1. Chem. Soc. Rev.：質子交換膜電解水研究進展
質子交換膜水電解槽（PEMWE）是一種極具潛力的可再生能源轉換和儲存技術。通過使用風能或太陽能等可再生能源產生的綠色電力，可以在PEMWE系統中生產高純度氫氣，該系統可用于燃料電池和其他工業部門。迄今為止，通過設計堆疊組件，在提高PEMWE效率方面取得了重大進展；然而，由于在酸性條件下的高成本和耐用性問題，使其大規模和長期應用仍面臨挑戰。近日，華中科技大學夏寶玉、陜西師范大學Chen Yu、中國科學院Yan Ya、香港理工大學Xu Zhenglong對質子交換膜電解水研究進展進行了綜述研究。
本文要點：
1) 作者概括了工程PEMWE系統的最新發展，并評估了其實際應用仍需填補的空白。作者全面總結了PEMWE的反應機理、結構-組成-性能之間的相關性、制造方法、系統設計策略和操作規程。
2) 作者還強調了實際PEMWE所需的關鍵參數與文獻中報道的關鍵參數之間的差異。最后，作者提出了彌合這一差距的潛在解決方案，并使PEMWE能夠得到可觀的應用。該綜述有利于促進開發更具成本效益和耐用性的PEMWE系統。
Rui-Ting Liu, et al. Recent advances in proton exchange membrane water electrolysis. Chem. Soc. Rev. 2023
DOI: 10.1039/D2CS00681B
https://doi.org/10.1039/D2CS00681B
2. Angew：高選擇性二氧化碳電還原的陽離子溶劑化結構的分子工程
平衡H2O的活化對于高選擇性CO2電還原(CO2RR)至關重要，因為CO2RR的質子化步驟需要快速的H2O解離動力學，而抑制析氫(HER)則需要緩慢的H2O還原。近日，湖南大學Shiguo Zhang提出了一種分子工程策略，使用具有Gutmann供體數的非質子有機小分子作為溶劑化殼調節劑來調節H2O的活化。
本文要點：
1）這些有機分子占據K+的第一個溶劑化殼層并積聚在雙電層中，降低界面處的H2O密度和質子供應體（游離和配位的H2O）的相對含量，從而抑制HER。吸附的H2O通過第二球效應得到穩定，并通過削弱O-H鍵促進其解離，從而加速了隨后的*CO2質子化動力學并降低了能壘。
2）在含有5 M二甲基亞砜(DMSO)作為添加劑的模型電解液(KCl-DMSO5)中，相對于銀箔的最高CO選擇性增加至99.2%，FECO在-0.75至-1.15V范圍內高于90.0%。這種陽離子溶劑化殼的分子工程策略可以擴展到其他金屬電極，例如Zn和Sn，以及有機分子，例如N,N-二甲基甲酰胺。
Wenpeng Ni, et al, Molecular Engineering of Cation Solvation Structure for Highly Selective Carbon Dioxide Electroreduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202303233
DOI: 10.1002/anie.202303233
https://doi.org/10.1002/anie.202303233
3. EES：具有d-d電子相互作用的納米片組裝高熵合金納米晶體用于析氫反應
在催化界，開發具有優異性能的析氫催化劑是當務之急。在此，武漢大學Wang Jike、新加坡科技研究局Xi Shibo報道了獨特的高熵合金（HEAs）–PtMoPdRhNi納米晶體（NCs）催化劑，該催化劑具有強的d-d電子相互作用。
本文要點：
1)作者通過對PtMoPdRhNi原子比的探索發現，所獲得的Pt28Mo6Pd28Rh27Ni15NCs具有高堿性析氫反應（HER）活性，在-10 mA cm-2的電流密度下，過電位低至9.7mV。優異的HER性能主要源于HEAs的組成金屬和具有優化能壘的多活性位點中的d-d電子相互作用。
2) 結合原位表面增強拉曼光譜（SERS）和理論計算，作者揭示了水離解和H*吸附/解吸的機理。該工作不僅深入闡明了多元HEA體系的復雜結構信息和催化機理，以進一步合理設計高效催化劑，并加速了HEAs在能源應用中的研究。
Wei Min, et al. High-Entropy Alloy nanocrystal assembled by nanosheets with d-d electron interaction for Hydrogen Evolution Reaction. EES 2023
DOI: 10.1039/D3EE01929B
https://doi.org/10.1039/D3EE01929B
4. Angew：軟包鋰金屬電池發展進展與展望
