1. Nature Energy：富錳NASICON型陰極中的反位缺陷
富含錳的NASICON型材料在開發聚陰離子陰極方面受到了廣泛關注，主要是由于其豐富的儲量和在高工作電壓下具有良好的循環性能。然而，其充電/放電曲線具有顯著的電壓滯后，進而導致其有限的可逆容量，從而阻止了它們的應用。在這里，中國科學院胡勇勝、趙君梅證明了富錳NASICON型陰極（Na3MnTi（PO4）3）中的電壓滯后與內在反位缺陷（IASD）密切相關。1) 該缺陷在合成過程中形成，并且其在表征中被捕獲。結合電化學分析和光譜技術，作者全面了解了循環過程中受IASD影響的緩慢Na+擴散行為，并探究了電壓滯后、相分離和延遲電荷補償的關系。2) 此外，作者還開發了一種Mo摻雜策略來降低缺陷濃度，將初始庫侖效率從76.2%提高到85.9%。該工作揭示了NASICON型陰極中的電壓滯后，并為設計高性能聚陰離子電極提供了指導。Yuan Liu, et al. Identifying the intrinsic anti-site defect in manganese-rich NASICON-type cathodes. Nature Energy 2023DOI: 10.1038/s41560-023-01301-zhttps://doi.org/10.1038/s41560-023-01301-z
2. Nature Materials：納米金催化劑直接生長二硫化鎢納米管
過渡金屬二硫族化合物（TMD）納米管為探索TMD材料在一維極限下的性質提供了一個獨特的平臺。盡管科研工作者做出了相當大的努力，但具有可控手性TMD納米管的直接生長仍極具挑戰性。在這里，武漢大學袁聲軍、西北工業大學安欽偉使用Au納米顆粒的催化化學氣相沉積在Si襯底上直接生長高質量的WS2和WSe2納米管。1) Au納米顆粒為WS2或WSe2殼在其表面上的成核提供了獨特的調節位點，并為隨后的納米管生長提供了種子。作者發現納米管的生長方式對溫度很敏感。通過仔細的溫度控制，作者實現了~79%的WS2納米管具有單一手性角。2) 此外，作者還展示了合成WS2納米管的幾何、電子和光學特性，以及如何通過手性來對其進行調控。這種使用Au納米顆粒作為催化劑的方法將促進具有可控手性TMD納米管的生長，并有助于其性質和應用的研究。Qinwei An, et al. Direct growth of single-chiral-angle tungsten disulfide nanotubes using gold nanoparticle catalysts. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01590-5https://doi.org/10.1038/s41563-023-01590-5
3. Nature Commun.：一維生物電子用導電穩定且機械耐用的雙層Egain復合涂層可伸縮纖維
可變形半固態液態金屬顆粒(LMP)具有優良的電學性能和應變下穩定的電導性能，是一種很有前途的剛性導電材料的替代品。然而，在纖維上實現致密而堅固的LMP涂層仍然是一個長期的挑戰，主要是因為傳統的涂層技術與LMP不兼容。此外，LMP的有限耐久性和缺乏初始導電性限制了其廣泛應用。在這項研究中，韓國科學技術院Steve Park，Seongjun Park，Jae-Woong Jeong提出了一種解決方案，即在纖維上牢固而緊湊地組裝機械耐用和初始導電的LMP。1）具體地說，研究人員提出了一種基于剪切的附著聚合物的LMP沉積，然后在附加涂層的碳納米管附著的LMP來創建雙層LMP復合材料，在各種纖維上具有優異的耐用性、導電性、延伸性和生物兼容性。2）通過縫制電路、智能服裝、可伸縮生物接口光纖和多功能光纖探頭的開發，展示了這種1D電子產品制造戰略的多功能性和可靠性。Lee, GH., Lee, D.H., Jeon, W. et al. Conductance stable and mechanically durable bi-layer EGaIn composite-coated stretchable fiber for 1D bioelectronics. Nat Commun 14, 4173 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-39928-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-39928-x
4. Nature Commun.：原位衍生法構建具有超長壽命的室溫磷光材料
