1. Nature Nanotechnology：鈣鈦礦發(fā)光二極管的光管理
鈣鈦礦發(fā)光二極管（LED）對各種顏色的外量子效率已達(dá)到20%以上，在顯示和照明應(yīng)用方面顯示出巨大的潛力。盡管器件的內(nèi)部量子效率已經(jīng)接近1，但大約80%的內(nèi)部光子被捕獲在器件中，并通過各種有損通道損失能量。因此，提高效率和最大化光子提取的重要策略在于對光的有效管理。近日，浙江大學(xué)狄大衛(wèi)、劍橋大學(xué)Richard H. Friend、浦項科技大學(xué)Abd. Rashid bin Mohd Yusoff對鈣鈦礦發(fā)光二極管的光管理進(jìn)行了綜述研究。1) 作者分析了基于鈣鈦礦材料的內(nèi)在光學(xué)性質(zhì)和與器件結(jié)構(gòu)相關(guān)的外在性質(zhì)的光管理策略。這些方法使鈣鈦礦LED的外部量子效率大大超過傳統(tǒng)平面有機(jī)LED器件的極限。2) 此外，作者通過從有機(jī)LED和鈣鈦礦太陽能電池中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了未來研究超高效率鈣鈦礦LED的可能方向。
Baodan Zhao, et al. Light management for perovskite light-emitting diodes. Nature Nanotechnology 2023DOI: 10.1038/s41565-023-01482-4https://doi.org/10.1038/s41565-023-01482-4
2. Nature Chemistry：有機(jī)半導(dǎo)體摻入鈣鈦礦的厚度控制
摻入二維有機(jī)半導(dǎo)體的鈣鈦礦是一類極具潛力的光電應(yīng)用混合材料，部分原因是其固有的量子阱結(jié)構(gòu)。然而，針對特定性質(zhì)調(diào)整其結(jié)構(gòu)和性能仍極具挑戰(zhàn)性。在有機(jī)半導(dǎo)體摻入鈣鈦礦的合成過程中，普渡大學(xué)Letian Dou、Libai Huang、杜克大學(xué)Volker Blum、中國科學(xué)院化學(xué)研究所Yong Sheng Zhao報道了一種通過選擇溶劑來調(diào)整其厚度的通用方法。1) 作者發(fā)現(xiàn)，該方法可以同時調(diào)控共軛半導(dǎo)電有機(jī)陽離子的長度和無機(jī)層的維度（n值）。因此，其可以精確控制有機(jī)-無機(jī)界面處的能帶偏移和激子動力學(xué)。2) 此外，與傳統(tǒng)的二維鈣鈦礦相比，π-共軛有機(jī)陽離子誘導(dǎo)了更剛性的無機(jī)晶格，進(jìn)而導(dǎo)致了激子-聲子相互作用的抑制和更好的光電性能。最后，作者實(shí)現(xiàn)了具有顯著較低激光閾值的光學(xué)驅(qū)動激光行為。
Jee Yung Park, et al. Thickness control of organic semiconductor-incorporated perovskites. Nature Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41557-023-01311-0https://doi.org/10.1038/s41557-023-01311-0
3. Nature Materials：純六方氮化硼的液相激活量子發(fā)射
被限制在原子尺度下的液體具有獨(dú)特的性質(zhì)，然而只有間接和系綜測量才能在這種極端限制下進(jìn)行，這就需要能夠在分子水平上直接成像的新型光學(xué)方法。在這里，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Aleksandra Radenovic、Nathan Ronceray、曼徹斯特大學(xué)Boya Radha利用源自六方氮化硼表面單光子發(fā)射器的熒光在納米受限液體中進(jìn)行分子成像和傳感。1) 作者發(fā)現(xiàn)，該發(fā)射源于有機(jī)溶劑分子在天然表面缺陷上的化學(xué)吸附，并通過相鄰缺陷的空間激活揭示了界面處的單分子動力學(xué)。發(fā)射光譜進(jìn)一步提供了局部介電性質(zhì)的直接讀數(shù)，從而揭示了在納米尺度限制下介電階數(shù)的增加。2) 液體激活的天然六方氮化硼缺陷彌補(bǔ)了固態(tài)納米光子學(xué)和納米流體學(xué)之間的差距，為納米級傳感和光流體學(xué)開辟了新途徑。
Nathan Ronceray, et al. Liquid-activated quantum emission from pristine hexagonal boron nitride for nanofluidic sensing. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01658-2https://doi.org/10.1038/s41563-023-01658-2
