1. Chem. Soc. Rev.：用于二氧化碳捕獲的共價有機框架
自20世紀60年代以來，大氣中的二氧化碳濃度增加了約40%。在可用于碳捕獲的各種技術中，吸附和膜工藝由于其具有低成本捕獲CO2的潛力而受到極大關注。近日，新加坡國立大學Zhao Dan綜述研究了用于二氧化碳捕獲的共價有機框架。1) 該工藝的核心是吸附劑和膜材料，而在設計和制造用于碳捕獲的新型多孔材料方面取得了巨大進展。共價有機骨架（COFs）是一類多孔晶體材料，由于其高表面積、低密度、可控的孔徑和結構以及較好的穩定性，是一種極具潛力的CO2捕獲吸附劑。2) 作者強調了COFs的發展，以應對碳捕獲的挑戰，并概括了制造COFs以實現工業應用的策略。此外，作者對碳捕獲的工程過程和工業現狀進行了詳細描述，并強調了機器學習在整合分子和工程水平模擬方面的重要性。
He Li, et al. Covalent organic frameworks for CO2 capture: from laboratory curiosity to industry implementation. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00465H
2. Nature Commun.：通過混合抗衡陰離子動力學通過金屬-配體配位交聯增韌自修復彈性體
機械堅韌且可自修復的聚合物材料在可持續的未來中得到了廣泛的應用。然而，由于機械魯棒性和粘彈性之間的權衡關系，仍然缺乏機械堅韌的自修復聚合物的連貫策略。在這里，韓國科學技術院Jiheong Kang公開了一種通過金屬配體配位交聯的自修復彈性體的增韌策略。1）研究人員重點研究了抗衡陰離子對聚合物網絡動態機械行為的影響。隨著抗衡陰離子的配位能力增加，陰離子的結合導致動力學變慢，從而限制拉伸性并增加剛度。2）此外，具有多種配位模式的多峰陰離子提供了意想不到的動態性。通過簡單地混合多峰和非配位陰離子，研究人員發現對機械韌性（> 3倍）和自修復效率具有顯著的協同效應，這為基于配位的堅韌自修復聚合物的設計提供了新的見解。
Park, H., Kang, T., Kim, H. et al. Toughening self-healing elastomer crosslinked by metal–ligand coordination through mixed counter anion dynamics. Nat Commun 14, 5026 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40791-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-40791-z
3. JACS: 通過分子絡合實現高性能鋰-硫電池
除了鋰離子技術之外，鋰硫電池還因其多電子氧化還原反應和高理論比能（2500 Wh kg?1）而脫穎而出。然而，可溶性多硫化鋰本質上不可逆地轉變為固體短鏈硫物質（Li2S2和Li2S）以及電極材料相關的大體積變化顯著損害了電池的長期穩定性。在這里，斯坦福大學Hai Wang，達特茅斯學院Weiyang Li提出了一種液體硫電極，由溶解在有機溶劑中的硫代磷酸鋰復合物組成，能夠粘合和儲存放電反應產物而不會沉淀。1）研究人員從耦合光譜和密度泛函理論研究中獲得的見解指導復雜的分子設計、絡合機制和相關的電化學反應機制。2）使用新型復合物作為正極材料，在室溫下實現了高比容量（0.2 C 下 1425 mAh g?1）和優異的循環穩定性（0.5 C 下 400 次循環后保持率為 80%）。3）此外，高度可逆的全液體電化學轉換可實現出色的低溫電池操作性（-40°C時>400 mAh g?1，-60°C時>200 mAh g?1）。因此，這項工作開辟了設計和定制硫電極的新途徑，以在較寬的工作溫度范圍內增強電化學性能。
Peiyu Wang, et al, High-Performance Lithium?Sulfur Batteries via Molecular Complexation, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c05209https://doi.org/10.1021/jacs.3c05209
4. JACS：PtPb/Pt 納米板上的亞單層 SbOx 促進甲酸直接氧化催化
