1. Nature Catalysis：硝酸鹽和二氧化碳在混合催化劑上的中繼催化選擇性電化學合成尿素農業所需的氮循環依賴于能源和碳密集型工藝，并且產生了含硝酸鹽的廢水。在這里，多倫多大學Edward H. Sargent院士、西北大學Jennifer B. Dunn通過硝酸鹽和二氧化碳的帶電共電解合成尿素。1) 當將其應用于工業廢水或農業徑流時，該方法可實現低碳強度的尿素生產，同時使廢水脫氮。作者報道了一種使用混合催化劑提高尿素選擇性的策略，即兩類位點通過中繼催化機制獨立穩定尿素形成所需的關鍵中間體*CO2NO2和*COOHNH2。2) 在硝酸鹽濃度為1000?ppm的廢水中，該催化劑的尿素生產速率為16?μmol?h?1?cm?2。此外，作者通過生命周期評估表明，每合成一公斤尿素的溫室氣體排放量為0.28?公斤?。
Yuting Luo, et al. Selective electrochemical synthesis of urea from nitrate and CO2 via relay catalysis on hybrid catalysts. Nature Catalysis 2023DOI: 10.1038/s41929-023-01020-4https://doi.org/10.1038/s41929-023-01020-42. Science Advances：自組裝單層藍色鈣鈦礦LED 藍色鈣鈦礦發光二極管（LED）具有超過10%外部量子效率（EQE）的性能；然而，真正藍色發光的設備——那些符合Rec.2100原色所需發射波長的設備——迄今為止被限制在約6%的EQE內。在真正藍色發光設備中，許多研究發現CsPbBr3膠體納米晶體（c-NC）存在高電荷注入勢壘，這一問題在含有多層納米晶體的薄膜中甚至會進一步加劇。為此，多倫多大學Edward H. Sargent院士、蘇州大學廖良生、北京大學嚴純華院士和孫聆東介紹了一種改進電荷注入的自組裝單層（SAM）活性層。1）在本文中，作者研究了當活性層厚度接近~5nm時單層鈣鈦礦LED中發光不良的原因，發現使用現有的制造技術會導致出現粗糙的鈣鈦礦/空穴傳輸層（HTL）界面：這導致HTL和ETL（電子傳輸層）之間的直接電相互作用。此外，作者還認識到定義明確、有序和緊湊的單層膜可以抑制HTL/ETL相互作用。2）而作者認為使用HTL相容配體能夠改變CsPbBr3-c-NC表面的極性，可將鈣鈦礦自組裝降低到單層極限[即自組裝單層（SAM）]。為此，作者鑒定了一種雙功能封端配體策略。在該策略中，液態、較短、非極性以及HTL相容的C─Si鍵能夠在鈍化量子點表面缺陷的同時在HTL和鈣鈦礦表面之間提供所需的極性差異，從而實現CsPbBr3-c-NC的自組裝，并避免HTL襯底的溶解。通過這種方式，研究最終可形成一個緊湊均勻的單層。3）基于上述SAM的LED在4.0 V下表現出約12%的創紀錄EQE[CIE為（0.132,0.069），亮度為11 cd/m2]，并且相對于之前報道的最佳Rec.2100藍色鈣鈦礦LED，其工作穩定性提高了10倍。
Ya-Kun Wang, et al. Self-assembled monolayer–based blue perovskite LEDs. Science Advances. 2023DOI：10.1126/sciadv.adh2140https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh21403. Angew：微調電解質濃度和金屬有機框架表面以驅動水系鋅離子電池的快速Zn2+脫水鋅電極上的功能性多孔涂層正在成為一種強大的離子篩，可抑制枝晶生長和副反應，從而改善高度可逆的水性鋅離子電池。然而，超快充電速率受到與脫水效率密切相關的大量陽離子傳輸的限制。在這里，華東師范大學Jinrong Yang，Xiao He以沸石咪唑酯框架 ZIF-7 作為概念驗證，借助分子模擬揭示了溶劑化 Zn2+ 離子從電解質中連續脫水穿過 MOF-電解質界面進入通道的整個動態過程。1）中等濃度的 2 M ZnSO4 電解質比其他濃度有利，具有均勻的水介導離子對分布，導致最低的脫水能量，這闡明了許多實驗研究采用的這種濃度背后的分子機制。2）此外，研究人員還發現，用-OH或-NH2等親水基團修飾ZIF-7表面的連接基可以削弱Zn2+離子的溶劑化殼層，從而降低脫水自由能約1 eV，并可以提高MOF的電導率。這些結果揭示了離子傳輸機制，并為通過功能性多孔材料的原子級改性實現高容量長期穩定的鋅陽極鋪平了道路。
