1. Nature Commun.：金屬有機骨架納米片外延生長成單晶正交陣列
將二維納米片構建成三維規則結構有助于傳質，并充分發揮二維結構單元在催化等應用中的最大潛力。在這里，華東師范大學余承忠教授，Chao Liu，同濟大學Guangfeng Wei，昆士蘭大學Jin Zou報道了具有正交納米片陣列的金屬有機框架的合成。1）該組裝涉及單晶金屬有機框架納米片的外延生長，該納米片具有自然非優選的面暴露作為殼，以立方金屬有機框架為核。2）盡管納米片具有兩種典型的形狀和晶體取向，但也形成單晶正交排列的框架。核殼結構復合金屬有機骨架中納米片的密度和尺寸可以很好地調節。此外，可以獲得具有單一組成和中空正交納米片陣列形態的金屬有機骨架。3）受益于不尋常的面暴露和大孔結構，與傳統納米片相比，設計的結構表現出改進的電催化析氧活性。
Zou, Y., Liu, C., Zhang, C. et al. Epitaxial growth of metal-organic framework nanosheets into single-crystalline orthogonal arrays. Nat Commun 14, 5780 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41517-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41517-x
2. Joule：巨星狀三聚體的獨特組裝使無鹵素溶劑制造、熱穩定和高效的有機太陽能電池成為可能
高效穩定的有機太陽能電池受到越來越多的關注。在此，中國科學院大學Wei Zhixiang報道了一種星形巨三聚體（G-trimer），它通過鄰二甲苯制造有機太陽能電池，該電池具有超過19%的效率、長期穩定性和可放大性，與線性二聚體和聚合物相比，它極具商業應用價值。1) 由于其高分子量和獨特的星形結構，G-Trimer在鄰二甲苯溶劑中表現出溫度依賴性的聚集特性，并且它還可以與PM6在PM6/G-Trimer共混溶液中無序纏結，從而促進活性層中的低能量無序纖維形態。2) 在80°C下連續加熱后，該電池具有高Tg的動力學捕獲形態，從而使器件的T90超過4500小時而沒有進一步衰減。該研究結果為開發高性能光伏材料及其商業化提供了重要指導。
Caixuan Wang, et al. Unique assembly of giant star-shaped trimer enables non-halogen solvent-fabricated, thermal stable, and efficient organic solar cells. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.09.001https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.09.001
3. JACS：具有高親氧性的單原子 Cr?N4 位點與 Pt 原子簇連接用于實用的堿性析氫催化
盡管將Pt原子簇(AC)分散在導電載體上是一種有前途的方法，可最大程度地減少析氫反應(HER)所需的Pt量，但由于其不利的水，PtAC的催化質量活性和耐久性對于堿性HER往往不能令人滿意。分離和穩定它們以防止聚集和分離的挑戰。在此，北京大學郭少軍教授報道了一類具有高親氧性的單原子Cr?N4位點，與介孔碳上的PtAC結合，可在陰離子交換膜水電解槽（AEMWE）中實現高活性和穩定的堿性HER。所制造的催化劑實現了報道中最高的Pt質量活性（比商業Pt/C高37.6倍）和出色的操作穩定性。1）實驗和理論研究表明，Cr?N4位點和PtACs界面上形成獨特的Pt?Cr準共價鍵相互作用，有效抑制Pt原子的遷移和熱振動，從而穩定PtACs，并有助于大大提高催化穩定性。此外，與Pt ACs相鄰的親氧Cr?N4位點具有良好的羥基吸附能力，可促進幾乎無屏障的水解離，從而增強HER活性。2）使用這種催化劑（僅使用50 μgPt cm?2）的AEMWE可以在1.8 V下、500 mA cm?2的工業級電流密度下穩定運行>100小時，且降解率僅為90 μV h?1。
Lingyou Zeng, et al, Single-Atom Cr?N4 Sites with High Oxophilicity Interfaced with Pt Atomic Clusters for Practical Alkaline Hydrogen Evolution Catalysis, J. Am. Chem. Soc, 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06863https://doi.org/10.1021/jacs.3c06863
4. JACS：還原競爭效應衍生的固體電解質界面與均勻分散的無機物實現超高倍率和長壽命鈉金屬電池