鋰（Li）金屬電池（LMB）因其高能量密度（理論上>500Whkg-1）而成為儲能領域的“圣杯”。近年來，人們為推動袋型LMB的研發（R&D）走向實際應用付出了巨大的努力。近日，中科大Shuhong Jiao，寧德新能源科技有限公司Yuhao Lu，柏林亥姆霍茲材料與能源中心Yaolin Xu，蔚山國立科學技術學院Jaephil Cho旨在從全電池角度對袋型LMB的最新進展進行全面、深入的綜述，并為其未來發展提供指導。
本文要點：
1）研究人員總結了使用液態和固態電解質的袋型LMB，并涵蓋與鋰和陰極（包括LiNixCoyMn1-x-yO2、S和O2）相關的研究，這兩種電極都會影響電池性能。
2）研究人員首先介紹了軟包型LMB的關鍵性能標準及其之間的關系，然后詳細討論了軟包型LMB發展面臨的主要挑戰，特別是與紐扣電池相比軟包電池所面臨的嚴重挑戰。
3）隨后，總結了軟包LMB降解機理的最新進展，以及用于解決這些問題和提高袋型LMB關鍵性能標準的實用策略。最后，提供了推進軟包LMB的研發及其實際應用的觀點。
Yulin Jie, et al, Progress and Perspectives on the Development of Pouch-Type Lithium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307802
DOI: 10.1002/anie.202307802
https://doi.org/10.1002/anie.202307802
5. Angew：具有高能量密度的雙和三降冰片二烯用于高效分子太陽能熱能存儲
分子太陽能熱能儲存（MOST）系統可以將太陽能以化學鍵的形式轉換、儲存和釋放，即作為化學能。在這項工作中，錫根大學Heiko Ihmels苯基和萘基連接的雙降冰片二烯和三降冰片二烯被認為是具有非常高能量密度的有前途的 MOST 系統。
本文要點：
1）通過 Suzuki-Miyaura 偶聯反應合成了底物，并研究了它們在大多數應用中的吸收性能和特征參數。
2）降冰片二烯衍生物的吸收起始波長高達 386 nm，每次光異構化事件的光異構化量子產率為 56%。所得四環烷產品的半衰期長達 14 d，能量密度高達 734 KJ/Kg。
總體而言，這些降冰片二烯滿足最佳 MOST 系統的必要標準，因此是開發高效太陽能轉換和存儲材料的非常有前景的基礎。
Robin Schulte, et al, Bis- and Tris-norbornadienes with High Energy Densities for Efficient Molecular Solar Thermal Energy Storage, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309544
DOI: 10.1002/anie.202309544
https://doi.org/10.1002/anie.202309544
6. Angew：操縱金屬間電荷轉移以實現可切換外部刺激增強水氧化電催化
由于線性比例關系的存在，涉及析氧反應（OER）的電催化過程呈現出動力學瓶頸，該關系在機制限制優化中束縛了不同中間體的能量。在這里，比爾肯大學Ferdi Karadas提供了一種方法來打破這些比例關系，并通過施加外部刺激來增強 Co-Fe 普魯士藍修飾電極在 OER 中的電催化活性。
本文要點：
1）當在固定過電勢、? = 0.6 V、pH 7 下工作時，在磁場 (0.2 T) 和光照射 (100 mW.cm?2 ) 下分別實現了約 11% 和約 57% 的改進。
2）研究人員觀察到的增強強烈與 Fe 和 Co 位點之間的金屬間電荷轉移 (IMCT) 強度相關。密度泛函理論模擬表明，調整 IMCT 可以導致 OER 機制改變為基于外部刺激敏感的自旋交叉途徑，這為可切換電催化裝置開辟了道路。
Ramadan Chalil Oglou, et al, Manipulating Intermetallic Charge Transfer for Switchable External Stimulus-Enhanced Water Oxidation Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308647
DOI: 10.1002/anie.202308647
https://doi.org/10.1002/anie.202308647
7. AM：2H/fcc-異相 AuCu 納米結構的合成用于在工業電流密度下高效電化學 CO2 還原
納米材料的結構工程為開發高性能催化催化劑提供了一種有前景的方法。然而，用非常規相對熱力學不利的納米結構進行精細調節仍然是一個挑戰。在這里，香港城市大學張華教授報道了具有六方密堆積（2H型）/面心立方（fcc）異相、高折射率面、平面缺陷（例如堆垛層錯、孿晶界和晶界）的分級AuCu納米結構的合成，以及可調的銅含量。
