1. Science Advances：生物可降解靜電紡絲超親水納米纖維膜可實現超快油水分離
盡管膜技術在含油廢水處理中引起了相當大的關注，但廢棄膜產生的塑料垃圾對實現環保分離提出了直接挑戰。哈爾濱工業大學邵路、馬軍和程喜全使用靜電紡絲技術設計了由聚乳酸納米纖維和聚環氧乙烷水凝膠組成的按需可生物降解超親水膜，以快速凈化含油污水。1）研究結果表明，聚環氧乙烷水凝膠的參與可使膜表面與水分子之間形成的氫鍵數量增加357.6%。這將疏水膜轉化為超親水膜，從而防止了膜污染并加速了乳液通過膜的滲透。2）新設計的納米纖維膜的水包油乳液滲透率提高了61.9倍（2.1×104升/平方米/小時/巴），分離效率>99.6%，優于最先進的膜。此外，研究還發現氫鍵的形成可以加速聚乳酸向乳酸的生物降解，為廢膜處理提供了一種很有前途的方法。
Xiquan Cheng, et al. Biodegradable electrospinning superhydrophilic nanofiber membranes for ultrafast oil-water separation. Science Advances. 2023DOI：10.1126/sciadv.adh8195https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh8195
2. JACS：具有階梯式 Pt 位點的 Au/Pt 雙金屬納米線可增強 C2+ 醇電氧化反應中的 C?C 裂解
高效的 C?C 鍵斷裂和醇氧化為 CO2 是開發用于可再生能源應用的高效醇燃料電池的關鍵。在這項工作中，布魯克海文國家實驗室Kotaro Sasaki，布朗大學孫守恒教授報道了核/殼Au/Pt納米線（NW）的合成，其中沿著超薄（2.3 nm）階梯狀金納米線沉積了階梯狀鉑簇，作為活性催化劑，可以有效地將醇氧化為CO2。1）催化氧化反應取決于Au/Pt的比例，Au1.0/Pt0.2 NWs具有最大百分比(～75%)的階梯式Au/Pt位點，并且顯示出最高的乙醇電氧化活性，達到前所未有的 196.9 A/mgPt（32.5 A/mgPt+Au）。這種 NW 催化劑在催化其他伯醇（例如甲醇、正丙醇和乙二醇）的氧化方面也具有活性。2）原位X射線吸收光譜和紅外光譜用于表征催化劑結構并識別關鍵反應中間體，提供了具體證據證明低配位Pt位點和階梯狀Au納米線之間的協同作用對于催化醇氧化反應至關重要。3）DFT 計算進一步證明，在欠配位的 Pt?Au 表面上，C-C 鍵斷裂確實得到了增強。該研究提供了重要的證據，表明具有階梯式核/殼位點的核/殼結構對于增強醇的電化學氧化至關重要，并且對于理解電氧化反應以及未來開發用于可再生能源的高效直接醇燃料電池至關重要能源應用。
Kecheng Wei, et al, Au/Pt Bimetallic Nanowires with Stepped Pt Sites for Enhanced C?C Cleavage in C2+ Alcohol Electro-oxidation Reactions, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07027https://doi.org/10.1021/jacs.3c07027
3. EES：寬溫度范圍鈉金屬電池的基本原理、障礙和優化
金屬鈉具有約1166 mA h g?1的高理論比容量和?2.71 V的低氧化還原電位，在鈉金屬電池（SMB）領域具有巨大的應用前景。然而，在極端環境下，特別是在低溫（LT）和高溫（HT）下，對SMB的研究還沒有得到足夠重視，相應的綜述也很少。此外，一些機制問題仍不明確，如成核和沉積行為、枝晶生長、界面化學和不穩定固體電解質界面（SEI）。在這里， 南京大學郭少華對寬溫度范圍鈉金屬電池的基本原理、障礙和優化進行了綜述研究。1) 作者從SMB的操作原理入手，同時指出了SMB在不同環境中面臨的障礙，并提出了各種有針對性的優化策略，包括三維（3D）框架構建、人工SEI設計和液體（固態）電解質/金屬陽極界面的優化。每種策略都從精心選擇的情況開始，然后說明Na+在結構中的成核和沉積行為。2) 最后，作者指出了寬溫度范圍SMB未來實際應用的挑戰、策略和前景。總的來說，這篇綜述將為未來具有高能量密度、長壽命、低成本和高安全性的SMB提供設計指南，并激勵更多的研究人員關注電池在極端環境中的機制。
Sun Yu, et al. Wide-range temperature sodium-metal batteries: From fundamentals, obstacles to optimization. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02082G
4. EES：用于柔性儲能裝置的二維MXenes
