1. Nature Energy：阻礙高能量含硅鋰離子電池商業化的問題
硅由于其具有高質量容量，是高能鋰離子電池中石墨陽極的一種有效替代品。然而，其固有的問題一直困擾著硅陽極電池的發展，如循環過程中的嚴重體積膨脹。近日，蔚山國立科學技術研究所Jaephil Cho、慶尚大學Jaekyung Sung綜述研究了阻礙高能量含硅鋰離子電池商業化的問題。1) 盡管科研工作者在解決這些問題方面取得了巨大進展，但在工業上大多數含硅電池（其中Si陽極由Si低氧化物或Si–C復合材料制成）只能使用非常有限的Si。2) 作者回顧了影響含硅電池實際能量密度的重要因素，包括電池操作中的電極膨脹和截止電壓。作者還討論了電池的使用壽命、安全性和成本問題，這些問題對實際的電池設計有很大的影響。此外，作者提出了測試方案來評估新開發硅陽極的實際可行性。
Namhyung Kim, et al. Issues impeding the commercialization of laboratory innovations for energy-dense Si-containing lithium-ion batteries. Nature Energy 2023DOI: 10.1038/s41560-023-01333-5https://doi.org/10.1038/s41560-023-01333-5
2. Nature Chemistry：熱固性聚氨酯泡沫向高性能3D照片打印樹脂的化學循環
聚氨酯熱固性材料在現代生活中不可或缺，但其廣泛使用已成為日益緊迫的環境負擔。目前的回收方法產生性能較差的回收產品，使其無法大規模實施。在這里，浙江大學Xie Tao報道了一種用于熱固性聚氨酯泡沫的高效化學循環策略，該策略產生的產品比原始材料具有更高的經濟價值。1) 從商品泡沫開始，作者發現聚氨酯網絡在溫和的條件下被化學分解成可溶解的混合物。作者證明，通過添加各種網絡重整添加劑，可以配制出具有可調材料機械性能的三維光打印樹脂，該樹脂優于商業高性能樹脂。2) 此外，作者對商品泡沫的直接化學循環更具經濟效益，并且可以輕松實施，該原理可以擴展到其他熱固性材料。
Zenghe Liu, et al. Chemical upcycling of commodity thermoset polyurethane foams towards high-performance 3D photo-printing resins. Nature Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41557-023-01308-9https://doi.org/10.1038/s41557-023-01308-9
3. Nature Chemistry：混合價三維鹵化物鈣鈦礦中Au2+的穩定化
盡管Cu2+普遍存在，但5d軌道的相對論不穩定使Au2+極為罕見，而通常僅通過Au–Au鍵或使用氧化還原配體來穩定。在這里，斯坦福大學Hemamala I. Karunadasa報道了鈣鈦礦Cs4AuIIAuIII2Cl12，這是一種具有單核Au2+位點的固體。1) 作者使用197Au M?ssbauer光譜、電子順磁共振和磁化率進行測量，并分別與Cu2+和Pd2+的順磁和反磁類似物以及密度泛函理論計算進行比較，確定了Au2+氧化態。2) 這種金鈣鈦礦為研究Au2+/3+混合價態的光學和電子輸運以及Au2+離子與簡單配體配位的特性提供了機會。與傳統鈣鈦礦Cs2AuIAuIIICl6相比，Cs4AuIIAuIII2Cl12的電子電導率增加了103倍。
Kurt P. Lindquist, et al. Stabilizing Au2+ in a mixed-valence 3D halide perovskite. Nature Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41557-023-01305-yhttps://doi.org/10.1038/s41557-023-01305-y
4. Nature Catalysis：氨分解過程中反應物誘導的酰亞胺鋰表面動力學
由于氨在可持續氫基經濟中的潛在作用，人們對酰亞胺鋰表面的氨分解進行了深入研究。在這里，通過從頭算分子動力學模擬，意大利理工學院Michele Parrinello表明催化劑的表面結構在暴露于反應物時發生變化，并且動態狀態被激活。1) 作者發現，這種高度波動的狀態導致了催化，而不是一個明確定義的靜態催化中心。在這種活化的環境中，一系列最終導致N2和H2分子釋放的反應成為可能。2) 此外，一旦試劑流被終止，酰亞胺表面就恢復到其原始狀態。作者建議，通過合理設計這種動態界面狀態，可以設計出高效的催化體系。
Manyi Yang, et al. Reactant-induced dynamics of lithium imide surfaces during the ammonia decomposition process. Nature Catalysis 2023DOI: 10.1038/s41929-023-01006-2https://doi.org/10.1038/s41929-023-01006-2
5. Nature Materials：WSe2穩定雙雙層扭曲石墨烯的超導性
