1. Nature Nanotechnology：無溶劑和氫氣實現Ru/ZSM-5催化聚乙烯回收
塑料廢品污染造成的危害因為COVID-19大流行導致的醫療廢品、個人防護裝備、外賣包裝問題變得更加嚴重，因此需要一種符合社會可持續發展，并且經濟上合理的塑料回收方法，避免使用共反應物或者溶劑。有鑒于此，中國科學技術大學曾杰等報道Ru納米粒子修飾HZSM-5分子篩能夠在無溶劑或者氫氣條件實現聚乙烯回收，生成線性分布的鏈式烷烴（C1-C6）或環烷烴（C7-C15）。
本文要點：
1）生成的烴類中，具有價值的單環烷烴占比達到60.3 mol %。機理研究發現在Ru和HZSM-5的酸位點上都能夠發生聚合物分子鏈脫氫生成C=C化學鍵，通過C=C化學鍵的質子化在酸位點上生成碳正離子。
2）通過優化Ru和酸位點，在合適的距離上導致C=C化學鍵和碳正離子同時存在，從而促進生成環狀烷烴，實現環烷烴的高選擇性。
Junjie Du, et al, Efficient solvent- and hydrogen-free upcycling of high-density polyethylene into separable cyclic hydrocarbons, Nat. Nanotechnol. (2023).
DOI: 10.1038/s41565-023-01429-9
https://www.nature.com/articles/s41565-023-01429-9
2. JACS：單晶級水收集
金屬有機框架（MOF）已成為一類易于吸收和釋放水的多孔材料，使其成為現實世界大氣水收集應用的優異基材。通過評估吸收的水總量和釋放動力學，在總體水平上對不同 MOF 系統的性能進行了實驗表征，留下了原始材料的實際上限是多少的問題。此外，最近的設備依賴于流化床反應器，該反應器在單晶（SC）水平上利用 MOF 的收集能力。近日，加州大學伯克利分校Omar M. Yaghi，慕尼黑大學Evelyn Ploetz提出了一種基于拉曼光譜的新穎方法，用于獲取亞微米分辨率的水吸附等溫線和動力學曲線，為在 SC 水平上探測原始 MOF 的材料行為提供了有價值的見解。
本文要點：
1）研究了原位分離的 MOF-801 顆粒，并可以通過吸附-解吸等溫線和動力學曲線剖析顆粒內和顆粒間效應對 MOF-801 集水性能的影響。使用自發拉曼光譜，我們發現未受干擾的晶體材料的吸收速度快了近 20 倍。
2）基于四波混合和相干反斯托克斯拉曼散射的相關成像進一步定位了 MOF-801 內部吸收的水，并確定顆粒間凝結是本體和 SC 水平性能差異的主要來源。研究確定 MOF-801 的上限約為 91.9 L/kgMOF/天。
Adrian Fuchs, et al, Water Harvesting at the Single-Crystal Level, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c02902
https://doi.org/10.1021/jacs.3c02902
3. JACS：孔網絡凝膠：具有連接金屬有機多面體網絡的永久多孔離子液體凝膠
多孔液體(Pls)是一種極具吸引力的材料，因為它能夠將微孔固體的固有孔隙率和液體的可加工性結合起來。大多數研究都集中在合成高孔率和低粘度的PLS上，考慮到它們在工業裝置中的傳輸。然而，在某些實際情況下，PLS和固體吸附劑之間存在差距，要求同時具有液體特性和無泄漏的機械穩定性。在這里，我們通過展示孔網絡凝膠的新概念來填補這一空白，在孔網絡凝膠中，溶劑相被具有可接近孔隙率的分子網絡捕獲。
為了實現這一目標，京都大學Shuhei Furukawa制備了一種連接的金屬?有機多面體(MOPS)凝膠，然后與離子液體(ILs)等大體積液體交換溶劑相。
本文要點：
1）被困在合成凝膠中的二甲基甲酰胺溶劑被目標IL，1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽取代，由于其分子尺寸較大，反過來不能進入MOP孔。然后，可以通過熱激活去除拖把腔中剩余的揮發性溶劑，從而獲得具有可獲得的微孔率的IL凝膠(Gel_IL)。
2）與純凈的IL相比，凝膠的二氧化碳容量大大提高。與IL的交換也對最終的凝膠性能產生了積極的影響，如力學性能和低揮發性。除了離子液體外，各種功能液體也可用于制備孔隙率可達的孔道網絡凝膠，展示了它們在氣體吸附或分離領域的潛在應用。
Zaoming Wang, et al, Pore-Networked Gels: Permanently Porous Ionic Liquid Gels with Linked Metal?Organic Polyhedra Networks, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c03778
https://doi.org/10.1021/jacs.3c03778
4. JACS：路易斯酸誘導的TEMPO可逆歧化使水鋁基電池成為可能