4. Nature Commun.：通過將硫雜[4]芳烴接枝到多氧釩酸鹽上來獲得金屬配體固結(jié)銀納米團(tuán)簇的途徑
金屬配體為操縱金屬納米團(tuán)簇的表面金屬排列提供了一種有效的策略，但它們的合成和隨后安裝到金屬納米團(tuán)簇上仍然是一個重大挑戰(zhàn)。這里，山東大學(xué)孫頔教授報道了兩個原子精確的銀納米團(tuán)簇{Ag14[(TC4A)6(V9O16)](CyS)3}(Ag14)和{Ag43S[(TC4A)2(V4O9)]3(CyS)9(PhCOO)3Cl3(SO4)通過控制反應(yīng)溫度合成4(DMF)3·6DMF}(Ag43)(H4TC4A=對叔丁基硫雜杯[4]芳烴)。1）有趣的是，Ag14中的3D支架狀[(TC4A)6(V9O16)]11金屬配體和Ag43中的1D弓形[(TC4A)2(V4O9)]6-金屬配體表現(xiàn)出雙重作用，即內(nèi)部多氧釩酸鹽作為陰離子模板和表面采用TC4A4-作為鈍化劑。2）此外，Ag14和Ag43之間的熱誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變是基于溫度依賴性組裝過程實(shí)現(xiàn)的。Ag14在固態(tài)下表現(xiàn)出比Ag43更優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，表明其用于遠(yuǎn)程激光點(diǎn)火的潛力。研究人員展示了兩種硫雜[4]芳烴改性的多氧釩酸鹽金屬配體在金屬納米團(tuán)簇組裝中的潛力，并為銀納米團(tuán)簇的遠(yuǎn)程激光點(diǎn)火應(yīng)用提供了基石。
Wang, Z., Zhu, YJ., Han, BL. et al. A route to metalloligands consolidated silver nanoclusters by grafting thiacalix[4]arene onto polyoxovanadates. Nat Commun 14, 5295 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41050-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41050-x
5. Angew：揭示非晶態(tài)多孔聚合物內(nèi)多相有機(jī)金屬催化劑的分子結(jié)構(gòu)和限制環(huán)境
多功能、微孔材料的催化活性與其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的空間排列直接相關(guān)。盡管在這類材料中分離的催化活性金屬絡(luò)合物的設(shè)計和并入方面取得了巨大的成就，但詳細(xì)了解它們的原子級結(jié)構(gòu)和活性物種的局部環(huán)境仍然是一個根本的挑戰(zhàn)，特別是當(dāng)后者被寄主在非晶態(tài)有機(jī)聚合物中時。近日，里昂大學(xué)Anne Lesage，紐倫堡大學(xué)Florian M. Wisser，索邦大學(xué)Caroline Mellot-Draznieks報道了一種結(jié)合了衍射和光譜技術(shù)以及計算化學(xué)的綜合方法來解開嵌入在兩個不同POP中的有機(jī)金屬羅絡(luò)合物的原子級結(jié)構(gòu)和限制。1）研究人員首次提供了包含活性中心的空腔的詳細(xì)和完整的圖片，描繪了催化材料，從金屬的第一配位球(≤3.5 ?)到其第二配位球之外的環(huán)境(≤7 ?)以及納米尺度的孔結(jié)構(gòu)。2）研究人員通過力場模擬得到的結(jié)構(gòu)模型得到了一系列實(shí)驗(yàn)證據(jù)的證實(shí)，包括對分布函數(shù)分析和探測短距離和長距離接近的專用核磁共振(核磁共振)方法。3）研究人員揭示了孔結(jié)構(gòu)以及金屬絡(luò)合物和聚合物壁之間相互作用的微小但顯著的差異，突出了所提出的方法的分析能力。
Ribal Jabbour, et al, Unravelling the Molecular Structure and Confining Environment of an Organometallic Catalyst Heterogenized within Amorphous Porous Polymers, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310878DOI: 10.1002/anie.202310878https://doi.org/10.1002/anie.202310878