隨著可穿戴電子產品的快速發展，能夠為其供電的柔性儲能設備正在迅速發展。在眾多的儲能技術中，柔性電池因其高能量密度和長循環壽命而備受關注。理想的柔性電池需要優異的電化學性能和優異的機械變形性。MXenes，2D過渡金屬碳化物、氮化物和碳氮化物，由于其獨特的性能，包括優異的機械性能、高導電性、豐富的表面化學性質、方便的加工性等，具有巨大的發展潛力。自2021年以來，MXenes在柔性電池中的相關報道急劇增加。然而，對這一主題的系統綜述并不多見。近日，山東大學馮金奎、An Yongling綜述研究了用于柔性儲能裝置的二維MXenes。1) 作者綜述了MXene基材料在柔性儲能器件中的最新進展。首先介紹了柔性MXenes的基本原理，如種類、合成方法、獨特特點等。2) 隨后，作者全面介紹了MXene基材料在柔性金屬電池和金屬離子/氧/硫/硒電池（金屬=Li、Na、K、Zn、Mg、Fe等）中作為電極、基體、集流體、夾層和粘合劑的設計策略和內部機理。在綜述的最后，作者提出了MXene基材料在柔性電池中的發展趨勢、局限性和未來展望。
Yongling An, et al. Two-Dimensional MXenes for Flexible Energy Storage Devices. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01841E
5. AEM: 用于高效可拉伸熱電發電機的具有負泊松比的部分空氣填充的可貼皮變形墊片
可穿戴熱電發電機 (WTEG) 依賴于通常用于熱電腿結構支撐的軟封裝材料。近日，韓國電工技術研究院Seung I. Cha和Hyekyoung Choi通過填料的熱量損失以及由于與皮膚不匹配的接觸而導致的低傳熱導致人體（熱側）和自然環境（冷側）之間的溫度梯度較小。1）部分充氣的可變形墊片不使用軟封裝材料，而是用于腿部支撐，通過防止寄生熱傳遞來實現熱電腿部的熱隔離。包含可變形墊片的 WTEG 的溫度梯度比填充軟材料的傳統封裝結構大 30%。2）此外，可變形墊圈由于其負泊松比而表現出拉脹元結構，可逆地響應環境的變化，適用于類皮膚可拉伸可穿戴設備。具有優化的腿部幾何形狀和填充因子的帶狀 WTEG 顯示出 8 對熱電偶的 2 uW cm?2 功率輸出，這是在室溫（23°C）無風的室內獲得的可拉伸 TEG 中的歷史最高值。這種方法為熱能有效轉換為電能鋪平了道路，并拓寬了自供電可穿戴電子產品的潛在應用。
Hyekyoung Choi, Partially Air-Filled Skin-Attachable Deformable Gasket with Negative Poisson’s Ratio for Highly-Efficient Stretchable Thermoelectric Generators， Adv. Energy Mater. 2023, 2301252DOI: 10.1002/aenm.202301252https://doi.org/10.1002/aenm.202301252
6. AEM：三苯胺（TPA）功能化結構異構聚噻吩作為錫鈣鈦礦太陽能電池的無摻雜空穴傳輸材料
近年來，有機-無機鹵化物鈣鈦礦在光電子領域的發展引起了人們的廣泛研究興趣，因為它們具有寬光譜、合適的帶隙、大的載流子遷移率和長的載流子擴散長度。近日，臺灣中央大學Ming-Chou Chen，陽明交通大學Eric Wei-Guang Diau開發了一系列新的三苯胺（TPA）功能化異構聚噻吩作為用于倒置錫基鈣鈦礦太陽能電池（TPSC）的空穴傳輸材料（HTM）。1）聯噻吩(BT)首先在3和5位用兩個TPA（電子供體；D）功能化，得到兩種結構異構化合物（3BT2D和5BT2D）。然后將官能化的BT2D與3,3'-雙（十四烷基硫基）-2,2'-聯噻吩(SBT-14)/3,3'-雙十四烷基-2,2'-聯噻吩(BT-14)偶聯，生成結構異構聚噻吩(1-4)，與傳統的聚[N,N"-雙(4-丁基苯基)-N,N"-雙(苯基)-聯苯胺]（聚-TPD）作為TPSC的HTM進行比較。2）通過對鈣鈦礦層的能級進行適當調整，TPA功能化聚合物基TPSC表現出增強的操作穩定性和效率。此外，SBT-14中具有分子內S(烷基)???S(硫代)相互作用的長硫代十四烷基鏈限制了分子旋轉，并對器件制造過程中薄膜的分子溶解度和潤濕性產生強烈影響。3）在所有研究的聚合物中，用3-SBT-BT2D聚合物制備的TPSC表現出最高的空穴遷移率和最慢的電荷復合，并實現最高的功率轉換效率8.6%，并且具有良好的長期穩定性，性能保持約90貨架存儲超過4000小時的初始值的%，這是迄今為止報道的非PEDOT:PSSTPSC的最佳效率。
Rajendiran Balasaravanan, et al, Triphenylamine (TPA)-Functionalized Structural Isomeric Polythiophenes as Dopant Free Hole-Transporting Materials for Tin Perovskite Solar Cells, Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302047https://doi.org/10.1002/aenm.202302047
