1. Nature Chemistry：成核介導(dǎo)的手性三維有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦單晶的生長
三維手性雜化有機(jī)-無機(jī)鈣鈦礦單晶的生長仍極具挑戰(zhàn)性，因?yàn)樗鼈儾缓中猿煞郑⑶宜鼈兊木鄬儆谥行膶ΨQ的非手性點(diǎn)群。在這里，清華大學(xué)Wang Xun、Hu Hanshi、南京師范大學(xué)Xu Xiangxing報道了一種生長具有手性光學(xué)活性的單晶3D鹵化鉛鈣鈦礦方法。
本文要點(diǎn)：
1) 以MAPbBr3（MA，甲基銨）鈣鈦礦為代表，非手性MAPbBr3是由溶液中的前體通過反溫結(jié)晶方法結(jié)晶而成的，并且添加微或納米顆粒作為成核劑促進(jìn)了手性晶體在接近平衡狀態(tài)下的形成。
2) 此外，3D APbX3（其中A是銨離子，X是Cl、Br或混合Cl–Br或Br–I）鈣鈦礦的手性源于A位陽離子的手性模式及其與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中[PbX6]4?八面體的相互作用。手性結(jié)構(gòu)遵循最低能量原理，從而達(dá)到熱力學(xué)穩(wěn)定。手性三維有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦可用于圓偏振光光電探測器的原型。
Gaoyu Chen, et al. Nucleation-mediated growth of chiral 3D organic–inorganic perovskite single crystals. Nature Chemistry 2023
DOI: 10.1038/s41557-023-01290-2
https://doi.org/10.1038/s41557-023-01290-2
2. Nature Materials：氧化物玻璃的再結(jié)晶增韌
與晶體不同，玻璃由于缺乏微觀結(jié)構(gòu)控制的增韌，導(dǎo)致其本質(zhì)上是脆性的，這對其技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)生了巨大限制。因此，在不損害玻璃有利性能的情況下對玻璃進(jìn)行增韌的策略一直備受關(guān)注。在這里，喬治梅森大學(xué)Howard Sheng、浙江大學(xué)Xiao Wenge、吉林大學(xué)Tang Hu以硅鋁酸鹽玻璃為例，報道了氧化物玻璃通過副結(jié)晶的異常增韌。
本文要點(diǎn)：
1) 通過結(jié)合實(shí)驗(yàn)和計算建模，作者證明了在高壓和高溫條件下，通過再結(jié)晶可以在玻璃結(jié)構(gòu)中均勻形成了類晶體的中程有序團(tuán)簇。副晶氧化物玻璃具有優(yōu)異的韌性，高達(dá)1.99?±?0.06?MPa?m1/2，這超過了其他大塊氧化物玻璃。
2) 作者將這種特殊的增韌歸因于由應(yīng)力誘導(dǎo)的從準(zhǔn)晶態(tài)到非晶態(tài)的逆變換引起的多個剪切帶的激發(fā)，并揭示了塑性變形特征。這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計高耐損傷玻璃材料提供了一種有效策略，并強(qiáng)調(diào)了原子級結(jié)構(gòu)變化對氧化物玻璃性能的實(shí)質(zhì)性影響。
Tang Hu, et al. Toughening oxide glasses through paracrystallization. Nature Materials 2023
DOI: 10.1038/s41563-023-01625-x
https://doi.org/10.1038/s41563-023-01625-x
3. Nature Energy：無摻雜氧化錫透明電極的硅太陽能電池
硅異質(zhì)結(jié)（SHJ）太陽能電池是未來光伏產(chǎn)業(yè)的有效方向之一。稀有銦的有限供應(yīng)和銀漿的高成本是SHJ太陽能電池面臨的重要問題之一。為了克服銦基透明電極用于高效SHJ太陽能電池的障礙，南開大學(xué)Zhang Xiaodan、蘇州邁為科技股份有限公司Dong Gangqiang在室溫下通過濺射制備了廉價且可批量生產(chǎn)的未摻雜氧化錫（SnOx）電極材料。
本文要點(diǎn)：
1) 利用其天然氧空位缺陷，作者制備材料的載流子遷移率和電阻率達(dá)到22?cm2?V?1?s?1和2.38?×?10?3?Ω?cm。采用未摻雜SnOx正面透明電極的SHJ太陽能電池具有24.91%的轉(zhuǎn)換效率。
2) 此外，SnOx薄膜具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，可以在電鍍過程中承受酸堿溶液的腐蝕。最后，作者制備了鍍銅電極和雙面銦基透明電極減半的SHJ太陽能電池，其認(rèn)證效率為25.94%（總面積為274.4?cm2）。