6. Angew：通過定制成核生長過程可控一步組裝均勻液晶嵌段共聚物圓柱形膠束及其作為增韌劑的應(yīng)用
由軟材料制備均勻的圓柱形納米物體從基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用的角度都引起了極大的研究興趣，但也給其制備帶來了突出的挑戰(zhàn)。在這里，北京理工大學(xué)Xiaoyu Li，Bixin Jin報道了一種通過原位成核-生長策略從單一液晶嵌段共聚物中一步組裝長度高度可控的柱狀膠束(CMS)的方法。1）通過調(diào)整組裝條件，CMS的長度可以控制在數(shù)百納米到微米之間。為了全面了解這一過程，對幾個影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。特別是，發(fā)現(xiàn)溶劑質(zhì)量決定了成核過程，以分別產(chǎn)生較短和較長的CMS。2）利用這一策略，CMS的長度可以很好地控制在四個數(shù)量級的寬濃度范圍內(nèi)。最后，CMS以適當(dāng)?shù)囊?guī)模生產(chǎn)，并作為添加劑顯著增韌玻璃塑料基質(zhì)，顯示出前所未有的隨長度變化的增韌效果。
Lingjuan Hu, et al, Controllable One-Step Assembly of Uniform Liquid Crystalline Block Copolymer Cylindrical Micelles via Tailored NucleationGrowth Process and Their Applications as Tougheners, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310022DOI: 10.1002/anie.202310022https://doi.org/10.1002/anie.202310022
7. Angew：使用 CO2 作為活性材料和均質(zhì)Ir催化劑的水系氧化還原液流電池
針對二氧化碳作為儲能材料的應(yīng)用，研究人員提出了一種基于二氧化碳與甲酸(或甲酸鹽)相互轉(zhuǎn)化的儲氫系統(tǒng)。然而，將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能(~70%的電效率)和將氫氣轉(zhuǎn)化為電能(~40%的電效率)的過程中，能量損失是不可避免的。近日，為了克服這些巨大的能源損失，日本國家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所Ryoichi Kanega開發(fā)了一種基于二氧化碳和甲酸鹽相互轉(zhuǎn)化的系統(tǒng)，用于直接儲存和發(fā)電。1）研究人員報道了一種水氧化還原液流電池系統(tǒng)，它使用均相的Ir催化劑和二氧化碳-甲酸鹽氧化還原對。2）該材料的最大放電容量為10.5 mAh(1.5 Ah L-1)，容量衰減率為0.2%/次，50次循環(huán)后總循環(huán)次數(shù)為2550次。3）在充放電過程中，基于在線裝置的原位熒光X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜表明，活性物種處于IrIV的高價態(tài)。
Ryoichi Kanega, et al, An Aqueous Redox Flow Battery Using CO2 as an Active Material with a Homogeneous Ir Catalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310976https://doi.org/10.1002/anie.202310976
8. Angew：具有弱相互作用觸發(fā)多重響應(yīng)的亞乙烯基連接共價有機(jī)框架的窄孔工程
亞乙烯基連接的共價有機(jī)骨架（COF）作為一種有前途的晶體材料而出現(xiàn)，但其窄孔工程由于碳-碳雙鍵形成反應(yīng)的可逆性較弱而受到嚴(yán)重阻礙，導(dǎo)致對其超微孔結(jié)構(gòu)和特性研究的探索較少。在此，上海交通大學(xué)Fan Zhang，紹興文理學(xué)院Qifeng Liang開發(fā)了一種基于單芳環(huán)的四位單體四甲基吡嗪，在有機(jī)酸酐存在下，吡啶含氮單體自催化活化后，其四個芳基甲基碳原子與線性芳香二醛單體能夠順利進(jìn)行諾文尼格爾縮合，導(dǎo)致形成兩個亞乙烯基連接的COF。1）兩者均以斜方晶格結(jié)晶，并沿垂直方向以AA堆積方式分層。它們具有高表面積和精心定制的超微孔尺寸高達(dá)0.5nm。每個吡嗪單元的兩對對位通過碳-碳雙鍵的獨(dú)特交聯(lián)模式使其在面內(nèi)主鏈上具有?延伸共軛和顯著的半導(dǎo)體特性。2）所得COF可以很好地分散在水中，形成帶負(fù)電荷的穩(wěn)定亞微米顆粒（zeta電位：?-30 mV），并通過質(zhì)子化/去質(zhì)子化表現(xiàn)出可調(diào)節(jié)的聚集行為。因此，它們對具有不同pKa的各種陰離子表現(xiàn)出高選擇性的孔徑依賴性比色響應(yīng)。