7. Nano Letter：二維氮化硼納米片在準固態聚合物電解質中構建的快速鋰離子傳輸路徑
準固態電解質(QSSE)因其比非水液體電解液安全性能顯著提高和比全固態電解液更好的工藝適應性而廣受歡迎。然而，由于液體分子的存在，QSSE通常具有較低的鋰離子遷移數和較差的熱穩定性。近日，北京航空航天大學宮永吉教授，Peizhe Tang報道了隨著BNNFs的引入，PVCA基電解液表現出優異的綜合性能，包括良好的阻燃性和加工性、寬的電化學穩定窗口(5.4V)、高的tLi+(0.78)和高的離子電導率(1.3 mS cm?1)。1）研究人員對電解液良好的離子遷移性的機理進行了詳細的探討。通過鋰離子與BNNF之間的吸引耦合，在電解液中建立了鋰離子的快速傳輸路徑。2）因此，Li||PVCA-BNNF||Li對稱電池中的鋰電鍍/剝離行為得到了增強，具有超長的壽命(在0.1 mA cm?2時>5600h，在1 mA cm?2時>1000h)。3）PVCA-BNNF QSSE還表現出與商用LFP和高壓NCM811正極的良好兼容性和在全電池中的生存能力，這表明它在未來的實際應用中具有潛力。
Jinghan Zuo, et al, Fast Lithium Ion Transport Pathways Constructed by Two Dimensional Boron Nitride Nanoflakes in Quasi-Solid-State Polymer Electrolyte, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02169https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02169
8. Nano Letter：具有強垂直磁各向異性的柔性 Co/Pt 多層膜增強了應力穩定性
由于磁彈性耦合作用，許多柔性磁性薄膜(如Fe、Co、Ni)的磁性對機械應力非常敏感，從而降低了柔性磁電子器件的性能。近日，中科院寧波材料所Huali Yang，Yali Xie，Run-Wei Li報道了通過交替堆積鈷和鉑形成具有強垂直磁各向異性(PMA)的多層膜，磁滯回值和磁疇測量都表明PMA對外部應力具有很強的抵抗力。1）隨著Co厚度的增加，PMA變弱，磁各向異性容易受到外應力的影響。這些結果是基于微磁模型來理解的，該模型表明磁彈性各向異性相對于初始有效磁各向異性的強度影響薄膜的應力穩定性。2）盡管隨著Co厚度的減小，磁彈性各向異性的應力系數增大，但伴隨而來的初始有效磁各向異性的增加保證了PMA具有較強的抗外應力能力。研究結果為構造具有更高應力穩定性的柔性磁電子器件提供了一條途徑。
Mengchao Li, Enhanced Stress Stability in Flexible Co/Pt Multilayers with Strong Perpendicular Magnetic Anisotropy, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02047https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02047
9. Nano Letter：解鎖快速充電鋰硫電池的液態硫化學
對電化學槽中產生的液態硫的一項研究促進了對Li?S氧化化學調控的進一步研究。近日，香港理工大學Zheng-Long Xu，Shu Ping Lau通過直觀觀察硫磺在石墨烯襯底上的電化學生成來研究硫從液到固的轉化動力學。1）研究人員研究了不同電流密度下多硫化物的充電情況，發現液態硫滴的大小和數密度與外加電流之間存在定量的關系。然而，面積容量表現出較低的敏感性。2）這一觀察結果為設計快速充電的硫陰極提供了有價值的見解。通過在Li?S電池中加入液態硫，即使將倍率從0.1 C提高到3C，容量保持率也能達到～100%，其高硫負載量為4.2 mg cm-2。本研究有助于更好地理解Li?S化學中液態硫和固體硫生長的動力學，并為優化快速充電操作提供了可行的策略。
Fangyi Shi, et al, Unlocking Liquid Sulfur Chemistry for Fast-Charging Lithium?Sulfur Batteries, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01633https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01633
10. Nano Letter：氧橋長程雙位點通過促進 C?C 鍵斷裂促進乙醇電氧化