本文要點：
1）所獲得的2H/fcc Au99Cu1分級納米片在電催化CO2還原生成CO方面表現出優異的性能，優于2H/fcc Au91Cu9和fcc Au99Cu1。實驗結果，特別是通過原位微分電化學質譜和衰減全反射傅里葉變換紅外光譜獲得的實驗結果表明，2H/fcc Au99Cu1 的催化性能增強源于非常規的 2H/fcc 異相、高折射率面、平面缺陷和適當的 Cu 合金化。
2）令人印象深刻的是，2H/fcc Au99Cu1 在工業電流密度為 300 mA cm-2 和 500 mA cm-2 時表現出 CO 法拉第效率分別為 96.6% 和 92.6%，并且具有良好的耐用性，使其躋身最佳 CO2 還原電催化劑之列用于二氧化碳生產。
基于納米材料相工程（PEN）的原子結構調控為合理設計和制備用于各種催化應用的高性能電催化劑提供了途徑。
Xichen Zhou, et al, Synthesis of 2H/fcc-Heterophase AuCu Nanostructures for Highly Efficient Electrochemical CO2 Reduction at Industrial Current Densities, Adv. Mater. 2023
DOI: 10.1002/adma.202304414
https://doi.org/10.1002/adma.202304414
8. AM：Cu單原子位點的空間位置調控實現納米酶高效光催化殺菌活性
近年來，單原子納米酶在滅菌和治療領域取得了重大進展，但其作為天然酶和藥物替代品的催化性能還遠遠不能令人滿意。在這里，北京大學Yuguang Wang，清華大學王定勝教授，西安交通大學Guidong Yang報告了一種通過調整納米平臺上單原子位點的空間位置來提高酶活性的方法。
本文要點：
1）通過不同的合成途徑在聚庚嗪酰亞胺（PHI）的層間（CuL/PHI）和面內（CuP/PHI）合成了兩種類型的Cu單原子位點納米酶。
2）實驗和理論分析表明，與面內位置相比，PHI的層間位置可以有效調節Cu單原子的配位數、配位鍵長度和電子結構，從而促進光致電子遷移和O2活化，從而能夠有效產生反應活性。
3）在可見光照射下，低劑量光照10分鐘，孵育2小時后，CuL/PHI對金黃色葡萄球菌的光催化殺菌活性接近100%，達到與抗生素相同的抗菌效果。
Honghui Ou, et al, Spatial Position Regulation of Cu Single Atom Site Realizes Efficient Nanozyme Photocatalytic Bactericidal Activity, Adv. Mater. 2023
DOI: 10.1002/adma.202305077
https://doi.org/10.1002/adma.202305077
9. AM：鹽誘導高密度富空位二維MoS2實現高效析氫
新興的非貴金屬二維催化劑，例如二硫化鉬（MoS2），在析氫反應中具有廣闊的前景。為了增強MoS2基面結構本質上的低活性，人們提出了各種相、應變和缺陷工程方法。硫空位被認為是影響催化性能的關鍵缺陷類型。不幸的是，引入硫空位的方法是有限的并且需要昂貴的后處理過程。在這里，香港城市大學Thuc Hue Ly，香港理工大學Jiong Zhao，淮陰師范學院Qingming Deng展示了一種新型鹽輔助化學氣相沉積（CVD）方法，用于合成超高密度富空位2H-MoS2，其可控硫空位密度高達3.35×1014 cm?2。
本文要點：
1）該方法包括在生長基質上預先噴灑氯化鉀(KCl)促進劑。此類缺陷的產生與生長過程中的離子吸附密切相關，不穩定的MoS2-K-H2O在后續的轉移過程中引發硫空位的形成。
2）與傳統的后處理方法相比，我們在生長過程中直接在MoS2中注入高密度S空位的新方法更加可控且無損。根據微池測量，富含空位的單層MoS2表現出優異的催化活性，在0.5 M H2SO4電解質中的過電勢約為158.8 mV(100 mA cm?2)，塔菲爾斜率為54.3 mV dec?1。
結果表明，使用鹽輔助CVD生長來調節MoS2中的純硫空位缺陷是一個很有前景的機會。這種方法代表了更好地控制二維材料催化性能的重大飛躍。
Ping Man, et al, Salt-induced high-density vacancy-rich two-dimensional MoS2 for efficient hydrogen evolution, Adv. Mater. 2023
DOI: 10.1002/adma.202304808
https://doi.org/10.1002/adma.202304808
10. AM：用于柔性電子的單個小壁碳納米管中的殼間滑動