Yizhi Jiang, et al, Fine-Tuning Electrolyte Concentration and Metal-Organic Framework Surface toward Actuating Fast Zn2+ Dehydration for Aqueous Zn-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307274DOI: 10.1002/anie.202307274https://doi.org/10.1002/anie.2023072744. Angew：用于自修復親鋅固體電解質界面的雙（草酸）硼酸鋰添加劑用于超高倍率和超穩定鋅陽極人造固體電解質界面（SEI）在鋅陽極穩定中發揮著關鍵作用，但其在高倍率下的長期有效性仍然受到挑戰。在此，為了實現優異的長壽命和高倍率鋅負極，廣東工業大學李成超教授提出了一種精致的電解質添加劑雙（草酸）硼酸鋰（LiBOB），以原位衍生出高Zn2+導電SEI并動態巡查其循環啟動缺陷。1）得益于所構建的實時自動SEI修復機制，鋅陽極可以在50 mA cm-2的超高電流密度下以明顯的可逆性循環超過1800小時，并呈現出高達45 Ah cm-2的創紀錄高累積容量 。2）即使在惡劣條件下（有限的鋅供應（N/P≈3），2500 次循環）進行測試，Zn||MnO2 和 Zn||NaV3O8 全電池也進一步證明了配制電解質的優越性。這項工作為開發快速充電鋅電池以實現電網規模可再生能源存儲帶來了靈感。
Zhaoyu Zhang, et al, Lithium Bis(oxalate)borate Additive for Self-repairing Zincophilic Solid Electrolyte Interphases towards Ultrahigh-rate and Ultrastable Zinc Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311032DOI: 10.1002/anie.202311032https://doi.org/10.1002/anie.2023110325. Angew：基于鹵素鍵合的可編程和自修復液晶彈性體致動器變形聚合物材料在仿生軟機器人領域獲得了廣泛關注。然而，在如何利用形狀變形過程來適應不同的任務和環境，以及設計結合可逆驅動和自我修復能力的系統方面仍然存在挑戰。在這里，坦佩雷大學Arri Priimagi，Hongshuang Guo報道了鹵素鍵合液晶彈性體（LCE），它可以在溫和的熱或光熱刺激下進行任意形狀編程和自修復。1）研究人員將提供鹵素鍵的二碘四氟苯分子作為動態超分子交聯結合到LCE中，并表明這些相對較弱的交聯與其機械編程和自修復有關。2）利用鹵素鍵合的 LCE，我們演示了概念驗證的軟機器人運動，例如以編程速度爬行和滾動。3）研究結果表明，鹵素鍵合是一種有前景但尚未探索的工具，可用于制備智能超分子結構，以開發先進的軟致動器。
Hongshuang Guo, et al, Programmable and Self-Healable Liquid Crystal Elastomer Actuators Based on Halogen Bonding, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309402DOI: 10.1002/anie.202309402https://doi.org/10.1002/anie.2023094026. Angew：超小的空氣穩定三重態-三重態湮滅上轉換納米粒子用于反斯托克斯時間分辨成像在穩態生物顯微成像中，圖像對比度常會受到背景自發熒光的限制。上轉換生物成像技術可以通過將發射壽命和發射波長移出自發熒光窗口來解決這一問題。