優化雙位原子間距以實現乙醇的C-?-C鍵斷裂是直接乙醇燃料電池商業化的關鍵。近日，江南大學Yao Wang，清華大學王定勝教授提出了保持長程雙位的概念，以削弱乙醇氧化反應中C-C裂解的反應勢壘。1）所得到的長程Rh?O?Pt雙位電極具有較高的提高采收率的電流密度，達到7.43 mA/cm2，是Pt/C的13.3倍，并且具有很好的穩定性。2）電化學原位傅里葉變換紅外光譜表明，長程Rh-O-Pt雙位可以提高產物的選擇性，抑制CO中間體的生成。3）理論計算進一步揭示了表面定域電子在Rh?O?Pt周圍的重新分布可以促進?OH的直接氧化，加速C?C鍵的斷裂。這項工作為設計氧橋遠程雙位來調節復雜催化反應的活性和選擇性提供了一種很有前途的策略。
Yao Wang, et al, Oxygen-Bridged Long-Range Dual Sites Boost Ethanol Electrooxidation by Facilitating C?C Bond Cleavage, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02319https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02319
11. Nano Letter：鈦氧團簇與Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12釬焊鋰用于高性能全固態鋰電池
石榴石基固體電解質因其高的鋰離子導電性和不可燃性而被認為是固態鋰電池的關鍵候選材料，但與鋰負極的界面接觸不良和鋰樹枝晶的生長限制了其應用。近日，哈工大Guangyu Zhao，張乃慶提出了一種基于銅焊的界面工程工藝，在鋰陽極和LLZTO板材之間原位構建堅固的、厚度可控的非晶界面層，以實現電極/電解液的緊密接觸，并解決鋰固態電池的界面挑戰。1）通過鈦?氧團簇的自組裝，在電解液表面制備了均勻的焊劑覆蓋層。釬焊過程導致了非常緊密的電極/電解液接觸，使界面阻抗降至8.32 Ω cm-2。此外，各向同性的非晶中間層不僅為Li+提供了有效的離子傳輸路徑，而且在界面上引導了均勻的電場，允許均勻的Li沉積/剝離，從而抑制了Li樹枝晶的生長。2）因此，Li|LLZTO-AMCL|Li對稱電池具有高達2.3 mA cm?2的出色CCD。在0.5 mA cm?2下，電池穩定循環4000h以上，過電位僅為50 mV。3）與現有的人工界面制備方法相比，本文提出的基于團簇自組裝的釬焊方法有效地解決了界面接觸問題，抑制了Li枝晶的生長。此外，該方法操作簡單，成本低，易于工業化推廣，是一種實用的鋰陽極與陶瓷電解液?固相連接的方法。
Xiaoming Bai, et al, Titanium?Oxygen Clusters Brazing Li with Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12 for High-Performance All-Solid-State Li Batteries, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c01731https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c01731
12. ACS Nano：釩作為鋰硫電池中 Fe?V 雙原子電催化劑的輔助：“2D 中的 3D”形態誘導劑和配位結構調節劑
不良的穿梭行為、緩慢的液固轉變氧化還原動力學以及Li2S分解的巨大能壘已成為阻礙鋰硫電池實際應用的公認問題。在這里，華東理工大學Yayun Zhang，Jitong Wang，Licheng Ling 受到生物酶中 Fe/V 中心對固氮/硫的驚人催化活性的啟發，設計了一種集成電催化劑，包含分散在巧妙的“N-橋聯 Fe?V 雙原子活性位點 (Fe/V?N7)” 3D in 2D”碳納米片（記為DAC），其中釩誘發層狀結構，同時調節活性中心的配位構型，實現Fe中心3軌道電子的重新分布。1）Fe/V 3d 電子和 S 2p 電子之間的高耦合/結合表現出 DAC-Li2Sn (1 ≤ n ≤ 8) 體系的強親和力和增強的反應性。因此，DAC對多硫化物具有更強的化學吸附能力，并顯著促進雙向硫氧化還原反應動力學，這已在理論和實驗上得到證明。此外，精心設計的DAC“3D in 2D”形態可以實現均勻的硫分布、促進電子轉移和豐富的活性位點暴露。2）因此，組裝的Li?S電池在高硫含量（70 wt%）下表現出出色的循環穩定性（在1 C下1000次循環后為637.3 mAh g?1）和高倍率性能（在4 C下為711 mAh g?1）。
Lubin Yang, et al, Vanadium as Auxiliary for Fe?V Dual-Atom Electrocatalyst in Lithium?Sulfur Batteries:“3D in 2D” Morphology Inducer and Coordination Structure Regulator, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c05483https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05483