確定石墨烯基系統中超導電性的基本成分仍然是二維材料研究中的一個關鍵問題。這一領域與凝聚態物理學中非常規超導研究有關。科研工作者在單層石墨烯的魔角扭曲堆疊中觀察到了超導性，但在雙層石墨烯的扭曲堆疊中沒有觀察到超導性。在這里，不列顛哥倫比亞大學Joshua Folk報道了WSe2穩定雙雙層扭曲石墨烯的超導性。1) 作者在WSe2附近的扭曲雙雙層石墨烯（TDBG）中發現了超導性，并且扭轉角為1.24°和1.37°的樣品分別在價帶和導帶內的柵極調諧相圖中為超導體。2) 超導性出現在范霍夫奇點附近的非極化相，以及具有斷同位旋對稱性的區域附近。該結果顯示了高態密度與超導性之間的相關性，同時揭示了同位旋漲落在配對中的作用。
Ruiheng Su, et al. Superconductivity in twisted double bilayer graphene stabilized by WSe2. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01653-7https://doi.org/10.1038/s41563-023-01653-7
6. Nature Commun.：靶向鐵死亡、二氧化鈰錨定的埃洛石可作為口服藥物遞送系統以治療放射性結腸炎
放射性結腸炎是盆腔放療患者發生腹瀉、便血的主要原因之一。暨南大學劉明賢教授和何蓉蓉教授從鐵死亡的角度探討了放射性結腸炎的發病機制，并開發了一種由埃洛石粘土納米管穩定的口服皮克林乳劑，其能夠可通過抑制鐵死亡來緩解放射性結腸炎。1）原位生長在納米管上的二氧化鈰納米酶可以清除活性氧，而納米管腔內負載的去鐵酮則能夠減輕鐵應激。研究發現，這兩種策略均能有效地抑制腸道微環境中的脂質過氧化，從而緩解鐵死亡。2）粘土納米管不僅能夠作為緩解結腸炎的藥物，也可以通過靜電吸附作用作為靶向炎癥結腸的納米載體，并且其也是一種乳劑的界面穩定劑。實驗結果表明，這種基于鐵死亡的策略能夠在體內外實驗中表現出良好的有效性，綜上所述，該研究能夠為通過合理調節特定的氧化應激以實現放療防護提供一個新的方法。
Yue Feng. et al. A ferroptosis-targeting ceria anchored halloysite as orally drug delivery system for radiation colitis therapy. Nature Communications. 2023https://www.nature.com/articles/s41467-023-40794-w
7. Advanced Science：一種可促進周圍神經再生的仿生自愈導電水凝膠
自修復導電水凝膠的開發在電活性神經組織工程中至關重要。諸如聚吡咯（PPy）的典型導電材料通常用于制造人工神經導管。此外，組織工程領域已經朝著使用透明質酸（HA）水凝膠等產品的方向發展。盡管HA修飾的PPy膜被制備用于各種生物應用，但細胞-基質相互作用機制仍知之甚少；此外，還沒有關于HA修飾的PPy注射自修復水凝膠用于外周神經修復的報道。南通大學袁卉華、Yumin Yang和Biyun Li利用HA、胱胺（Cys）和吡咯-1-丙酸（Py-COOH）構建了一種具有可注射性、生物降解性、生物相容性和神經再生能力的自修復導電水凝膠（HASPy）。1）水凝膠直接靶向白細胞介素17受體A（IL-17RA），并主要通過激活白細胞介因子17（IL-17）信號通路來促進與雪旺細胞髓鞘形成相關的基因和蛋白質的表達。2）將水凝膠直接注射到大鼠坐骨神經擠壓損傷部位，以研究其體內神經再生能力，并發現其可促進功能恢復和髓鞘再生。3）這項研究有助于理解細胞-基質相互作用的機制，并為HASPy水凝膠作為神經再生高級支架的潛在用途提供新的見解。
Hongyun Xuan, et al. A Bioinspired Self-Healing Conductive Hydrogel Promoting Peripheral Nerve Regeneration. Advanced Science. 2023DOI：10.1002/advs.202302519https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202302519
8. AEM：用于微型電池的 3D 納米復合薄膜正極與平面薄膜相比具有增強的高倍率電化學性能
高能量和高功率密度可充電微型電池是為下一代柔性電子產品、物聯網和醫療技術設備供電的必需品。理論上，如果使用具有增強的叉指組件接口區域和縮短的離子擴散路徑長度的3D架構，將會顯著提高微電池的容量、電流和功率密度。如果所使用的材料具有高結晶質量并且優先定向以實現快速鋰嵌入，則可以獲得進一步的收益。在這項工作中，劍橋大學Adam J. Lovett開發了一種外延薄膜陰極，該陰極由嵌入電子導電 SrRuO3 (SRO) 支撐基質中的 LiMn2O4 (LMO) 納米柱組成。1）首次對這種 3D 垂直排列納米復合材料 (VAN) 進行了電化學研究，該復合材料顯示出清晰的陰極氧化還原特征，并證明了在高倍率條件下具有顯著的容量保持能力。2）電化學性能取決于納米柱的形貌，即晶體取向、納米柱尺寸和電極/電解質界面表面積。這項工作為實現 3D 架構微電池提供了一條途徑，該電池在高倍率條件下具有高容量保留能力，從而實現快速充電功能。
Adam J. Lovett, et al, 3D Nanocomposite Thin Film Cathodes for Micro-Batteries with Enhanced High-Rate Electrochemical Performance over Planar Films, Adv. Energy Mater. 2023, 2302053DOI: 10.1002/aenm.202302053https://doi.org/10.1002/aenm.202302053