Cao Yu, et al. Silicon solar cell with undoped tin oxide transparent electrode. Nature Energy 2023
DOI: 10.1038/s41560-023-01331-7
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01331-7
4. Nature Energy：穩(wěn)定致密液流電池陰極電解液中有機(jī)自由基的模塊化二聚化
水性有機(jī)氧化還原液流電池（AORFBs）有望實(shí)現(xiàn)安全、可持續(xù)和高成本效益的儲能應(yīng)用。然而，開發(fā)具有所需穩(wěn)定性、功率和能量密度的陰極電解液氧化還原分子仍極具挑戰(zhàn)性。近日，威斯康星大學(xué)Feng Dawei、Li Wenjie通過構(gòu)建塊組裝平臺合成了一類模擬（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基）氧基二聚體（i-TEMPOD）的離子液體。
本文要點(diǎn)：
1) 通過系統(tǒng)研究21種i-TEMPOD衍生物，作者發(fā)現(xiàn)了最佳的尺寸和電荷特性，這些特性可以防止膜交叉并允許形成鹽狀態(tài)的水。作者使用最佳i-TEMPOD陰極電解液在2?M濃度下實(shí)現(xiàn)了AORFB性能的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。
2) 這些增強(qiáng)包括多個關(guān)鍵指標(biāo)，包括在96天循環(huán)期間沒有明顯容量衰減的穩(wěn)健循環(huán)穩(wěn)定性，快速的電化學(xué)動力學(xué)，并且最大功率密度高達(dá)0.325?W?m?2和47.3 Wh?l?1的全電池高能量密度。該分子設(shè)計為低成本和可擴(kuò)展的AORFB鋪平了道路。
Xiu-Liang Lv, et al. Modular dimerization of organic radicals for stable and dense flow battery catholyte. Nature Energy 2023
DOI: 10.1038/s41560-023-01320-w
https://doi.org/10.1038/s41560-023-01320-w
5. Nature Nanotechnology：鎢中具有巨弛豫長度的彈道軌道角動量流的時域觀測
與自旋極化電子相比，電子軌道動量L可以在更多材料中以相當(dāng)高的密度在更長的距離上傳輸磁信息。然而，對L電流、其擴(kuò)展的傳播長度及其轉(zhuǎn)換為電荷電流的直接實(shí)驗(yàn)觀察仍極具挑戰(zhàn)性。在這里，柏林自由大學(xué)Tom S. Seifert觸發(fā)了Ni|W|SiO2薄膜堆疊中的超快角動量傳輸。
本文要點(diǎn)：
1) 由此產(chǎn)生的太赫茲電荷電流具有顯著的延遲和寬度，其隨著W厚度線性增長。作者將這一觀測結(jié)果歸因于從Ni到W的巨大衰變長度（~80?nm）和低速（~0.1?nm?fs?1）。
2) 在W/SiO2界面，L流通過反軌道Rashba–Edelstein效應(yīng)有效地轉(zhuǎn)化為電荷電流，這與從頭計算結(jié)果一致。該發(fā)現(xiàn)確立了具有長距離彈道L傳輸?shù)能壍离娮硬牧峡捎糜谖磥沓炱骷閰^(qū)分類霍爾和類Rashba–Edelstein轉(zhuǎn)換過程提供了方法。
Tom S. Seifert, et al. Time-domain observation of ballistic orbital-angular-momentum currents with giant relaxation length in tungsten. Nature Nanotechnology 2023
DOI: 10.1038/s41565-023-01470-8
https://doi.org/10.1038/s41565-023-01470-8
6. Acc. Chem. Res.：構(gòu)建先進(jìn)鋰電池的純硅負(fù)極