少壁碳納米管(FWCNT)是由幾個不同直徑的碳納米管同軸殼組成。一個管子中的殼體在外力作用下可以相對彼此滑動，可能會導致調節的電學性質，但由于實驗困難，這一點從未被探索過。在這項工作中，清華大學Yingying Zhang研究了單個碳納米管殼層間滑動引起的機電響應，首次揭示了電流的線性變化。
本文要點：
1）基于化學氣相沉積生長的厘米長碳納米管，在記錄電流的同時，實現了可控可逆的殼層間滑動。觀察到電流隨殼層間滑移的可逆線性變化，這與提出的殼層間隧道模型是一致的。
2）此外，還開發了絲素輔助的長碳納米管轉移技術，實現了基于FWCNT的柔性器件的制作。在彈性硅膠包裹的FWCNTs絲膜上施加張應力，可以誘導殼間滑動，從而控制電流，是一種可靠性高的新型人機界面。
3）研究人員還預見了一維納米管層間滑動引起的機電行為也可能擴展到二維層狀材料，為新型電子器件的制備提供了新的線索。
Haomin Wang, et al, Inter-Shell Sliding in Individual Few-Walled Carbon Nanotubes for Flexible Electronics, Adv. Mater. 2023
DOI: 10.1002/adma.202306144
https://doi.org/10.1002/adma.202306144
11. AEM：鋰金屬陽極的離子導電聚合物界面：對電沉積動力學的影響
利用金屬（例如鋰、鈉、鋅）作為陽極的電化學電池正在接受深入研究，因為它們預計將取代當前的鋰離子電池，成為商業應用中能量密度更高的選擇。此外，金屬電極為反應性金屬電沉積復雜環境中不同現象的基礎研究提供了機會，例如離子輸運和電化學動力學。在這項工作中，斯坦福大學鮑哲南院士，崔屹教授，Jian Qin通過計算和實驗研究了金屬電沉積過程中與傳輸和動力學相關的競爭效應。
本文要點：
1）研究人員使用布朗動力學模擬表明，較慢的沉積動力學會導致更致密和均勻的鋰形態。這一發現是通過在電極上設計含離子聚合物涂層來實驗實現的，該涂層同時提供鋰離子傳輸路徑，同時阻礙異質表面的電荷轉移（Li++e?→Li）。
2）進一步表明，這些離子聚合物界面可以顯著延長醚基和碳酸酯基電解質中鋰金屬電池的電池壽命。通過理論和實驗研究，發現較低的動力學與傳輸速率比是影響鋰鍍層形貌的主要因素。此外，通過增加離子電導率可以進一步微調鍍層形態。
Snehashis Choudhury, et al, Ion Conducting Polymer Interfaces for Lithium Metal Anodes: Impact on the Electrodeposition Kinetics, Adv. Energy Mater. 2023, 2301899
DOI: 10.1002/aenm.202301899
https://doi.org/10.1002/aenm.202301899
12. ACS Nano：通過定向光沉積在還原氧化石墨烯上合成雙金屬核殼納米晶體的無表面活性劑通用策略
雙金屬核殼異質結構納米晶體（HNC）的可調節物理化學性質在電催化反應中顯示出巨大的潛力。在許多情況下，HNC 需要負載在載體上以抑制催化劑聚集。然而，在核殼HNC生長過程中引入支撐物使得合成變得更加復雜且難以精確控制。在此，上海大學Lei Huang，Liyi Shi ，復旦大學鄭耿鋒，中科院大連化物所Fengtao Fan報道了一種通用的光化學合成策略，用于在還原氧化石墨烯（rGO）載體上受控合成明確的無表面活性劑核殼金屬HNC，這通過直接轉移到目標的光生電子的精細控制來輔助通過 rGO 產生金屬種子以及添加的第二金屬前體的精確調節的吸附能力。
本文要點：
1）表面光電壓顯微鏡（SPVM）平臺證明光生電子在光照下通過rGO流向Pd顆粒。
2）研究人員成功合成了 24 種不同的核殼金屬 HNC，即 MA@MB（MA = Pd、Au 和 Pt；MB = Au、Ag、Pt、Pd、Ir、Ru、Rh、Ni 和 Cu） ），在 rGO 支持上。
3）所制備的 Pd@Cu 核殼 HNC 在 CO2 電催化還原為 CH4 方面表現出出色的性能。這項工作可以揭示在各種應用的不同支撐上控制合成更多功能的雙金屬納米結構材料。
Yidan Liu, et al, A Surfactant-Free and General Strategy for the Synthesis of Bimetallic Core?Shell Nanocrystals on Reduced Graphene Oxide through Targeted Photodeposition, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c04281
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04281