氮氧化物自由基如2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧(TEMPO)是典型的有機電極材料，具有氧化還原電位高、電化學反應速度快等特點，被廣泛用作多價金屬離子電池的正極材料。然而，由于已知氮氧自由基在酸性條件下的歧化和可能的降解，TEMPO及其衍生物尚未用于新興的可充電鋁離子電池(AIB)。在這項研究中，弗林德斯大學Zhongfan Jia ，Michelle L. Coote，浙江理工大學Kai Zhang研究了TEMPO在有機和水Lewis酸電解液中的(電)化學行為。
本文要點：
1）通過現場(電)化學表征和理論計算，我們首次揭示了有機Al(OTf)3電解液中TEMPO的不可逆歧化，當切換到水介質時，TEMPO可以被引導到可逆過程。在后一種情況下，[Al(OTf)3TEMPO]?陰離子與水之間的快速水解和配體交換使TEMPO發生了完全可逆的電化學氧化還原反應。
2）這些發現導致了自由基聚合物水性 AIB 的首次設計，該 AIB 具有阻燃性和空氣穩定性，可在 800 次循環中提供 1.25 V 的穩定電壓輸出和 110 mAh g?1 的容量，每個循環損失 0.028%。
這項工作證明了使用非共軛有機電活性材料來實現目前依賴于共軛有機分子的具有成本效益且安全的 AIB 的前景。
Shangxu Jiang, et al, Lewis Acid-Induced Reversible Disproportionation of TEMPO Enables Aqueous Aluminum Radical Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c04203
https://doi.org/10.1021/jacs.3c04203
5. JACS：富勒烯摻入調節金屬?有機骨架膜分離氦的相組成
金屬?有機骨架膜在氣體分離方面引起了廣泛的研究興趣，但由于氦氣的弱極化性和金屬有機骨架膜固有的孔徑靈活性，高效分離氦氣仍然是一個挑戰。在這里，北京化工大學Hongwei Fan，清華大學Haihui Wang，漢諾威萊布尼茨大學Ju?rgen Caro報道了富勒烯(C60和C70)被用來調節ZIF-8膜的晶相組成，從而產生用于選擇性氦滲透的小孔和固定孔。
本文要點：
1）富勒烯修飾的ZIF-8(C60@ZIF-8和C70@ZIF-8)膜含有約20%的剛性晶格ZIF-8I-43M相，并通過電化學合成獲得了200?350 nm厚的支撐層。
2）它們對He/N2、CH4的分子篩分顯著增強，He的滲透率>200GPU。其中，C70@ZIF-8膜對He/N2的選擇性高達30.4，遠高于不含富勒烯的ZIF-8膜的選擇性(5.1)，比其他報道的選擇性He-MOF膜高出近一個數量級。
3）在干濕條件下進行了長達780h的連續氣體滲透試驗，證明了富勒烯改性ZIF-8膜具有良好的穩定性。通過對全改性ZIF-76膜分離性能的提高，也證明了所提出的MOF膜制備策略的普遍有效性和通用性。
Jiuli Han, et al, Tuning the Phase Composition of Metal?Organic Framework Membranes for Helium Separation through Incorporation of Fullerenes, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c03362
https://doi.org/10.1021/jacs.3c03362
6. JACS：氧化還原活性硼團簇基材料的固態電化學循環
在過去的幾十年里，諸多研究人員提高了人們關于碳基有機氧化還原活性分子如何結合到固態電池材料中的知識。通過分子量、添加疏水/親水基團或浸漬多孔/聚合物材料、一些氧化還原活性小分子(例如，羰基、氮氧化物、亞胺、二硫化物等)來改善固體電池材料的穩定性。已經觀察到它們在固態中保持了溶液相氧化還原活性。近日，南加州大學洛杉磯分校Sri Narayan，加州大學洛杉磯分校Alexander M. Spokoyny首次成功地證明了氧化還原活性的硼簇基材料在固態下的電化學循環。
本文要點：
1)具體地說，研究人員設計并合成了一個醚化的十二硼酸根簇合物B12(OCH3)12，它是B12(OR)12家族中最小的氧化還原活性構建塊。該物種在溶液中可以可逆地訪問四種氧化態，范圍從二陰離子到自由基陽離子。
2)結果表明，化學隔離和表征的中性[B12(OCH3)12]0團簇可以作為鋰金屬負極PEO基可充電全固態電池的正極活性材料。電池表現出令人印象深刻的活性物質利用率，在C/20比下接近95%，高庫侖效率96%，可逆性，16天循環僅有4%的容量衰退。
這項工作代表了用于電化學存儲的氧化還原活性成分開發的概念上的偏離，并作為更廣泛類別的基于硼烷的材料的切入點。
Austin D. Ready, et al, Electrochemical Cycling of Redox-Active Boron Cluster-Based Materials in the Solid State, J. Am. Chem. Soc., 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c03065