隨著便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車和電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)的需求不斷升級，開發(fā)具有高能量密度、成本效益和環(huán)境可持續(xù)性的下一代可充電電池勢在必行。加速這些進(jìn)步可以大大減少有害的碳排放。對主要目標(biāo)的追求激起了人們對純硅作為高容量電活性材料的興趣，與傳統(tǒng)的石墨材料相比，它能夠進(jìn)一步提高重量和體積能量密度。盡管具有這些有前景的特性，純硅材料仍面臨重大障礙，主要是由于它們在鋰化/脫鋰過程中體積發(fā)生劇烈變化。體積變化會產(chǎn)生嚴(yán)重的副作用，例如破裂、粉碎和分層，從而引發(fā)容量快速衰減。因此，減輕硅顆粒斷裂仍然是一個主要挑戰(zhàn)。重要的是，納米級硅（尺寸低于 150 nm）表現(xiàn)出對反復(fù)體積變化引起的應(yīng)力的彈性，從而凸顯了其作為陽極活性材料的潛力。然而，體積膨脹應(yīng)力不僅影響顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，還會破壞硅外表面上自發(fā)形成的固體電解質(zhì)界面（SEI）層，從而引起不良副反應(yīng)。因此，盡管硅納米顆粒提供了新的機(jī)遇，但克服相關(guān)問題至關(guān)重要。
近日，西江大學(xué)Jaegeon Ryu，浦項(xiàng)科技大學(xué)Soojin Park重點(diǎn)總結(jié)了純硅負(fù)極開發(fā)中取得的重大進(jìn)展，特別關(guān)注特征尺寸。
本文要點(diǎn)：
1）自納米級硅出現(xiàn)以來，以下納米技術(shù)在通過納米/微米結(jié)構(gòu)生長顆粒方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。同樣，塊狀硅微粒由于其實(shí)用優(yōu)勢而逐漸通過后工程方法浮出水面。
2）研究人員簡要討論了塊體硅工程和納米/微米結(jié)構(gòu)的代表性示例的特殊特征，所有這些都旨在克服內(nèi)在的挑戰(zhàn)，例如限制大的體積變化和穩(wěn)定電化學(xué)循環(huán)過程中SEI的形成。隨后，研究人員概述了推進(jìn)純硅負(fù)極以納入高質(zhì)量負(fù)載和高能量密度的指南。重要的是，這些進(jìn)步需要卓越的材料設(shè)計和特殊電池組件的結(jié)合，以確保兼容性并產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)。
Minjun Je, et al, Constructing Pure Si Anodes for Advanced Lithium Batteries, Acc. Chem. Res., 2023
DOI: 10.1021/acs.accounts.3c00308
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00308
7. EES：利用摩擦電納米發(fā)電機(jī)自行回收廢舊磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池（LFP）占全球鋰離子電池（LIB）市場份額的32%以上，由于其中的寶貴元素資源和環(huán)境問題，導(dǎo)致其回收利用引起了人們的極大關(guān)注。然而，最先進(jìn)的回收技術(shù)通常基于電化學(xué)或化學(xué)浸出方法，存在繁瑣的程序、巨大的化學(xué)/電力消耗和二次污染等關(guān)鍵問題。在這里，中國科學(xué)院Wang Jie報道了一種自供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)由電化學(xué)LIB回收反應(yīng)器和用于回收廢LFP的摩擦電納米發(fā)電機(jī)（TENG）組成。
本文要點(diǎn)：
1) 在電化學(xué)LIB循環(huán)反應(yīng)器中，作者采用在NaCl溶液中電化學(xué)產(chǎn)生的Cl?/ClO?對作為氧化還原介質(zhì)，在沒有額外化學(xué)物質(zhì)的情況下，通過氧化還原靶向反應(yīng)將LFP分解為FePO4和Li+。
2) 此外，TENG利用LIBs中丟棄的組件，包括外殼、鋁塑膜和集電器，旨在大幅減少二次污染物。TENG通過收集風(fēng)能，可以輸出0.21W，從而為電化學(xué)回收系統(tǒng)供電和為電池充電。因此，所提出的廢LFP回收系統(tǒng)具有高純度（Li2CO3，99.70%和FePO4，99.75%）、自供電特性、簡化處理程序和高利潤的特點(diǎn)，從而可以促進(jìn)LIB技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。
Baofeng Zhang, et al. Self-powered recycling of spent lithium iron phosphate batteries via triboelectric nanogenerator. EES 2023
DOI: 10.1039/D3EE01156A
https://doi.org/10.1039/D3EE01156A
8. EES：調(diào)節(jié)單原子催化劑第一配位層之外的非金屬物質(zhì)以實(shí)現(xiàn)高性能電催化