劍橋大學Rachel C. Evans報道了首個基于三重態-三重態湮滅上轉換(TTA-UC)的壽命顯微成像應用。1）實驗合成了一種基于包裹在有機-無機宿主中的TTA-UC發色團的超小納米粒子(NP)探針。該納米粒子在充氣的水介質中能夠表現出明亮的UC發射(400-500 nm)，具有~1 μs的UC壽命，優異的膠體穩定性和極低的細胞毒性。基于該納米粒子的TTA-UC壽命成像的概念驗證結果表明，其產生的長壽命反斯托克斯發射可以有效地與典型自發熒光進行區分。2）此外，UC壽命的波動也能夠用于描繪局部氧在亞細胞結構中的擴散情況。綜上所述，該研究開發的TTA-UC納米粒子是一種極具發展前景的壽命顯微成像染色劑，可實現良好的成像對比度。
Bolong Zhang. et al. Ultra-Small Air-Stable Triplet-Triplet Annihilation Upconversion Nanoparticles for Anti-Stokes Time-Resolved Imaging. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202308602https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202308602具有塊狀晶界（GBs）的鈣鈦礦多晶膜導致高缺陷密度以及較差的環境穩定性。聚合物添加劑為解決這些問題提供了有效途徑，然而源自非原位聚合的聚合物具有較差的溶解度，并對鈣鈦礦成核產生不利影響。相比之下，原位交聯聚合在鈣鈦礦膜的成核和晶體生長方面具有明顯優勢。近日，中國科學院Song Yanlin對交聯聚合提高鈣鈦礦太陽能電池性能進行了綜述研究。1)作者系統分析了原位聚合和非原位聚合的特點，然后闡述了原位聚合的性能調控和潛在機制，包括結晶調控、缺陷鈍化、離子遷移抑制、柔性增強、自修復能力和穩定性提高。2) 此外，作者概述了鈣鈦礦晶格內原位聚合反應的影響：增強晶格的剛性、柔性、穩定性等。最后，作者還強調了電荷傳輸層（CTL）原位聚合的進展，并展望了原位交聯聚合的挑戰和機遇。
Xing Yin, et al. Cross-Linking Polymerization Boosts the Performance of Perovskite Solar Cells: From Material Design to Performance Regulation. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01546G8. AM：可編程氧合裝置促進氧氣生成和補充，促進傷口愈合氧合不足是傷口愈合延遲的罪魁禍首之一。然而，當前的氧氣療法，例如高壓氧療法和局部氧療法，在提供持續和長期的氧合以逆轉傷口缺氧方面面臨障礙。此外，它們修復傷口損傷的功效受到傷口床中氧氣滲透有限的限制。在此，天津大學Wei Wang提出了一種可編程便攜式氧合裝置（名為GUFOoxydevice）1）GUFO巧妙地集成了（i）可控制氧和單向傳輸系統（COGT-UTS）和（ii）超分子組裝的全氟超支化聚合物/明膠（GUF））水凝膠，其中全氟超支化聚合物（FHBP）充當儲氧器，確保持續便捷的氧氣補充，從而直接調節缺氧傷口微環境。2）GUFO吸氧裝置在糖尿病大鼠和急性豬傷口模型中均實現了加速傷口愈合過程，且沒有任何繼發性組織損傷。本研究表明GUFO吸氧裝置有望成為傷口治療的實際可行候選者。
Jumin Yang, et al, A Programmable Oxygenation Device Facilitates Oxygen Generation and Replenishment to Promote Wound Healing, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202305819https://doi.org/10.1002/adma.202305819氫氣 (H2) 是無污染能源生產的主要可儲存燃料，全球每年使用量超過 9000 萬噸。超過 95% 的氫氣是通過金屬催化蒸汽甲烷重整合成的，每噸氫氣產生 11 噸二氧化碳。