1. Chem. Soc. Rev.：金屬-有機框架和聚合物（包括共價有機框架）之間的共價連接 將金屬-有機框架（MOFs）和聚合物相結合的雜化復合材料已成為一種廣泛應用的通用平臺。MOFs的結晶性、多孔性以及聚合物的柔韌性和可加工性協同集成在MOF-聚合物復合材料中。在兩種不同材料之間形成的共價鍵可作為一種建立強分子連接的手段，以促進“硬”MOF顆粒在“軟”聚合物中的分散。近日，忠北大學Min Kim、首爾大學Jin Yeong Kim對金屬-有機框架和聚合物（包括共價有機框架）之間的共價連接進行了綜述研究。1) 許多有機轉化已被應用于將MOFs與聚合物物種進行后合成連接，從而產生了各種共價連接的MOF-聚合物系統，其具有獨特的性質，這些性質取決于MOFs、聚合物和連接模式的特性。2) 作者全面概述了制備共價連接MOFs和聚合物的發展和策略，包括最近開發的MOF-共價有機框架復合材料。作者綜述和分類了共價鍵、接枝策略、MOFs的類型和聚合物主鏈，以及它們各自的應用。作者還強調了這些知識如何作為制備具有獨特功能的大分子復合材料的基礎。
Jonghyeon Lee, et al. Covalent connections between metal–organic frameworks and polymers including covalent organic frameworks. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D3CS00302G
2. Nature Energy：磷腈衍生物電解質基質使高壓鋰金屬電池能夠在極端工作條件下使用
目前的高能鋰金屬電池由于缺乏合適的電解質溶液而受到安全性和壽命的限制。在這里，巴伊蘭大學Doron Aurbach、悉尼科技大學Guoxiu Wang、清華大學Baohua Li、Dong Zhou、巴斯克研究與技術聯盟Michel Armand報道了氟化共溶劑和丁烯氧基環三磷腈（BCPN）單體凝膠化處理的協同作用，這有助于將醚基電解質溶液用于高能鋰金屬電池。1) 氟化共溶劑和防火聚合物基體消除了火災和電解質泄漏的安全風險。與高能陰極的兼容性是通過Li+溶劑化鞘以及在陰極上形成的表面保護膜來實現的。2) Li|?|LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2電池具有高容量保留率、優異低溫性能、在高壓下具有良好的可循環性和在濫用條件下的可靠穩定性。該電解液設計理念為高能量、耐用和安全的可充電鋰電池提供了新途徑。
Yuefeng Meng, et al. Designing phosphazene-derivative electrolyte matrices to enable high-voltage lithium metal batteries for extreme working conditions. Nature Energy 2023DOI: 10.1038/s41560-023-01339-zhttps://doi.org/10.1038/s41560-023-01339-z
3. Nature Energy：將質子陶瓷電化學電池的工作溫度降低到<450?°C
質子陶瓷電化學電池（PCEC）可用于發電和可持續的氫氣生產。降低PCEC的操作溫度可以促進其規模化和商業化。然而，在低操作溫度下實現高能效和長期耐用性仍極具挑戰性。在這里，堪薩斯州立大學Chuancheng Duan將質子陶瓷電化學電池的工作溫度降低到<450?°C。1) 作者報道了一種簡單且可擴展的方法來制造超薄、化學均勻且穩定的質子傳導電解質，并展示了原位形成的復合正極Ba0.62Sr0.38CoO3-δ–Pr1.44Ba0.11Sr0.45Co1.32Fe0.68O6-δ，它顯著降低了歐姆電阻，正極-電解質接觸電阻和電極極化電阻。2) PCEC在燃料電池模式下具有高功率密度（?450°C時為~0.75?W cm?2?和275°C時為~0.10?W?cm?2?）和蒸汽電解模式下的高電流密度（1.4?V和450?°C時為?1.28?A?cm?2）。在600?°C時，PCEC可實現2?W?cm?2的功率密度。此外，作者還證明了甲烷和氨在<450?°C時可直接用于發電。
Fan Liu, et al. Lowering the operating temperature of protonic ceramic electrochemical cells to <450?°C. Nature Energy 2023DOI: 10.1038/s41560-023-01350-4https://doi.org/10.1038/s41560-023-01350-4