單原子電催化劑(SACS)的局部微環(huán)境決定了其活性和選擇性。雖然以前的研究主要集中在金屬中心的第一配位殼層(FCS)，但FCS以外的功能物種(如非配位雜原子摻雜劑、官能團(tuán)、本征缺陷和配體空位)可以通過與金屬原子/吸附物的遠(yuǎn)程相互作用來影響甚至決定SACs的電催化性能。這篇文章旨在提供一個最新的進(jìn)展，以規(guī)范非金屬物種超出FCS(NSBF的SACs)。
近日，湖南大學(xué)Shiguo Zhang首先根據(jù)它們與金屬原子的距離來定義NSBF。然后討論了在碳骨架、金屬有機(jī)骨架、共價有機(jī)骨架和固定化分子催化劑SACs中構(gòu)建NSBF的各種策略。
本文要點(diǎn)：
1）研究人員進(jìn)一步建立了表征協(xié)議。從遠(yuǎn)程電子誘導(dǎo)效應(yīng)、作為活性中心的空間位阻效應(yīng)、協(xié)同吸附效應(yīng)、電導(dǎo)增強(qiáng)效應(yīng)、穩(wěn)定性改善等方面分析了NSBF的促進(jìn)作用。
2）研究人員重點(diǎn)介紹了氧還原/放出、二氧化碳還原和其他電催化反應(yīng)的結(jié)構(gòu)-活性相關(guān)性。總結(jié)了涉及動態(tài)演化的NSBF的原位表征。最后，對NSBF的精確合成、直接表征、模型構(gòu)建、動態(tài)變化研究和更廣泛的應(yīng)用進(jìn)行了展望。
Wenpeng Ni, et al, Regulating Nonmetallic Species Beyond the First Coordination Shell of Single-Atom Catalysts for High-Performance Electrocatalysis, Energy Environ. Sci., 2023
DOI: 10.1039/D3EE02090H
https://doi.org/10.1039/D3EE02090H
9. EES：具有分級孔隙度的疏水化電紡納米纖維作為整體氣體擴(kuò)散電極用于膜電極組件中的全 pH 二氧化碳電還原
傳統(tǒng)的層壓結(jié)構(gòu)氣體擴(kuò)散電極（GDE）在提高電催化二氧化碳還原效率方面取得了巨大成功，但仍然存在分層、溢流、鹽沉淀以及活性位點(diǎn)利用率有限等問題。在此，蘇州大學(xué)Yang Peng，F(xiàn)englei Lyu通過靜電紡絲制造了具有分級孔隙率的整體GDE（NiNF），其中包含嵌入欠配位Ni-N-C活性位點(diǎn)的CNT增強(qiáng)碳納米纖維。
本文要點(diǎn)：
1）納米纖維經(jīng)過聚四氟乙烯 (PTFE) 熱處理，附加表面疏水層，使 GDE 能夠在流通池和膜電極組件 (MEA) 中適應(yīng)廣泛的 pH 值。
2）憑借整體結(jié)構(gòu)、分級孔隙率和高活性催化位點(diǎn)，優(yōu)化的 NiNF GDE 實(shí)現(xiàn)了近乎一致的 CO 法拉第效率，在堿性和酸性流中分別提供 282 ± 9 和 362 ± 10 mA cm-2 的峰值電流密度。
3）更重要的是，疏水化整體GDE在中性MEA中穩(wěn)定運(yùn)行超過273小時，總能源效率為38%，在酸性MEA中單程CO2轉(zhuǎn)化率為78%。
這項(xiàng)工作通過 GDE 設(shè)計的創(chuàng)新為工業(yè)規(guī)模的二氧化碳電解鋪平了道路。
Min Wang, et al, Hydrophobized Electrospun Nanofibers of Hierarchical Porosity as the Integral Gas Diffusion Electrode for Full-pH CO2 Electroreduction in Membrane Electrode Assemblies, Energy Environ. Sci., 2023
DOI: 10.1039/D3EE01866K
https://doi.org/10.1039/D3EE01866K
10. Nano Letters：用于氫氣分離的單層富勒烯膜
氫分離膜是新興氫經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵組成部分，為氫氣的純化和生產(chǎn)提供節(jié)能的解決方案。受最近發(fā)現(xiàn)的單層共價富勒烯網(wǎng)絡(luò)的啟發(fā)，范德比爾特大學(xué)De-en Jiang從濃度梯度驅(qū)動的分子動力學(xué)中證明，準(zhǔn)方格單層富勒烯膜提供了最佳的孔徑匹配、獨(dú)特的漏斗形孔和熵選擇性。
本文要點(diǎn)：
1）這些特性的結(jié)合使得這些膜有望從二氧化碳和氧氣等較大氣體中分離出氫氣。
2）該超薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的氫滲透性以及對 H2/CO2 和 H2/O2 分離的高選擇性，大大超過了 2008 年 Robeson 上限。