9. AEM：用于結構電池增材制造的高負載電極絲
3D 打印創造幾何復雜結構的獨特能力為生產 3D 電極提供了一條有前途的途徑，旨在提高有限空間內的功率和能量密度，而這通過傳統的漿料鑄造方法很難實現。然而，盡管多年來取得了進步，但 3D 打印電池在機械魯棒性方面仍面臨局限性，無法承受循環過程中顯著的體積變化，并且由于缺乏足夠的電極原料開發或后處理處理，電化學性能受到限制。在此，特拉華大學Kun Kelvin Fu開發了一種含有約 65 wt.% 填料的高負載電極絲，能夠制造具有改進的電化學性能和優異的機械性能的結構電極。1）通過結合 3D 打印和后處理技術，制造出具有高面負載密度的叉指結構，從而制造出面容量在 ≈0.92 mA cm?2 時面容量增強為 ≈12.28 mAh cm?2 的全電池。2）此外，經過碳化工藝處理的結構電池，通過碳化過程中產生的碳涂層一體化，表現出顯著的抗壓性能（模量為18.5 MPa，強度為1.09 MPa）。總體而言，研究結果證明了 3D 打印電池在實際應用中的巨大潛力，同時展示了 3D 打印技術提供的可擴展性和設計靈活性。
Soyeon Park, et al, High-Loaded Electrode Filaments for Additive Manufacturing of Structural Batteries, Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301704https://doi.org/10.1002/aenm.202301704
10. AEM：SrRuO3 中缺陷誘導 d 軌道單電子的堿性析氫反應競爭吸附機制
在堿性析氫反應（HER）中，水的解離能壘以及OH在催化劑上的易吸附性是限制催化活性的關鍵因素。近日，南京理工大學Yongsheng Fu，Junwu Zhu提出了一種在堿性HER背景下由dz2電子驅動的新型競爭吸附機制。1）Co摻雜SrRuO3(V-SRCO)中高濃度的氧空位導致電子填充在Ru 4dz2軌道中。2）在堿性條件下，V-SRCO表現出僅為57.8 mV的低過電勢，塔菲爾斜率為35 mV dec?1。此外，它表現出持續60小時的高活性。3）V-SRCO的高HER活性可歸因于dz2軌道中單個電子的存在，這降低了水解離的能壘。更重要的是，dz2軌道中的活性電子可以注入OH的反鍵軌道，為催化劑上的OH吸附創造不利的環境。
Shencheng Pan, et al, Competitive Adsorption Mechanism of Defect-Induced d-Orbital Single Electrons in SrRuO3 for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction, Adv. Energy Mater. 2023, 2301779DOI: 10.1002/aenm.202301779https://doi.org/10.1002/aenm.202301779
11. AEM：高性能水性鋅離子電池中鋅粉陽極的設計
鋅粉是極具潛力的水性鋅離子電池鋅金屬陽極材料。然而，在傳統的聚合物粘合劑復合鋅粉陽極中，離子/電子轉移和體積效應的限制導致電接觸失效，從而降低了其電化學性能。近日，廣東工業大學李成超、杜文城提出了一種基于低聚物膠合策略的高性能鋅粉復合陽極。1) 得益于粘彈性特性，軟固體鋅粉復合（ss-ZnP）陽極顯著增強了電荷轉移，減輕了體積效應，并使界面電場均勻化，從而實現了快速的電鍍/剝離動力學和無枝晶沉積形態。2) 此外，NH4V4O10‖ss ZnP全電池在0.1A g?1時具有更高的容量（510 mAh g?1），而在1A g?1時為300 mAh g–1。該電池在1A g?1時具有長達500次循環的運行壽命，這優于傳統的聚合物粘合劑復合鋅粉陽極和其他流變鋅粉基陽極。
Chuheng Cao, et al. Designing Soft Solid-like Viscoelastic Zinc Powder Anode toward High-Performance Aqueous Zinc-Ion Batteries. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301835https://doi.org/10.1002/aenm.202301835
12. AEM：用于可持續和可擴展發電的氧化還原介導的鐵空氣燃料電池
鐵空氣電池（IAB）由于其高能量密度、低成本和環境友好性而受到廣泛關注。然而，傳統的IAB受到電極鈍化、低往返能量效率和寄生析氫等問題的限制。新加坡國立大學Wang Qing介紹了一種氧化還原介導的鐵-空氣燃料電池（RM-IAFC）來克服這些限制。1) RM-IAFC分別在陽極電解液槽中和陰極電解液槽中使用一對氧化還原介質，并通過鐵氧化和氧還原反應過程將能量從電極中釋放出來。2) 這種裝置將儲能和發電解耦，并且能夠快速添加燃料，以及具有操作靈活性和可擴展性，進而消除了對昂貴催化劑的需求。憑借這些顯著優勢，RM-IAFC為可持續和可擴展的發電應用鋪平了道路。
Mengqi Gao, et al. A Redox-Mediated Iron-Air Fuel Cell for Sustainable and Scalable Power Generation. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301868https://doi.org/10.1002/aenm.202301868