4. Nature Synthesis：用于電化學CO2還原的各向異性多金屬納米表面合金的低溫非平衡合成
多金屬納米顆粒由于其高度可調的性質而作為功能材料備受關注。然而，合成不混溶組分的混合物受到高溫和快速淬火的限制，而其缺乏尺寸和形狀控制。近日，上海大學Luo Wen報道了具有可調尺寸、形狀和成分的納米表面合金（NSAs）的低溫（≤80?°C）非平衡合成。1) 作者通過合成三種組分的體相混溶和不混溶的單分散各向異性銅基NSA來展示該方法的通用性。該合成方法可作為一個篩選平臺，即通過測試四面體、立方體和截頭八面體NSA作為CO2電還原催化劑來研究晶面和元素組成的影響。2) 機器學習的使用使其能夠預測和合成多碳產物選擇性和相穩定的Cu–Ag–Pd成分。這種非平衡合成可以加速結構-性能優化過程的測試-學習-重復循環。
Cedric David Koolen, et al. Low-temperature non-equilibrium synthesis of anisotropic multimetallic nanosurface alloys for electrochemical CO2 reduction. Nature Synthesis 2023DOI: 10.1038/s44160-023-00387-3https://doi.org/10.1038/s44160-023-00387-35. Science Advances：魔角螺旋三層石墨烯 麻省理工學院Trithep Devakul首次發現了魔角螺旋三層石墨烯（HTG），這是一種螺旋結構，在三層連續石墨烯之間擁有相同的旋轉角度，其可作為一種獨特且可通過實驗獲得的材料平臺，用于實現物質的奇異相關拓撲狀態。1）研究表明HTG可局部弛豫到周期性單個莫爾結構的大區域中，實現攜帶非平凡谷Chern數的平坦拓撲帶。2）這些帶具有接近理想的量子幾何結構，并通過非常大的能隙與遠程帶隔離，使HTG成為實驗實現相關拓撲態（如整數和分數量子反常霍爾態）的一個很有前途的平臺。
Trithep Devakul, et al. Magic-angle helical trilayer graphene. Science Advances. 2023DOI：10.1126/sciadv.adi6063https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi6063
6. JACS：可自再生型標簽用于蛋白質的光穩定熒光成像
清華大學儲凌教授開發了一種可自再生型標簽(srTAG)，并將其用于蛋白質熒光成像。1）srTAG能夠利用熒光兩性離子和非熒光螺環形式之間的“on-protein”熒光團平衡和可逆的熒光標記，使得被光漂白后的熒光能夠實現自我恢復。2）與其他常用的自標記標簽相比，這種小型的srTAG具有2 ~ 6倍的成像時間，并且能夠與具有不同光譜特性的熒光團相兼容。綜上所述，該研究能夠為實現對自標記標簽的精細調控提供一種新的有效策略。
Zhichao Du. et al. Self-Renewable Tag for Photostable Fluorescence Imaging of Proteins. Journal of the American Chemical Society. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06102https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06102
7. EES：鋅離子電池鋅嵌入過程中CNT/VOOH的操作化學應變分析
電化學離子插入/提取會引起周期性的體積變化，并導致鋅離子電池的疲勞和容量衰減，但對體積變化缺乏定量理解，這對合理設計高穩定性陰極仍是一個巨大挑戰。近日，哈爾濱工業大學Huang Yan、Li Kaikai、香港科技大學Zhang Tongyi報道了一種基于操作數字圖像相關（DIC）的技術，并將其用于研究CNT/VOOH復合陰極的化學應變，以及與純VOOH進行了比較。1) 結合電化學-機械耦合模型，作者量化了化學應變隨時間（容量）的演變和殘余化學應變隨循環的變化，并估計了兩個陰極中Zn2+的摩爾體積。結果表明，CNTs的引入明顯降低了Zn2+的摩爾體積，在CNT/VOOH復合物中產生的應變比在純VOOH中產生的更小，從而使CNT/VOOH具有長期穩定性。2) 此外，CNT/VOOH復合陰極在20A g-1下具有322 mAh g-1的高比容量，并在10A g-1下具有超長的循環壽命，8500次循環后仍保留206 mAh g-1。