構建富含無機物且堅固的固體電解質界面（SEI）是提高鈉金屬電池（SMB）電化學性能的關鍵方法之一。然而，SEI中常見無機物的低電導率和分布會干擾Na+擴散并導致鈉沉積不均勻。近日，鄭州大學Weihua Chen ，北京化工大學Shimou Chen 設計了一種具有分散無機物的精心定制的SEI，旨在提高SMB的超高速率和長壽命。1）電化學測試表明，LiTFSI對于促進Na∥NVP電池在60 C下循環并在10,000次循環后保持89.15%的容量保持率起著至關重要的作用。SMB的電化學結果優于之前報道的性能。2）結合XPS、Raman、CryoTEM和理論計算，研究人員發現Li+和TFSI?可以優先吸附在金屬鈉的IHP層中并優先還原為Li3N，從而證明了活性中心并催化FEC的還原。3）因此，LiTFSI和FEC之間的還原競爭效應有利于形成均勻分散的高導電無機物SEI，為Na+提供快速的Na+傳輸域和高通量成核位點，實現鈉的高速率快速沉積。獨特的SEI膜還可以抑制FEC的分解并減少放氣問題。同時，LiTFSI也有利于形成堅固且致密的CEI薄膜。這種無機物點綴的保護性界面層策略為開發超高倍率和長壽命的中小企業和其他金屬電池開辟了一條新途徑。
Shuang Wan, et al, Reductive Competition Effect-Derived Solid Electrolyte Interphase with Evenly Scattered Inorganics Enabling Ultrahigh Rate and LongLife Span Sodium Metal Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08224https://doi.org/10.1021/jacs.3c08224
5. JACS：析氧反應過程中 Fe 與 NiO 八面體結合的空間和化學分辨可視化
Ni（氫）氧化物的電化學析氧（OER）活性是整個水分解反應的關鍵組成部分，眾所周知，Fe 的加入會大大增強其活性。然而，對反應條件下陽離子鐵物種的作用和催化劑表面性質的完整理解仍不清楚。在這里，弗里茨·哈伯研究所See Wee Chee，Beatriz Roldan Cuenya結合使用電化學電池和傳統的透射電子顯微鏡，展示了最初具有明確表面刻面的 NiO 電催化劑的表面如何在施加電位下重組并形成活性 NiFe 層狀雙（氧）氫氧化物（NiFe-LDH），當電解質中存在 Fe3+ 離子時。然而，在這些條件下持續的 OER 會導致產生額外的 FeOx 聚集體。1）從電化學角度來看，NiFe-LDH 的形成與較低的 OER 起始電位相關，而 FeOx 聚集體的形成則伴隨著 OER 活性的逐漸降低。2）使用 X 射線光電子能譜、原位拉曼光譜和原位 X 射線吸收光譜以及時間分辨感應電催化劑對 Fe 吸收的測量，進一步提取對催化劑近表面組成、結構和化學狀態的補充見解耦合等離子體質譜法。3）研究人員發現靜態條件下的催化失活與原位產生的 NiFe-LDH 的降解有關。因此，這些見解例證了活性態形成的復雜性，并展示了其在不同施加電位下的結構和形態演化如何與催化劑的活化和降解直接相關。
Fengli Yang, et al, Spatially and Chemically Resolved Visualization of Fe Incorporation into NiO Octahedra during the Oxygen Evolution Reaction, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07158https://doi.org/10.1021/jacs.3c07158
6. JACS：層狀氫氧化鈷單納米板上電催化析氧的時空化學分辨成像
為了解決析氧反應（OER）緩慢動力學的關鍵挑戰，過渡金屬層狀氫氧化物已被廣泛研究。然而，催化活性位點是如何進化的以及相應的異質結構-性質關系仍不清楚。在此，南方科技大學Xinyu Zhang，Rui Hao ，Zhiping Zheng使用鈷層狀氫氧化物作為代表性催化劑，報道了一種使用電化學發光（ECL）和簽證吸收顯微鏡相結合的方法，在單一電催化劑水平上對電催化OER過程進行全面的原位研究。1）通過 ECL 成像揭示了單氫氧化鈷納米片的逐步異質電催化響應，并通過可見光吸收成像揭示了相應的價態變化。2）相關的原位和異位多模式分析表明，在氧化過程中，四面體位點上的Co2+陽離子(CoTd2+)在亞穩態CoOOH·xH2O相中的層間水的輔助下轉變為CoTd3+甚至高度不穩定的CoTd4+。至關重要的是，CoTd4+位點主要分布在納米板的內部，并表現出優異的電催化性能。3）用于電催化過程分析的相關單粒子成像方法具有高時空和化學分辨率，能夠產生深入的機理見解，進而有利于性能增強的電催化劑的合理設計。