使用可再生能源電解水產生的“綠色氫氣”不產生二氧化碳，但成本高出 2-3 倍，目前在經濟上不可行。近日，萊斯大學James M. Tour，Boris I. Yakobson展示了廢塑料的快速閃蒸焦耳加熱 (FJH) 可以在不添加催化劑的情況下進行解構聚烯烴、聚酯和混合廢塑料，從而提供高產率的 H2（將其稱為“閃蒸 H2”） ）以及作為增值副產品的高純度石墨烯。1）根據該 FJH 制氫工藝的石墨烯副產品的銷售情況，即使石墨烯的售價低于美國當前市場成本的 5%（每噸 3,000 美元），該工藝生產的氫氣也具有負生產成本。每噸60,000-100,000美元。2）此外，生命周期評估表明，聚烯烴的 FJH 可產生美國能源部定義的“清潔氫氣”，即每 1 千克氫氣產生 <4 千克二氧化碳。閃光氫氣比綠色氫氣或綠松石色氫氣消耗更少的能量，同時產生的溫室氣體排放量也比灰色、藍色和綠松石色氫氣更少。3）因此，這種無催化劑的閃蒸氫氣路線可以去除混合的廢塑料流，將其升級為石墨烯，同時每公斤輸入塑料產生高達 47 摩爾的氫氣，對于這種清潔的氫氣燃料來源來說，所有這些的總體成本為負。
Kevin M. Wyss, et al, Synthesis of clean hydrogen gas from waste plastic at zero net cost, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202306763https://doi.org/10.1002/adma.20230676310. AM：用于K-O2電池的立方K3-2xBaxSbSe4固體電解質的設計與合成開發鉀離子導電固態電解質（SSE）對于鉀電池的安全實施起著至關重要的作用。在這項工作中，俄亥俄州立大學Yiying Wu報道了一種基于硫族化物的鉀離子SSE，K3SbSe4，它在室溫下采用三角結構。1）單晶結構分析表明，在50°C的低溫下發生了三角相到立方相的轉變，這是同類化合物中最低的，因此很容易獲得立方相。在K3SbSe4中用鋇替代鉀會導致鉀空位的產生、晶格參數的擴展以及從三角相到立方相的轉變。2）因此，K2.2Ba0.4SbSe4在40°C時K3-2xBaxSbSe4的最大電導率達到約0.1mS/cm，比未摻雜的K3SbSe4高兩個數量級以上。這種新型SSE成功應用于室溫下運行的K-O2電池，其中聚合物層壓的K2.2Ba0.4SbSe4顆粒充當氧陰極和鉀金屬陽極之間的隔膜。3）此外，研究人員已證明K2.2Ba0.4SbSe4可以有效保護K金屬陽極免受O2引起的腐蝕。
Jieren Shao, et al, Design and Synthesis of Cubic K3-2xBaxSbSe4 Solid Electrolytes for K-O2 Batteries, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202306809https://doi.org/10.1002/adma.20230680911. AEM綜述：雙原子位點催化劑高效電催化活性部分的研究進展及調控策略雙原子位點催化劑（DAC）已成為電化學能量轉換系統多相催化領域的新前沿。在這篇綜述中，清華大學李亞棟院士充分討論了 DAC 相對于單原子位點催化劑的優越性。1）作者指出了優化 d 帶結構、定制自旋態和調諧電荷轉移等協同效應的起源。幾何和電子結構的優點使得活性部分對吸附的中間體具有多種結合行為，并具有有益的協同效應，以打破比例關系。2）作者總結了通過調節中心原子、調整配位環境和設計金屬-載體相互作用來設計 DAC 活性部分的方法。3）最后，作者概述了高效電催化 DAC 當前的挑戰和未來的研究前景。
Peng Zhu, et al, Advances and Regulation Strategies of the Active Moiety in Dual-Atom Site Catalysts for Efficient Electrocatalysis, Adv. Energy Mater. 2023, 2300884DOI: 10.1002/aenm.202300884https://doi.org/10.1002/aenm.202300884