為了推動直接甲酸燃料電池（DFAFC）的商業化，探索新型高活性、直接途徑的直接甲酸氧化（FAOR）催化劑至關重要。在這里，廈門大學黃小青教授，Lingzheng Bu報道了一種嵌入亞單層氧化銻表面的金屬間鉑-鉛/鉑納米板（PtPb/Pt@sub-SbOx NPs）的合成，用于在FAOR中的高效催化應用。1）令人印象深刻的是，PtPb/Pt@sub-SbOx NPs可以實現顯著的 28.7 mA cm?2 和 7.2 A mgPt -1 的FAOR比活度和質量活度，分別比最先進的商業 Pt/C 高 151 倍和 60 倍。2）此外，X射線光電子能譜和X射線吸收光譜結果共同揭示了表面亞單層SbOx對局域配位環境的優化，以及電子從Pb和Sb到Pt的轉移，驅動了主要的脫氫過程。表面的亞單層SbOx可以有效減弱CO的產生，大大提高PtPb/Pt@sub-SbOx NPs的FAOR性能。該工作通過構建獨特的金屬間化合物核/亞單層殼結構，開發了一類用于DFAFC的高性能Pt基陽極催化劑。
Xinrui Hu, et al, Sub-Monolayer SbOx on PtPb/Pt Nanoplate Boosts Direct Formic Acid Oxidation Catalysis, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04580https://doi.org/10.1021/jacs.3c04580
5. JACS：BaTiO3 納米晶體中的鐵電極化控制光電化學水氧化和光催化析氫
BaTiO3 等鐵電 (FE) 半導體在施加電場后支持殘余極化，從而促進光生電荷載流子的分離。在這里，加州大學戴維斯分校Frank E. Osterloh首次展示了鈦酸鋇納米晶體的有限元增強光催化析氫和光電化學水氧化。1）研究人員通過水熱合成二氧化鈦和氫氧化鋇獲得了鐵電四方結構類型的納米晶體，產率為 63%。2）鉭基板上的 BaTiO3 納米晶體薄膜在紫外光 (60 mW cm?2 ) 照射下在 1.23 V RHE 下表現出 0.141 mA cm?2 的水氧化光電流。垂直于薄膜平面的 52.8 kV cm?1 電極化會使光電流增加 2 倍或減少 3.5 倍，具體取決于場極性。它還將起始電位移動 -0.15 或 +0.09 V，并修改表面光電壓信號。最后，暴露在電場下使 Pt/BaTiO3 的 H2 析出速率提高約 1.5 倍，并且提高了銀在納米晶體 (001) 面上光沉積的選擇性。3）通過將樣品加熱到 BaTiO3 的居里溫度以上，可以消除所有 FE 增強。這些發現可以通過有限元偶極子引起的材料空間電荷層電勢降的變化來解釋。因此，利用鐵電效應增強析氫和水氧化的能力對于開發用于燃料轉換系統的改進太陽能具有潛在意義。
Samutr Assavachin, et al, Ferroelectric Polarization in BaTiO3 Nanocrystals Controls Photoelectrochemical Water Oxidation and Photocatalytic Hydrogen Evolution, J. Am. Chem. Soc, 2023DOI: 10.1021/jacs.3c03762https://doi.org/10.1021/jacs.3c03762
6. EES：用鋯離子交聯水凝膠電解質操縱Zn 002沉積平面朝向無枝晶Zn金屬陽極
水性鋅（Zn）金屬陽極的實際應用受到鋅表面副反應和枝晶形成的嚴重阻礙。在此，東華大學武培怡、焦玉聰設計了一種由高價Zr4+陽離子（SFPAM-Zr）交聯的絲素蛋白基水凝膠電解質，以調節高性能鋅金屬陽極的Zn2+沉積和成核行為。1) 作者證明了Zr4+可以提高水凝膠電解質的機械性能，以實現穩定的電化學界面。此外，Zr4+的強靜電屏蔽作用可以引導Zn2+與Zn 002平面沉積，并與SFPAM協同抵抗水分子進行副反應和枝晶抑制。2) 因此，SFPAM-Zr水凝膠電解質使對稱鋅電池具有穩定的可逆性和57%的高放電深度（DOD）。Zn/活性炭（AC）電容器可以穩定循環40000次，并且容量保持率為99%，Zn/PANI電池可以在不同溫度下進行長期循環。
Yong Cheng, et al. Manipulating Zn 002 deposition plane with zirconium ion crosslinked hydrogel electrolyte toward dendrite free Zn metal anodes. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02114A
7. EES：MOF納米片作為自優化鋅陽極的離子載體