盡管室溫磷光材料已經得到了廣泛的研究，但如何通過促進三重態激子的產生和穩定來提高材料的性能仍然是一個巨大的挑戰。在這項研究中，天津大學Ligong Chen，Bowei Wang提出了一種原位衍生策略，通過原位衍生客體分子并在客體分子與尿素共熱解過程中形成剛性基質來構建高效的RTP材料。1）表征和理論計算表明，生成的導數有利于促進系統間交叉(ISC)產生更多的三重態激子，而剛性矩陣可以有效地抑制三重態激子的非輻射躍遷。2）因此，研究人員提出了同時促進三重態激子的產生和穩定的原位導數策略。利用這種方法，RTP材料的超長壽命可以達到5.33s，并且容易獲得多色RTP材料。3）此外，研究人員還成功地展示了RTP材料在后處理或可編輯防偽方面的潛在應用。Qinglong Jia, et al. Construction of room temperature phosphorescent materials with ultralong lifetime by in-situ derivation strategy. Nat Commun 14, 4164 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39795-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-39795-6
5. JACS：蛋黃?殼和空心Zr/Ce-UIO-66在串聯反應和光反應中的選擇性調控
多組分金屬?有機骨架(MOF)的特點之一是精細地調節其活性中心以實現產品的選擇性。特別是，在相同的拓撲結構下獲得具有精確定制的氧化還原中心的雙金屬MOF中空結構仍然是具有挑戰性的，盡管最近這方面的努力激增。在這里，福建師范大學Liang-Liang Zhang，德克薩斯農工大學周宏才教授，湖南大學Yu Fang提出了一種名為“團簇穩定化”的工程策略來制備具有中空結構和可調活性中心的層狀多孔MOF復合材料。1）通過用Ce部分取代UIO-66六核簇合物中的鋯，形成了分布不均勻的蛋黃?殼結構(YSS)。2）通過對YSS前驅體進行酸處理或退火處理，可以分別得到單殼中空結構(SSHS)和雙殼中空結構(DSHS)。SSHS和DSHS中的活性中心在種類、價態和空間位置上都不同。3）重要的是，YSS、SSHS和DSHS具有不同的活性中心和微環境，在串聯反應和光反應中表現出可調的催化活性、反向選擇性和高穩定性。Hui-Hui He, et al, Yolk?Shell and Hollow Zr/Ce-UiO-66 for Manipulating Selectivity in Tandem Reactions and Photoreactions, J. Am. Chem. Soc, 2023DOI: 10.1021/jacs.3c03883https://doi.org/10.1021/jacs.3c03883
6. JACS：電化學可活化液體有機氫載體及其應用
氫氣已被選為一種環境友好的能源，以取代以化石燃料為基礎的能源系統。由于氫氣在氣相中很難儲存和運輸，熱化學液體有機氫載體(Luchs)被開發為替代技術之一。然而，熱化學LOHC系統對溫度和壓力的要求很高，造成了巨大的能源浪費和不切實際。這一觀點提出了能夠更高效、更安全、更低溫度和壓力的電化學(EC)氫存儲/利用。為了實現這一技術，韓國科學技術院Dong Young Chung，高麗大學Kwangyeol Lee，慶北大學Sang-Il Choi 總結了幾種EC-LOHC候選化合物，如異丙醇、酚類化合物和有機酸，并討論了相關同/雜基電催化劑的最新研究趨勢和設計理念。1）作者首先討論了可電化學激活的LOHC候選者及其選擇標準，然后介紹了它們的反應機理。2）此外，還提出了未來發展電催化劑和可行、高效的EC-LOHC燃料電池系統的研究方向，以推動電化學(脫氫)氫化向實用水平發展。Juhyun Cho, et al, Electrochemically Activatable Liquid Organic Hydrogen Carriers and Their Applications, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13324https://doi.org/10.1021/jacs.2c13324
7. JACS：Au22(SR)15H團簇中氫遷移引起的可逆異構化的機理研究