Xin Zhao, et al, Spatiotemporally and Chemically Resolved Imaging of Electrocatalytic Oxygen Evolution on Single Nanoplates of Cobalt-Layered Hydroxide, J. Am. Chem. Soc, 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06062https://doi.org/10.1021/jacs.3c06062
7. JACS：抗衡離子介導的氫鍵使基于聚苯乙烯磺酸鹽的強聚電解質具有 pH 響應性
由于聚苯乙烯磺酸鹽（PSS）基強聚電解質對pH值不敏感，其在智能材料中的應用受到了嚴重限制。近日，中科大Guangming Liu，安徽師范大學Zan Hua在此證明反離子介導的氫鍵(CMHB)使PSS刷具有pH響應性。1）隨著pH值的降低，PSS刷中結合的水合氫抗衡離子和磺酸鹽(?SO3?)基團之間會形成更多的氫鍵。在微觀尺度上，隨著pH值的降低，形成更多的氫鍵，導致PSS刷中的-SO3-基團結構更加有序，傾斜角更大。2）另一方面，PSS刷的一系列重要的物理化學特性，包括水合作用、硬度、潤濕性和粘附力，都對pH值敏感，這是由CMHB對PSS刷的影響引起的。研究工作揭示了pH響應型PSS刷的清晰結構與性能關系。這項工作不僅為PSS刷的基本性能提供了新的認識，而且極大地擴展了基于PSS的強聚電解質的應用。
Yue Huang, et al, Counterion-Mediated Hydrogen Bonding Making Poly(styrenesulfonate)-Based Strong Polyelectrolytes pH Responsive, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c05456https://doi.org/10.1021/jacs.3c05456
8. EES：玻璃化轉變溫度超過220°C的溶液可加工有機半導體
耐熱（光）電子器件的發展需要能夠形成緊湊和穩定的薄膜半導體材料。然而，實現這一目標對具有優異熱機械性能的可溶液處理有機半導體來說是一個巨大的挑戰。近日，浙江大學Wang Peng、Yuan Yi發現了選擇三苯并三氮雜輝石的螺旋而非平面異構體作為共軛核在設計具有顯著高玻璃化轉變溫度（接近250°C）的溶液可加工有機半導體中的關鍵作用。1) 顯微鏡分析證明，具有非平面螺旋烯核的有機半導體可以在各種襯底上形成形態均勻、完整的薄膜，因為其溶解度顯著提高到200 mg mL?1以上。此外，實驗測量和理論建模表明，由于分子堆積密度的提高，基于螺旋三苯并三氮雜輝石的有機半導體表現出優異的空穴傳導和耐水性。2) 作者通過將這些特性集成到一種材料中，獲得的n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池具有約24%的初始平均功率轉換效率，同時在85°C下表現出優異的操作穩定性和長期熱穩定性。
Lingyi Fang, et al. Solution-processable organic semiconductors with over 220 °C glass transition temperature: manipulating morphology with helical polycyclic heteroaromatic. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02601A
9. Angew：氫鍵有機框架可提升Li-CO2電池的循環穩定性和倍率性能
精心設計的能夠促進Li+和CO2傳輸的多功能電催化劑對于提升Li-CO2電池的循環穩定性和倍率性能至關重要。具有開放通道和易于功能化表面的氫鍵有機框架（HOF）在鋰二氧化碳電池的高效陰極中具有巨大的應用潛力。在此，福建師范大學張章靜教授，陳邦林教授首次引入了一種堅固的HOFs(HOF-FJU-1)作為Li-CO2電池正極材料中的助催化劑。1）HOF-FJU-1的氰基周期性地分布在孔隙中，可以誘導放電產物的均勻沉積，并在循環過程中適應放電產物的體積膨脹。此外，HOF-FJU-1能夠實現Ru0納米顆粒與氰基之間的有效相互作用，從而形成有效且均勻的CRR/CER催化位點。此外，HOF-FJU-1具有規則排列的開放通道，有利于CO2和Li+的傳輸，從而實現CO2的快速氧化還原動力學轉化。2）因此，基于HOF的Li-CO2電池能夠在400 mA g-1下穩定工作1800小時，即使在高達5 A g-1的高電流密度下也能保持1.96 V的低過電位。因此，這項工作為開發多功能HOF催化劑以提高Li-CO2電池的壽命和倍率性能提供了寶貴的指導。
Zhibin Cheng, et al, Hydrogen-Bonded Organic Framework to Upgrade Cycling Stability and Rate Capability of Li-CO2 Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311480DOI: 10.1002/anie.202311480https://doi.org/10.1002/anie.202311480