研究工作指出了一個有前途的方向，即使用單層富勒烯網(wǎng)絡(luò)作為膜，用于水分解等過程的高性能、選擇性氫分離。
Yujing Tong, et al, Monolayer Fullerene Membranes for Hydrogen Separation, Nano Lett., 2023
DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01946
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01946
11. ACS Nano：通過共混紡絲輔助冷凍鑄造可定制彈性多功能石墨烯氣凝膠
石墨烯氣凝膠因其獨(dú)特的物理性質(zhì)而受到廣泛關(guān)注，但其較差的機(jī)械性能和功能性的缺乏阻礙了其高級應(yīng)用。在這項(xiàng)研究中，新加坡國立大學(xué)Yong Yang，Wei Zhai提出了一種共混紡絲輔助冷凍鑄造（BSFC）策略，將顆粒改性碳纖維納入石墨烯氣凝膠中，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械強(qiáng)化和功能增強(qiáng)。
本文要點(diǎn)：
1）這種方法為創(chuàng)建可定制的多材料、多尺度結(jié)構(gòu)石墨烯氣凝膠提供了很大的自由度。例如，制造了碳化硅顆粒改性碳纖維增強(qiáng)石墨烯（SiC/CF-GA）氣凝膠。所得氣凝膠具有優(yōu)異的性能，例如超輕、高彈性和抗疲勞壓縮性（50% 應(yīng)變下 1000 次循環(huán)）。同時，增強(qiáng)的彈性激發(fā)了 SiC/CF-GA 氣凝膠的有效應(yīng)變傳感能力，靈敏度為 13.8 kPa?1 。
2）由于SiC顆粒的摻入而產(chǎn)生的可調(diào)節(jié)介電性能賦予SiC/CF-GA氣凝膠具有寬帶（8.0 GHz）有效電磁波衰減性能。此外，可以通過 BSFC 策略將不同的顆粒納入石墨烯氣凝膠中，從而實(shí)現(xiàn)可定制的設(shè)計。此外，改性氣凝膠還表現(xiàn)出吸音、隔熱、防火、防水等多功能性，進(jìn)一步豐富了其實(shí)用性。
因此，BSFC 策略為制造用于先進(jìn)功能應(yīng)用的改性石墨烯氣凝膠提供了定制的解決方案。
Yijing Zhao, et al, Customizable Resilient Multifunctional Graphene Aerogels via Blend-spinning assisted Freeze Casting, ACS Nano, 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c02491
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02491
12. ACS Nano綜述：刺激響應(yīng)型功能微/納米機(jī)器人
香港中文大學(xué)王瀟樸教授對刺激響應(yīng)性功能微/納米機(jī)器人相關(guān)研究進(jìn)行了綜述。
本文要點(diǎn)：
1）刺激響應(yīng)型功能微/納米機(jī)器人(srFM/Ns)是一類智能、高效、發(fā)展前景廣闊的微型機(jī)器人，其可以對外部刺激(如溫度、光、超聲、pH、離子和磁場)做出響應(yīng)并執(zhí)行指定任務(wù)。通過自適應(yīng)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的功能形式，srFM/Ns可以完美地匹配不同應(yīng)用的需求，進(jìn)而在靶向治療、生物檢測、組織工程等領(lǐng)域中表現(xiàn)出重要的作用。因此，有必要對這些智能srFM/Ns的研究現(xiàn)狀進(jìn)行概述，從而進(jìn)一步推動該領(lǐng)域的發(fā)展。
2）作者在文中對刺激響應(yīng)型功能微/納米機(jī)器人的響應(yīng)機(jī)制、可實(shí)現(xiàn)的功能以及相關(guān)的應(yīng)用等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述，并重點(diǎn)介紹了不同刺激形式的優(yōu)缺點(diǎn)；此外，作者也討論了srFM/Ns目前所面臨的挑戰(zhàn)以及相應(yīng)的解決策略，旨在加快該領(lǐng)域的研究和發(fā)展，并推動srFM/Ns走向?qū)嶋H應(yīng)用。
Yan Zhou. et al. Stimuli-Responsive Functional Micro-/Nanorobots: A Review. ACS Nano. 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c01942
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c01942