https://doi.org/10.1021/jacs.3c03065
7. JACS：Zr-MOF用于SO2吸附和回收
SO2的消除和恢復并將其作為工業原料是脫硫處理和天然氣純化的關鍵，但是發展一種價格合理能夠規模化，并且高效可重復利用的物理吸附SO2材料仍非常困難。有鑒于此，中山大學蘇成勇等發展的DUT-67具有可控的MOF結構，優異的晶化度，可控的形貌/尺寸，千克級制備，通過溶劑回收/調節實現連續生產。
本文要點：
1）通過簡單的HCl后處理，能夠生成純DUT-67-HCl，具有超高的純度，優異的穩定性，可逆的SO2吸附，優異選擇性（SO2/CO2，SO2/N2）。通過原位XRD/紅外、DFT/GCMS計算研究SO2的結合機理。
2）通過對含有痕量SO2的四元N2/CO2/O2/SO2氣體單程SO2分離，實現了96 %的氣體純度，這項工作有助于SO2吸附回收技術的發展。
Xiao-Hong Xiong, et al, Scalable and Depurative Zirconium Metal–Organic Framework for Deep Flue-Gas Desulfurization and SO2 Recovery, J. Am. Chem. Soc. 2023
DOI: 10.1021/jacs.3c03309
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c03309
8. PNAS：一種用于智能傳感和硝酸鹽制氨的多功能銅單原子電催化劑氣凝膠
盡管現代化學在合成肥料和支持氨工業方面取得了巨大成功，但無效的氮管理導致了水資源和空氣污染，以及氣候變化。在這里，德克薩斯大學Li Panpan、Yu Guihua、電子科技大學晉兆宇報道了一種多功能銅單原子電催化劑基氣凝膠（Cu-SAA），它集成了配位單原子位點的多尺度結構和3D通道框架。
本文要點：
1) Cu SAA在NH3合成方面具有高達87%的法拉第效率，以及優異的傳感性能，NO3?和NH4+的檢測限分別為0.15 ppm和1.19 ppm。這些多功能特性使其能夠在催化過程中精確控制硝酸鹽并將其轉化為氨，有助于準確調節肥料中的銨和硝酸鹽比例。
2) 作者將Cu SAA設計成一個智能和可持續的施肥系統（SSFS），其是一個用于現場自動回收營養物質的設備，并且具有精確控制的硝酸鹽/銨濃度。SSFS朝著可持續養分/廢物回收邁出了重要一步，從而實現作物的高效氮利用和減少污染物排放。
Li Panpan, et al. A multifunctional copper single-atom electrocatalyst aerogel for smart sensing and producing ammonia from nitrate. PNAS 2023
DOI: 10.1073/pnas.2305489120
https://doi.org/10.1073/pnas.2305489120
9. Chem：聚碲惡烷：一種連接無機氧化物和大分子之間間隙的硫族聚合物
與其他主族元素相比，VI族元素形成長的線性聚合物主鏈很少被報道。清華大學許華平報道了聚硅氧烷的合成和表征，這是一種由碲和氧組成，且具有無機主鏈的聚合物，其可以彌合無機氧化物和大分子之間的差距。
本文要點：
1) 聚碲惡烷具有柔性的Te–O骨架，可以很容易地合成并進一步加工成宏觀材料。由于其獨特的分子結構，聚硅氧烷是一種透明的紫外線防護光學材料，其光催化活性與商業催化劑相當。
2) 此外，聚硅氧烷表現出有效的閉環可回收性，回收效率約為90%，回收次數超過10次。該工作為開發柔性聚合物器件和可持續功能材料提供了一種有效途徑。
Yiheng Dai, et al. Polytelluoxane: A chalcogen polymer that bridges the gap between inorganic oxides and macromolecules. Chem 2023
DOI: 10.1016/j.chempr.2023.05.042
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.05.042
10. AEM：六氟磷酸鹽基離子液體作為鈉二次電池高壓正極與固態電解質的多功能界面層
鈉二次電池因其低成本和環境友好性而被譽為未來的儲能器件，但由于其包括固態電解質（SSE）在內的大多數電解質陽極穩定性差，使其與高壓正極材料不兼容，因此受到嚴重阻礙。近日，京都大學Kazuhiko Matsumoto、Jinkwang Hwang報道了一種新型合成技術，即將氟氫化離子液體（IL）前體以高產率和高純度制備[DEME][PF6]（[DEME]+:N，N-二乙基-N-甲基-N-（2-甲氧基乙基）銨）。
本文要點：