水性可充電金屬電池由于其低成本和安全性，在電網存儲中極具應用前景。然而，由于枝晶形式的無序金屬沉積及其由水引起的腐蝕敏感性，使得較差陽極可逆性阻礙了其實際應用。由于混沌沉積源于水合金屬離子與電場不均勻性的耦合。因此，中國科學院Yang Weishen、Zhu Kaiyue提出了“離子載流子”的概念，以使離子通量與電場解耦。1) 作者采用動態可回收的金屬有機骨架納米片作為Zn2+載體來保持、傳輸和約束Zn2+離子，從而實現穩定、可預測和保形的Zn2+離子沉積。因此，鋅陽極在循環過程中在形態和取向方面經歷自優化過程。Zn的選擇性（002）沉積產生了穩定的（002）結構，以及無副產物的表面。2)在Zn||Zn對稱電池（6900h）和全電池（6000次循環，容量保持率為90%）中，作者都實現了Zn陽極的高循環穩定性。這種“離子載體”概念解決了與鋅陽極相關的關鍵問題，并可擴展到其他可充電金屬陽極。
Hanmiao Yang, et al. MOF Nanosheets as Ion Carriers for Self-Optimized Zinc Anode. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01747H
8. AM：由多功能 Janus 隔膜在 -30 至 60 °C 的寬溫度范圍內增強的高倍率鋰-硒電池
鋰-硒電池的特點是體積容量與鋰硫電池相當，而硒的電導率比硫高約1025倍，有利于高倍率性能。然而，它們也受到多硒化鋰（LPS）和鋰枝晶生長的“穿梭效應”的影響。在此，南京大學胡征教授，Lijun Yang，Qiang Wu設計了一種多功能Janus隔膜，通過在商用聚丙烯（PP）隔膜的兩側涂覆分層氮摻雜碳納米籠（hNCNC）和AlN納米線來克服這些障礙。1）在室溫下，采用Janus隔膜的鋰硒電池表現出前所未有的高倍率性能（25 C下為331 mAh g?1），并在500次循環后在3 C下保持408 mAh g?1的高容量。此外，在-30至60°C的寬溫度范圍內實現了高保留容量，顯示了在極端環境下的潛在應用。2）優異的性能源于正極側hNCNC的化學吸附和電催化抑制LPSes穿梭和負極側導熱AlN網絡抑制鋰枝晶生長的“1+1>2”協同作用，這可以很好地理解通過“桶效應”。因此，這種Janus隔膜提供了開發高性能鋰硫屬元素（Se、S、SeS2）電池的總體策略。
Yue Guo, et al, High-rate lithium-selenium batteries boosted by a multifunctional Janus separator over a wide temperature range of ?30 to 60 °C, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202304551https://doi.org/10.1002/adma.202304551
9. AM：電化學二氧化碳轉化中的先進催化劑設計和反應器配置升級
由可再生能源驅動的電化學二氧化碳還原反應（CO2RR）在減輕和潛在扭轉人為氣候變化和環境退化的破壞性影響方面顯示出巨大的前景。同時合成高能量化學品可以滿足全球能源需求，同時使排放與經濟增長脫鉤。然而，CO2RR技術的發展面臨著催化劑發現和設備優化方面的挑戰，阻礙了其工業化應用。在這篇文章中，華中科技大學夏寶玉教授，Wei Guo，Yuanjie Pang，海南大學Xinlong Tian，西安交通大學丁書江教授，倫敦瑪麗女王大學Di Tommaso Devis全面概述了 CO2RR 研究的現狀，1）作者首先介紹了該技術的背景和動機，然后介紹了基本原理和評估指標。2）然后，作者討論電催化劑的基本設計原理，強調其結構與性能的相關性以及可以提高 CO2RR 選擇性和通量的先進電化學組裝電池。3）最后，作者展望未來，尋找機制發現、材料篩選策略和設備組裝方面的創新機會，以邁向碳中和社會。
Zhitong Wang, et al, Advanced Catalyst Design and Reactor Configuration Upgrade in Electrochemical Carbon Dioxide Conversion, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202303052https://doi.org/10.1002/adma.202303052
10. Angew：B-N/B-O 雜環作為多共振框架中的聚變鎖實現高效穩定的超窄帶發射