Lin Zhu, et al, Narrow-Pore Engineering of Vinylene-Linked Covalent Organic Frameworks with Weak Interaction-Triggered Multi-Responses, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309125DOI: 10.1002/anie.202309125https://doi.org/10.1002/anie.202309125
9. Angew：多金屬氧酸鹽@碳納米管異質(zhì)結(jié)構(gòu)的雙軸應(yīng)變酞菁促進(jìn)氧還原催化
具有獨(dú)特四氮化亞鐵位置的鐵酞菁(FePc)作為一種很有前途的非貴金屬催化劑，引起了人們越來越多的興趣。然而，平面對稱的結(jié)構(gòu)賦予了FePc對氧還原反應(yīng)(ORR)不利的催化性能。在這里，山西大學(xué)Sheng Zhu，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院Xiao Wang，南方科技大學(xué)Feng Yang報道了一種新型的一維異質(zhì)結(jié)構(gòu)ORR催化劑，通過主客體化學(xué)將FePc偶聯(lián)到多金屬氧酸鹽包裹的碳納米管(FePc-{PW12}@NTs)上。1）多金屬氧酸鹽的包裹可以誘導(dǎo)單壁NTs的局部拉伸應(yīng)變，從而加強(qiáng)與FePc的相互作用。{PW12}@NT支架的應(yīng)變和曲率效應(yīng)都能調(diào)節(jié)FeN4中心的幾何結(jié)構(gòu)和電子局域化，從而提高ORR催化性能。2）如預(yù)期的那樣，這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的FePc{Pw12}@NT電催化劑在堿性介質(zhì)中表現(xiàn)出顯著的耐久性、耐甲醇能力和ORR活性，其半波電位高達(dá)0.90V，塔菲爾斜率低達(dá)30.9 mV dec?1。3）此外，組裝的鋅空氣電池具有280 mW cm?2的超高功率密度、良好的充放電能力和500 h以上的長期穩(wěn)定性，超過了商用的鉑/C+IrO2正極。本研究為新型異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑的設(shè)計提供了新的策略，為調(diào)控分子的電催化性能開辟了新的途徑。
Sheng Zhu, et al, Biaxially-Strained Phthalocyanine at Polyoxometalate@Carbon Nanotube Heterostructure Boosts Oxygen Reduction Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309545DOI: 10.1002/anie.202309545https://doi.org/10.1002/anie.202309545
10. Angew：基于超支化大分子交聯(lián)劑的強(qiáng)韌離子水凝膠：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對性能的影響
水凝膠的應(yīng)用往往受到其固有的力學(xué)性能差的限制。近日，中南民族大學(xué)Daohong Zhang，Yu Jiang合成了一種羧基功能化、端丙烯酰基的超支化聚己內(nèi)酯(PCL)，并將其作為大分子交聯(lián)劑，制備了超強(qiáng)超韌的離子水凝膠。1）超支化PCL的末端丙烯酰基被化學(xué)結(jié)合到網(wǎng)絡(luò)中形成共價交聯(lián)鍵，這有助于形成健壯的網(wǎng)絡(luò)。同時，PCL鏈的自發(fā)聚集以及Fe3+和CoO-基團(tuán)之間的配位鍵形成的疏水結(jié)構(gòu)域作為動態(tài)的非共價交聯(lián)鍵，增強(qiáng)了能量耗散能力。2）特別是研究了PCL的超支化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對水凝膠性能的影響，表現(xiàn)出了比線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更好的增強(qiáng)和增韌效果。此外，超支化的PCL交聯(lián)劑還使離子水凝膠在用作應(yīng)變傳感器時具有比線性水凝膠更高的靈敏度。3）結(jié)果表明，這種精心設(shè)計的離子水凝膠具有高的機(jī)械強(qiáng)度、優(yōu)異的韌性和良好的離子導(dǎo)電性，在柔性應(yīng)變傳感器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。