揭示金屬納米團簇的演化機制對理解金屬凝聚物的形成和演化具有重要意義。近日，安徽大學Manzhou Zhu，Jinsong Chai，湘潭大學Yong Pei，美國橡樹嶺國家實驗室Xiaoping Wang等通過引入氫化物配體來簡化研究系統，完整的揭示了金納米團簇（Au NC）異構體之間的具體演化過程。1）作者通過動力學控制合成了一種含氫的金納米團簇Au22(SR)15H，并通過X射線衍射、中子衍射和密度泛函理論（DFT）計算相結合的方法確認了氫的位置。2）有趣的是，作者在Au22(SR)15H上發現了可逆的結構異構化現象。通過結合晶體結構和理論計算，作者將研究重點放在氫化物結合位點上，清晰展示了這個異構化過程中的[Au-H]遷移機制。3）此外，通過隨后捕獲和結構確定理論預測的中間體，進一步證實了這種[Au-H]遷移機制。該工作提供了有關納米團簇中氫化物配體的動態行為以及以氫化物配體為突破點研究納米團簇演化機制的策略的深入見解。Qinzhen Li, et al. Mechanistic Study of the Hydride Migration-Induced Reversible Isomerization in Au22(SR)15H Isomers. J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c02768https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02768
8. JACS：貧電解質鋰-硫電池的正極動力學評估
鋰-硫（Li?S）電池在實現超越鋰離子電池的實用高能量密度方面具有廣闊的前景。貧電解質條件是實現高能量密度Li?S電池的先決條件，但不可避免地會惡化電池性能，尤其是硫正極動力學。在這里，北京理工大學Bo-Quan Li，Jia-Qi Huang系統的研究了硫正極的極化，以確定貧電解質鋰-硫電池中的關鍵動力學限制因素。1）具體而言，開發了電化學阻抗譜結合恒電流間歇滴定技術方法，將陰極極化解耦為活化、濃度和歐姆部分。其中，隨著電解質與硫的比（E/S比）降低，硫化鋰成核過程中的活化極化成為主要極化，并且緩慢的界面電荷轉移動力學被認為是貧電解質下電池性能下降的主要原因狀況。2）因此，研究人員提出了雙(氟磺酰基)亞胺鋰電解質來降低活化極化，采用該電解質的Li?S電池在0.2 C時在4 μL mg?1的低E/S比下提供985 mAh g?1的放電容量。這項工作確定了貧電解質鋰硫電池的關鍵動力學限制因素，并為設計合理的推廣策略以實現先進的鋰-硫電池提供了指導。Zi-Xian Chen, et al, Cathode Kinetics Evaluation in Lean-Electrolyte Lithium?Sulfur Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c02786https://doi.org/10.1021/jacs.3c02786
9. JACS：Ru-NHC 催化吲哚和苯并呋喃的不對稱完全氫化：一種具有雙重功能的催化劑
廉價且易得的芳烴的轉化和利用已成為研究的主要領域。芳烴 的完全氫化是將平面分子轉化為飽和三維結構的最有效方法之一，而飽和三維結構是構建關鍵。然而，由于缺乏對映選擇性催化劑，芳烴的不對稱氫化歷史上一直是一個重大挑戰，成功的案例大多局限于芳香性較弱的環，例如雜芳烴環和稠合芳烴。近日，明斯特大學Frank Glorius開發了一種Ru-NHC催化的受保護吲哚和苯并呋喃的不對稱完全氫化，能夠安裝多達五個新定義的立體中心。1）該方案以高產率產生了多種高價值的八氫吲哚和八氫苯并呋喃，并具有良好的對映選擇性和非對映選擇性。2）研究人員合理設計并實施了一種新策略，即一種金屬配合物通過原位轉變可以連續發揮兩種功能。研究結果表明，新策略具有擴展到更多基質類別的巨大潛力Fuhao Zhang, et al, Ru-NHC-Catalyzed Asymmetric, Complete Hydrogenation of Indoles and Benzofurans: One Catalyst with Dual Function, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04983https://doi.org/10.1021/jacs.3c04983
10. JACS: 表面過電位作為衡量水基鋅離子電池放電?充電可逆性的關鍵指標