將稠合芳烴融合到多共振（MR）框架中一直是調節光電特性的巧妙策略，然而，這總是犧牲小半峰全寬（FWHM）。在此，清華大學段煉，Dongdong Zhang策略性地將B-N/B-O雜環作為聚變鎖嵌入到經典的MR原型中，這可以擴大π延伸并減輕增強平面骨架的空間排斥，從而抑制超窄帶發射的高頻拉伸/剪切振動。1）實驗結果顯示，目標發射器獲得了具有17-18nm極小的FWHM的天藍色發射器，與原型相比減少了(1.4-1.9)倍。受益于其>90%的高光致發光量子產率和>108 s-1的快速輻射衰減率，其中一種發射器在敏化器件中表現出高達31.9%的最大外量子效率，在實際亮度下仍保持25.8%1,000cdm?2，半高寬僅為19nm。2）值得注意的是，同一器件還記錄了1,278小時的長運行半衰期，是基于MR發射器的天藍色器件中壽命最長的器件之一。
Guoyun Meng, et al, B-N/B-O Contained Heterocycles as Fusion Locker in MultiResonance Frameworks towards Highly-efficient and Stable UltraNarrowband Emission, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309923DOI: 10.1002/anie.202309923https://doi.org/10.1002/anie.202309923
11. Angew：基于四苯乙烯的多組分金屬包合物的等網狀制備用于光驅動制氫
多組分金屬絡合物可以集成其不同構建模塊的功能，以實現高級應用的協同效應。在此，西安交通大學Mingming Zhang，Yali Hou，Gang He基于金屬配位驅動的自組裝，報道了一系列等網狀四苯乙烯基金屬絡合物的制備，這些金屬絡合物通過多核NMR、ESI-TOF-MS和單晶X射線衍射技術得到了詳細的表征。1）將光敏四苯乙烯單元作為面和錸催化配合物作為支柱適當集成到單個金屬包中，提供了1707 μmol g-1 h-1的高光催化產氫速率，這是已報道的金屬包中的最高值之一。2）飛秒瞬態吸收和DFT計算表明，金屬籠可以作為兩個構建塊精確有序排列的平臺，從而實現高效和定向的電子轉移，從而實現高效的光催化性能。該研究提供了將多功能配體整合到特定金屬包絡中以提高光催化產氫效率的總體策略，這將指導未來金屬包絡的光催化設計。
Chaoqun Mu, et al, Isoreticular Preparation of Tetraphenylethylene-based Multicomponent Metallacages towards Light-Driven Hydrogen Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311137DOI: 10.1002/anie.202311137https://doi.org/10.1002/anie.202311137
12. AEM：非水可充電電池聚苯胺正極的充分利用和穩定循環
聚苯胺是最著名的導電聚合物，也是一種有前途的可充電電池有機正極材料，但在之前的研究中，它的理論容量（294 mAh g?1）利用率較差，循環穩定性較差。在此，武漢大學Zhiping Song，復旦大學王永剛教授首次研究了其完全還原形式，即無色翠綠亞胺堿(LB)，作為常用翠綠亞胺鹽和堿（ES和EB）的替代品。對于三種不同的形式，仔細確定了精確的結構，并系統地研究了電化學性能。1）在2.0?4.3 V范圍內，LB實現了幾乎完全的容量利用率(92%)，遠遠優于ES和EB。在2.0?4.2 V范圍內，它表現出高可逆容量（277 mAh g?1）和循環穩定性（1000次循環后容量保持率為84%）。2）電化學分析、密度泛函理論計算和異位表征相結合表明，容量利用率與基團的原始比例呈正相關，而容量衰減是由高充電電位下不可逆的電化學去質子化引起的。這項工作將聚苯胺的電化學性能和機理理解提升到一個新的階段，作為一種低成本、高性能、可持續和綠色正極材料在儲能設備中的實際應用。
Zhihua Guo, et al, Toward Full Utilization and Stable Cycling of Polyaniline Cathode for Nonaqueous Rechargeable Batteries, Adv. Energy Mater. 2023, 2301520DOI: 10.1002/aenm.202301520https://doi.org/10.1002/aenm.202301520