Yu Jiang, et al, Strong and Ultra-tough Ionic Hydrogel Based on Hyperbranched Macro-cross-linker: Influence of Topological Structure on Properties, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310832DOI: 10.1002/anie.202310832https://doi.org/10.1002/anie.202310832
11. Angew：原位生成鉀改性碳化鎳促進(jìn)二氧化碳加氫生成CH4以外的高級醇
鎳基催化劑在CO2加氫制CH4反應(yīng)中已經(jīng)得到了廣泛的研究，但在鎳基催化劑上CO2加氫合成高級醇(C2+OH)的選擇性和高效性仍然是一個挑戰(zhàn)，因?yàn)镃1中間體的連續(xù)加氫導(dǎo)致了甲烷化。在這里，中科院蘭州化物所Fuwei Li報道了一種史無前例的在K型鎳鋅雙金屬催化劑上由二氧化碳加氫合成C2+OH的反應(yīng)，具有良好的活性和選擇性。1）系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)(包括X射線衍射譜、原位光譜表征)和計算研究表明，含鋅的NiO可原位生成活性K改性的Ni-Zn碳化物(K-Ni3Zn1C0.7)，它可以顯著提高CO2的吸附和烷基中間體的表面覆蓋率，并促進(jìn)C-C偶聯(lián)為C2+OH而不是傳統(tǒng)的CH4。本工作為CO2加氫制C2+OH開辟了一條新的催化劑途徑，也為合理設(shè)計高選擇性、高效率的CO2加氫制多碳產(chǎn)品鎳基催化劑提供了有益的范例。
Jia Wang, et al, In-Situ-Formed Potassium-Modified Nickel-Zinc Carbide Boosts Production of Higher Alcohols beyond CH4 in CO2 Hydrogenation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311335DOI: 10.1002/anie.202311335https://doi.org/10.1002/anie.202311335
12. Angew：用于氫能轉(zhuǎn)換的耐久微相分離多嵌段聚(聯(lián)苯亞烷)陰離子交換膜
陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)和水電解(AEMWE)在氫能轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用潛力。然而，目前還缺乏性能優(yōu)良的可伸縮性陰離子交換膜，這極大地阻礙了該技術(shù)的商業(yè)化。在這里，廈門大學(xué)Qiugen Zhang，韓國科學(xué)技術(shù)研究Young Moo Lee提出了一系列新型的基于無醚的聚(聯(lián)苯基銨-b-聯(lián)苯基)S(PBPA-b-BPP)的多嵌段AEMS，由于其良好的微相分離結(jié)構(gòu)，適合用于高性能的AEMFC和AEMWE系統(tǒng)。1）所開發(fā)的AEMS具有優(yōu)異的OH-導(dǎo)電性(80°C時為162.2 mS cm-1)、低膨脹率、良好的堿性穩(wěn)定性和優(yōu)異的機(jī)械耐久性(在2 M NaOH中80°C處理3750h后，拉伸強(qiáng)度>31 Mpa，斷裂伸長率>147%)。2）基于PBPA-b-bPP的正極電磁電池在70 °C、0.6 A cm-2下的峰值功率密度為2.41 W cm-2，原位壽命為330 h。該器件具有良好的性能(在2 V、80 °C時為6.25 A cm-2)和出色的3250h原位壽命，且電壓衰減率較低(<28 μV h-1)。因此，新開發(fā)的PBPA-b-BPP AEMS在能量轉(zhuǎn)換裝置中具有廣闊的應(yīng)用前景。
Yichang Ma, et al, Durable Multiblock Poly(biphenyl alkylene) Anion Exchange Membranes with Microphase Separation for Hydrogen Energy Conversion, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311509DOI: 10.1002/anie.202311509https://doi.org/10.1002/anie.202311509