水基鋅離子電池(AZIB)作為電網儲能系統受到越來越多的關注。然而，由于與鋅枝晶生長和寄生反應相關的不受控制的界面現象，保證長期可逆操作并不是微不足道的。近日，首爾大學Jang Wook Choi向電解液中添加六甲基磷酰胺(HMPA)揭示了表面過電位(|ηS|)是衡量可逆性的關鍵指標。1）HMPA吸附在金屬鋅表面的活性位上，提高了表面過電位，降低了成核勢壘，減小了晶核的臨界尺寸(rcrit)。2）研究人員還用Wagner(Wa)無量綱數關聯了觀察到的界面到塊體的性質?？煽亟缑媸逛\V6O13全電池在2000次循環中保持75.97%的容量，而72h的容量損失僅為1.5%。3）研究不僅提供了無與倫比的循環和存儲性能的AZIB，而且還提出了表面超電位作為AZIB循環和存儲可持續性的關鍵描述。Minkwan Kim, et al, Surface Overpotential as a Key Metric for the Discharge?Charge Reversibility of Aqueous Zinc-Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c01614https://doi.org/10.1021/jacs.3c01614
11. JACS：通過酸堿溶液化學將 K2Sb8Q13 和 KSb5Q8 塊狀晶體轉化為 Sb2Q3 (Q = S, Se) 納米纖維
使用動力學控制來操縱晶體結構的能力引起了廣泛的興趣，因為它使得能夠設計具有其他方式無法實現的結構、成分和形態的材料。在此，韓國基礎科學研究所In Chung，美國西北大學Mercouri G. Kanatzidis，成均館大學Myung-Gil Kim報道了由硬軟酸堿（HSAB）化學驅動的塊狀無機晶體的低溫結構轉變。1）研究發現，三維骨架K2Sb8Q13和層狀KSb5Q8（Q=S、Se和Se/S固溶體）化合物在N2H4·H2O溶液中通過釋放Q2?和K+離子轉變為一維Sb2Q3納米/微米纖維。在100°C和環境壓力下，發生轉變過程，導致材料發生顯著的結構變化，包括Sb和Q之間共價鍵的形成和斷裂。2）盡管起始晶體在給定條件下不溶于N2H4·H2O在條件允許的情況下，可以通過應用HSAB原理來合理化這種轉變的機制。通過調整反應物的酸/堿性質、溫度和壓力等因素，可以控制該過程，從而實現寬范圍的光學帶隙（范圍從1.14到1.59 eV），同時保持固溶體性質Sb2Q3納米纖維中的陰離子亞晶格。Hyungseok Lee, et al, Transformation of K2Sb8Q13 and KSb5Q8 Bulk Crystals to Sb2Q3 (Q =S, Se) Nanofibers by Acid?Base Solution Chemistry, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c03925https://doi.org/10.1021/jacs.3c03925
12. JACS：具有細胞適應性網絡的仿生納米纖維水凝膠可增強細胞機械轉導、代謝能量和骨再生
具有異質結構的天然細胞外基質能夠提供穩定、動態的生物物理骨架和產生生化信號以指導細胞行為。開發一種具有宏觀穩定性和微觀動力學、可誘導生化信號的非均相纖維結構的合成基質是一項重要且極具有挑戰性的難題。有鑒于此，華南理工大學邊黎明教授、香港中文大學李剛教授和林思恩教授構建了一種由肽纖維增強的水凝膠，其中的剛性β-片纖維可作為多價交聯劑以提高水凝膠的宏觀穩定性。1）肽纖維與聚合物網絡之間的動態亞胺交聯使得水凝膠具有微觀動態網絡。研究發現，構建的纖維狀納米復合水凝膠具有細胞適應性的動態網絡，可增強細胞-基質和細胞-細胞的相互作用，進而顯著增強被包裹的干細胞的機械轉導、代謝能量和成骨作用。2）此外，該水凝膠也能夠通過共遞送誘導藥物以進一步促進骨生成和骨再生。綜上所述，該研究工作能夠為設計用于治療的細胞適應性和生物活性材料提供新的指導。Xian Xie. et al. Biomimetic Nanofibrillar Hydrogel with Cell-Adaptable Network for Enhancing Cellular Mechanotransduction, Metabolic Energetics, and Bone Regeneration. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c02210https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02210
