SE（LPS）-有機LE（Li-BP-DME）電池體系中界面副反應的關鍵問題。因此，“液態鋰金屬（Li-BP-DME）”可以提供優異的性能，例如高安全性、優異的枝晶抑制能力、相對于Li/Li+ 0.2?0.3 V的低氧化還原電位以及12 mS cm?2的高電導率。在室溫下，電池系統可以安全地長時間循環。該技術方法為解決硫化物SE和有機LE之間的固液界面相容性問題提供了有價值的方法，并且具有很大的應用前景。對于進一步提高鋰電池的循環壽命和安全性具有現實意義。
Jian Peng, et al, Stable Interface between Sulfide Solid Electrolyte and Room-Temperature Liquid Lithium Anode, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c03532https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03532