1) 作者配制了Na[PF6]-[DEME][PF6]IL，并對其進行了一系列電化學測試，以驗證其在電池應用中的性能。該IL具有很強的氧化穩定性（在Pt上高達5.2V，在導電碳電極上>4.5V），有助于抑制典型SSE的氧化分解，例如β-氧化鋁固體電解質（BASE），從而延長其在混合SSE系統中的電化學窗口。
2) 此外，使用BASE/IL組裝的高壓正極Na3V2（PO4）2F3混合固態鈉二次電池具有高能量密度和優異的循環性能。該工作表明，將SSE夾在穩定[PF6]-IL之間可以用于高電壓鈉二次電池的有效設計。
Di Wang, et al. A Hexafluorophosphate-Based Ionic Liquid as Multifunctional Interfacial Layer between High Voltage Positive Electrode and Solid-State Electrolyte for Sodium Secondary Batteries. Adv. Energy Mater. 2023
DOI: 10.1002/aenm.202301020
https://doi.org/10.1002/aenm.202301020
11. ACS Nano：納米肽穩定性——自組裝肽纖維的結構和分子交換
通常，基于疏水相互作用的小分子自組裝形成的納米結構相當不穩定，當暴露于水介質的變化時，會導致形態變化甚至溶解。相反，肽通過一系列分子相互作用可實現對納米結構的精確控制，其中物理穩定性可以通過合理的設計在一定程度上與尺寸變化解耦。奧斯陸大學Reidar Lund研究了一系列肽，這些肽可形成β片納米纖維，但即使在連接聚乙二醇后也表現出了顯著的物理穩定性。
本文要點：
1）研究采用了小角度中子/X射線散射、圓二色光譜和分子動力學模擬技術來研究詳細的納米結構、穩定性和分子交換。研究發現，在生物相關的pH范圍內，最穩定的序列不會產生任何結構變化或在高達85°C的溫度下也不會產生單分子交換。
2）只有在嚴重的機械擾動（即尖端超聲處理）下，這些肽纖維才會斷裂，這反映出單分子交換需要非常高的激活勢壘（約320 kJ/mol）。這些結果為肽納米結構的分子結構和穩定性之間的關系提供了重要的見解，這對生物醫學應用很重要。
Nico K?nig, et al. Stability of Nanopeptides: Structure and Molecular Exchange of Self-assembled Peptide Fibers. ACS Nano. 2023
DOI：10.1021/acsnano.3c01811
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c01811
12. ACS Nano：電催化回收聚對苯二甲酸乙二醇酯廢塑料與硝酸鹽廢水電合成可持續氨
將硝酸鹽還原反應(NO3RR)與聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)水解物氧化相結合，構建硝酸鹽/PET水解物共電解體系，有望實現硝酸鹽廢水和PET塑料垃圾的同時回收利用，但目前仍是一個幾乎沒有人涉足的研究領域。近日，浙江工業大學Hongjing Wang，Liang Wang，You Xu開發了在泡沫鎳上生長的含Ru的鈷基MOF納米片(CORU-MOF/NF)，作為將NO3RR與PET上循環偶聯的雙功能預催化劑。
本文要點：
1）在陰極和陽極的電催化作用下，CoRu-MOF預催化劑被原位重整為Ru-Co(OH)2和Ru-CoOOH，并分別對NO3RR和PET水解物的氧化起到了真正的活性催化作用。對于NO3RR電催化，Ru的加入可以優化Ru-Co(OH)2/Nf電極的吸氫?脫附性能，并提供更多的表面加氫所需的活性H物種，從而有利于氨合成的加氫步驟。
2）具體而言，在?為0.3V時，NH3產率為0.244 mmolh?1 cm?2，NH3法拉第效率為94.3%，NH3選擇性為98.57%。此外，Ru-Co(OH)2/Nf電極在工業硝酸鹽廢水和超高硝酸鹽濃度下仍能保持較高的催化活性，表明Ru-Co(OH)2/Nf電極對NO3RR具有廣泛的硝酸鹽濃度普適性。
3）同時，對于聚酯水解物中的乙二醇陽極氧化，Ru的摻入會導致生成更多的羥基物種作為電子?質子導體，從而促進碳質物種間的氧化。在1.33 Vvs RHE條件下，Ru-CoOOH/NF實現了EG氧化生成甲酸鹽，得到了96.53%的高FE。此外，NO3RR與PET水解液氧化耦合的雙電極共電解系統可以在較低的能耗下同時在陰極處生產氨和在陽極處生產甲酸鹽。令人印象深刻的是，僅1.53V的電池電壓就可以實現50 mA cm?2的電流密度。
Tianlun Ren, et al, Sustainable Ammonia Electrosynthesis from Nitrate Wastewater Coupled to Electrocatalytic Upcycling of Polyethylene Terephthalate Plastic Waste, ACS Nano, 2023
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01862