10. Angew：通過 Sb3+/Yb3+ 合金化對 Cs2NaHoCl6 冰晶石晶體進行多模發光定制和改進，以實現多種光電應用
無鉛鹵化物雙鈣鈦礦由于其卓越的環境友好性、結構可調節性以及自俘獲激子發射而目前受到廣泛關注。然而，多功能光電應用仍然迫切需要具有多模發光和可調諧光譜的穩定高效的雙鈣鈦礦。在此，中國科學院長春應用化學研究所Jun Lin，中國地質大學（武漢）Guogang Li成功合成了具有抗熱猝滅和多模光致發光的鈥基冰晶石材料（Cs2NaHoCl6）。1）通過Sb3+（s-p躍遷）和Yb3+（f-f躍遷）離子的進一步合金化，可以很好地調節其發光性能，這源于定制帶隙結構和富集電子躍遷通道。2）當Sb3+取代Cs2NaHoCl6時，334nm處的額外吸收峰導致光致發光量子產率(PLQY)大幅增加。同時，不僅Ho3+在980nm附近的典型近紅外發射得到增強，而且紅光和近紅外發射表現出多種抗熱猝滅光致發光行為。此外，通過設計Yb3+摻雜，可以通過改變激發激光功率密度（黃到橙）和Yb3+摻雜濃度（紅到綠）來觸發上轉換光致發光。3）通過實驗與理論相結合的方法，揭示了相關的發光機制。總的來說，通過在Cs2NaHoCl6中合金化Sb3+/Yb3+，可以構建豐富的能級梯并衍生出更多的發光模式，在多功能光電應用中展現出巨大的潛力。
Yingsheng Wang, et al, Multimode Luminescence Tailoring and Improvement of Cs2NaHoCl6 Cryolite Crystals via Sb3+/Yb3+ Alloying for Versatile Photoelectric Applications, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311699DOI: 10.1002/anie.202311699https://doi.org/10.1002/anie.202311699
11. AM：力觸發的自毀性水凝膠
自毀性聚合物 (SDP) 被定義為一類智能聚合物，在受到外部觸發（例如化學提示或光激發）時會自動降解。由于 SDP 在降解時會釋放網絡中捕獲的材料，因此它們在藥物輸送和分析傳感方面具有潛在的應用。然而，據我們所知，對外部機械力做出反應的 SDP 尚未見報道，因為一般而言，產生機械敏感性具有根本性的挑戰性，特別是對于低于經典力誘導鍵斷裂所需的力水平。為了應對這一挑戰，埃默里大學Khalid Salaita描述了由摻雜核酸酶的 DNA 交聯水凝膠組成的力觸發 SDP 的開發。1）外部施加的皮牛頓力選擇性地暴露 DNA 交聯內的酶裂解位點，導致聚合物快速自降解。2）研究人員描述了 DNA 交聯水凝膠的合成、化學和機械表征，以及力觸發水解的動力學。作為概念驗證，研究人員還展示了聚合物中力觸發和時間依賴性的流變變化以及封裝的納米顆粒的釋放。3）最后，研究人員證明自毀動力學可以根據核酸酶濃度、孵育時間和 DNA 交聯劑的熱力學穩定性進行調整。
Tharindu Rajasooriya, et al, Force Trigged Self-destructive Hydrogels, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202305544https://doi.org/10.1002/adma.202305544
12. AM：利用仿生機械感受器對具有多種變形屬性的物體變形能力進行自適應感知
在非結構化交互中對物體變形性的感知依賴于動覺和皮膚線索來適應物體的不確定性。然而，現有的觸覺傳感器無法提供足夠的皮膚線索來自適應估計材料的柔軟度，特別是在交互物體偏離彈性半無限體假設的非標準接觸場景中。近日，上海交通大學Zhengchun Peng，深圳大學Ziya Wang提出了一種觸覺傳感器的創新設計，該傳感器在軟介質中集成了兩個慢速適應機械感受器的功能，允許對接觸界面內特定位置的局部壓力和應變進行自解耦傳感。1）通過利用這些局部皮膚信號，傳感器可以準確、自適應地測量物體的材料柔軟度，適應厚度和施加力的變化。2）此外，當與機器人的動覺提示相結合時，傳感器可以通過兩個相關變形屬性（包括材料柔軟度和順應性）的協同作用來增強觸覺表達。3）研究人員證明觸覺信息的仿生融合可以充分理解物體的變形能力，從而促進機器人決策和靈巧操作。
Waner Lin, et al, Self-adaptive perception of object’s deformability with multiple deformation attributes utilizing biomimetic mechanoreceptors, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202305032https://doi.org/10.1002/adma.202305032