Xiuling Shi, et al. Operando chemical strain analysis of CNT/VOOH during zinc insertion for Zn-ion batteries. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01745A
8. Angew：缺陷工程金屬有機框架可加速結構轉變實現高效的析氧反應
金屬有機框架（MOF）在析氧反應（OER）中的應用越來越廣泛，MOF的表面通常會發生結構轉變，形成金屬羥基氧化物作為催化活性位點。然而，MOF重構過程的可控調控仍然是一個巨大的挑戰。在這里，華南理工大學李映偉教授，Liyu Chen報道了一種缺陷工程策略，以促進 MOF 在 OER 過程中結構轉變為金屬羥基氧化物，并具有增強的活性。1）通過混合 1,1'-二茂鐵二羧酸 (Fc') 和缺陷二茂鐵羧酸 (Fc) 配體構建具有豐富不飽和金屬位點的缺陷 MOF（表示為 NiFc'xFc1?x）。與無缺陷的 MOF (NiFc') 相比，NiFc'xFc1?x 系列更容易轉化為金屬羥基氧化物。此外，由有缺陷的 MOF 生成的金屬羥基氧化物含有更多的氧空位。2）在泡沫鎳上生長的 NiFc'Fc 表現出優異的 OER 催化活性，在 100 mA cm?2 的電流密度下具有 213 mV 的過電勢，優于完好的 NiFc'。3）實驗結果和理論計算表明，衍生的金屬羥基氧化物中豐富的氧空位有利于活性中心上含氧中間體的吸附，從而顯著提高OER活性。
Jieting Ding, et al, Defect Engineered Metal–Organic Framework with Accelerated Structural Transformation for Efficient Oxygen Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311909DOI: 10.1002/anie.202311909https://doi.org/10.1002/anie.202311909
9. Angew：用于調節過一硫酸鹽活化以產生 100% 選擇性單線態氧的共價有機框架的位點工程
單線態氧(1O2)是一種優異的活性氧(ROS)，可用于有機物的選擇性轉化，特別是在高級氧化過程(AOP)中。然而，由于合成單中心型催化劑的巨大困境，AOPs中1O2生成的控制和調節仍然具有挑戰性，并且其基本機制仍然不清楚。在這里，廣東工業大學Bin Han利用共價有機框架（COF）明確且靈活可調的位點，報道了通過COF位點工程精確調節基于過一硫酸鹽（PMS）的AOP中ROS生成的第一個成果。1）值得注意的是，具有聯吡啶單元的COF(BPY-COF)通過100% 1O2的非自由基途徑促進PMS激活，而具有幾乎相同結構的聯苯基COF(BPD-COF)則激活PMS產生自由基（?OH和SO4?-）。2）BPY-COFs/PMS系統提供了選擇性降解水中目標污染物的增強性能，大約是。是BPD-COFs同類產品的9.4倍，超過了大多數報道的基于PMS的AOPs系統。3）機理分析表明，BPY-COFs上的高負電性吡啶-N原子提供了額外的位點來吸附PMS的末端H原子，導致PMS的O和H原子同時吸附在一個吡啶環上，從而有利于其S-O鍵的斷裂產生1O2。
Zonglin Weng, et al, Site Engineering of Covalent Organic Frameworks for Regulating Peroxymonosulfate Activation to Generate Singlet Oxygen with 100% Selectivity, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310934DOI: 10.1002/anie.202310934https://doi.org/10.1002/anie.202310934
10. AM：用于可穿戴自充電生物超級電容器的雙功能 MXene 生物陽極
作為可穿戴電子產品可靠的能源供應平臺，生物超級電容器結合了生物燃料電池和超級電容器的特性，從人類汗液中收集和儲存能量。然而，生物電極中龐大的制備過程和酶活性位點的深度嵌入通常限制了能量收集過程，阻礙了實際供電場景，尤其是在復雜的體內運動過程中。在此，重慶大學Qiang Liao設計了MXene/單壁碳納米管/乳酸氧化酶分級結構作為雙功能生物陽極，它不僅可以為酶適應從汗液中獲取能量提供優越的三維催化微環境，而且還可以提供充足的能量。電容通過雙電層電容器存儲能量。1）可穿戴生物超級電容器由復合生物陽極、活性炭/Pt陰極、聚丙烯酰胺水凝膠基底和液態金屬導體制成“島橋”結構。2）體內測試中，該器件在0.5 mA cm-2下表現出0.48 V的開路電壓和220.9 μW cm-2的高功率密度。在拉伸/彎曲條件下成功保持與皮膚的緊密保形粘附。3）反復拉伸器件后，脈沖輸出沒有明顯的功率衰減。獨特的生物電極結構和有吸引力的能量收集/存儲特性證明了這種生物超級電容器作為可穿戴電子產品的微型自供電平臺的巨大潛力。
Shoujie Guan, et al, Dual Functional MXene-based Bioanode for Wearable Self-Charging Biosupercapacitor, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202305854https://doi.org/10.1002/adma.202305854
11. AM：用于超高效率脈沖激光微推進的 MOF
傳統的推進劑材料，例如聚合物和單一金屬元素，長期以來一直在研究其在脈沖激光微推進（LMP）技術中的潛力。然而，通過這些材料的物理混合實現卓越的 LMP 效率仍然是一個重大挑戰。在這項研究中，武漢大學Gary J. Cheng，普渡大學Haoqing Jiang通過引入多孔結晶聚合物（稱為金屬有機框架（MOF））作為脈沖 LMP 中的新型推進劑，提出了范式轉變。1）MOFs由金屬陽離子和有機配體通過配位形成有序結構，消除了LMP中因物理混合不均勻而產生的局部熱區問題。2）與傳統聚合物和單元素靶材直接比較，MOF 表現出更高的 LMP 效率。通過精確調整 MOF 內的金屬原子分數，脈沖 LMP 實現了 51.15% 的超高效率，超越了文獻中先前報道的類似材料的性能。MOF 的這一開創性應用不僅徹底改變了激光微推進領域，而且為 MOF 在各種能源應用中的利用開辟了新領域。
Senlin Rao, et al, MOFs for Ultrahigh Efficiency Pulsed laser Micropropulsion, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202306228https://doi.org/10.1002/adma.202306228
12. AM: 原纖維內交聯使復合纖維水凝膠的機械性能和結構解耦
細胞外基質（ECM）的纖維網絡具有在細胞力轉導中傳遞關鍵生物功能的機械特性。工程纖維水凝膠在模擬 ECM 結構和功能的關鍵方面顯示出前景，然而，在不改變其結構的情況下改變水凝膠力學仍然是一個挑戰。近日，多倫多大學Eugenia Kumacheva開發了一種復合纖維水凝膠，通過控制原纖維內交聯來改變凝膠硬度而不影響結構。1）該水凝膠由醛改性的纖維素納米晶體和甲基丙烯酰明膠（GelMA）形成，具有原纖維內光交聯的能力。2）通過改變明膠的甲基丙烯酰基官能化程度和/或光照射時間，研究人員將水凝膠的彈性模量改變了一個數量級以上，同時保留了纖維直徑和孔徑。3）研究人員將該水凝膠用于接種原代小鼠肺成纖維細胞，并測試 ECM 硬度對成纖維細胞收縮和激活的作用。通過更強的原纖維內交聯來增加水凝膠硬度，導致成纖維細胞活化增強并增加成纖維細胞收縮力，但收縮速度降低。所開發的方法能夠制造具有解耦結構和機械特性的仿生水凝膠，促進類組織 ECM 力學對組織發育和疾病進展的影響的研究。
Zhengkun Chen, et al, Intrafibrillar Crosslinking Enables Decoupling of Mechanical Properties and Structure of a Composite Fibrous Hydrogel, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202305964https://doi.org/10.1002/adma.202305964
