1. Nature Commun.：通過動態深度學習實現鋰離子電池的真實故障檢測
準確評估鋰離子電池（LiB）安全狀況可以減少意外電池故障，促進電池部署并促進低碳經濟。盡管人工智能最近取得了進展，但由于復雜的故障機制以及缺乏具有大規模數據集的真實測試框架，異常檢測方法并未針對實際電池設置進行定制或驗證。在這里，清華大學歐陽明高院士，北京大學Guannan He開發了一個用于電動汽車 (EV) LiB 異常檢測的現實深度學習框架。它具有專為動態系統量身定制的動態自動編碼器，并根據社會和金融因素進行配置。1）研究人員在已發布的數據集上測試了我們的檢測算法，該數據集包含 347 輛電動汽車的 690,000 多個 LiB 充電片段。2）該模型克服了最先進的故障檢測模型（包括深度學習模型）的局限性。此外，它還減少了預期的電動汽車電池直接故障和檢查成本。研究工作強調了深度學習在提高 LIB 安全性方面的潛力以及社會和金融信息在設計深度學習模型中的重要性。
Zhang, J., Wang, Y., Jiang, B. et al. Realistic fault detection of li-ion battery via dynamical deep learning. Nat Commun 14, 5940 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41226-5
2. Nature Commun.：高熵尖晶石氧化物中混合和應變對析氧反應的協同效應
開發穩定高效的電催化劑對于提高可持續制氫中的析氧反應（OER）速率至關重要。高熵氧化物 (HEO) 由五個或更多金屬陽離子組成，為調整其催化性能以實現高 OER 效率提供了機會。近日，斯坦福大學Xiaolin Zheng，SLAC國家加速器實驗室Michal Bajdich結合了理論和實驗研究來仔細研究尖晶石型 HEO 的 OER 活性和穩定性。1）密度泛函理論證實，隨機混合的金屬位點表現出熱力學穩定性，由于混合引起的活性金屬-氧鍵的赤道應變，中間吸附能表現出更寬的分布。2）采用快速溶膠火焰法合成 HEO，包含 5 個 3d 過渡金屬陽離子，在堿性條件下表現出優異的 OER 活性和耐久性，即使在部分表面氧化的情況下，其性能也優于低熵氧化物。研究強調，HEO 活性的增強主要歸因于多種元素的混合，導致活性位點附近的應變效應以及表面組成和覆蓋。
Baek, J., Hossain, M.D., Mukherjee, P. et al. Synergistic effects of mixing and strain in high entropy spinel oxides for oxygen evolution reaction. Nat Commun 14, 5936 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41359-7
3. Nature Commun.：具有晶體/非晶異質界面和電磁波吸收缺陷的CuCo2S4@膨脹石墨的合成
異質界面和缺陷工程的顯著優勢及其獨特的電磁特性為先進碳基電磁波吸收體的設計注入了無限活力。然而，基于微觀和宏觀的角度而不是半經驗規則來理解界面和偶極子效應，可以方便地設計異質界面和缺陷來調節材料的阻抗匹配和電磁波吸收，而這是目前所缺乏的。在此，昆明理工大學Jinhui Peng，Lei Xu報道了具有多個異質界面和陽離子缺陷的CuCo2S4@膨脹石墨異質結構，并且通過改變金屬離子的濃度來調節組分的形貌、界面和缺陷。1）結果表明，3D花蜂窩形貌、晶晶/非晶異質界面和豐富的陽離子缺陷可以有效調節碳材料的導電和極化損耗，實現碳材料的阻抗匹配平衡，提高電磁波的吸收。2）對于樣品CEG-6，在1.4 mm處實現了Ku波段的有效吸收，RLmin為-72.28 dB，有效吸收帶寬為4.14 GHz，而填料負載量僅為7.0 wt.%。本文報道了碳材料晶-晶/非晶異質界面之間電勢關系的建立、陽離子缺陷以及阻抗匹配。
Tang, Z., Xu, L., Xie, C. et al. Synthesis of CuCo2S4@Expanded Graphite with crystal/amorphous heterointerface and defects for electromagnetic wave absorption. Nat Commun 14, 5951 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41697-6
4. Science Advances：聲控螺旋微型機器人
作為下一代工具包，微型機器人可以改變廣泛的領域，包括微制造、電子、微流體、組織工程和醫學。盡管仍處于起步階段，聲驅動微型機器人正變得越來越有吸引力。然而，人們對聲學與微結構幾何形狀的相互作用知之甚少，其研究對于開發下一代聲動力微型機器人是必要的。近日，蘇黎世聯邦理工學院Daniel Ahmed提出了一種長度為 350 μm、直徑為 100 μm 的聲學驅動螺旋微型機器人，能夠使用鰭狀雙螺旋微結構進行運動。1）該微型機器人對約 12 至 19 kHz 的聲音刺激做出反應，并模仿螺旋體等自然微型游泳者的螺旋運動。2）不對稱雙螺旋與入射聲場相互作用，產生推進扭矩，使微型機器人繞其長軸旋轉。3）此外，該微型機器人具有獨特的功能，只需調整聲波頻率即可切換其方向性。研究人員使用單個聲源在 2D 和 3D 人工脈管系統中演示了這種運動。
Yong Deng, et al, An acoustically controlled helical microrobot, Sci. Adv. 9, eadh5260 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adh5260https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh5260
5. Science Advances：(Mg,Mn,Fe,Co,Ni)O：含有二價 Mn 和 Fe 的巖鹽高熵氧化物
高熵氧化物（HEO）由于其結構形成、相穩定性以及構型無序與物理和化學性質之間的相互作用等基本問題而引起了越來越多的興趣。將 Fe(II) 和 Mn(II) 引入巖鹽 HEO 中被認為具有挑戰性，因為理論分析表明它們在環境條件下在這種結構中不穩定。在這里，奧克蘭大學Peng Cao，橡樹嶺國家實驗室Raphael P. Hermann開發了一種自下而上的方法來合成含錳和含鐵的巖鹽 HEO (FeO-HEO)。1）研究人員對其晶體結構和隨機陽離子位點占據進行了全面研究。2）研究人員展示了這種 Fe3O-HEO 改進的結構魯棒性，并驗證了氧亞晶格作為緩沖層的可行性。成分分析揭示了鐵物質的價態和自旋態。3）研究人員進一步報道了這種 FeO-HEO 在轉變溫度~218 K以下的反鐵磁有序，并預測了含 Mn 和 Fe 的 HEO 的相穩定性條件。研究結果為新興 HEO 類別的設計和屬性定制提供了新的見解。
Yuguang Pu, et al, (Mg,Mn,Fe,Co,Ni)O: A rocksalt high-entropy oxide containing divalent Mn and Fe, Sci. Adv., 9 (38), eadi8809.DOI: 10.1126/sciadv.adi8809https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi8809
6. Science Advances：自主 DNA 分子電機專為導航 DNA 折紙表面而設計可實現快速復雜運動和先進的納米機器人
由 DNA 折紙平臺上設計的 DNA 分子馬達驅動的納米機器人受到了大力追求，但仍然缺乏完全自主和可持續的操作，因為報道的系統依賴于手動操作或自主但燒橋的分子馬達。擴展 DNA 納米機器人需要基于折紙的自主非燒橋電機，但這種先進的人工分子電機很少見，而且它們與 DNA 折紙的集成仍然是一個挑戰。在這里，新加坡國立大學Zhisong Wang報告了一種專為三角形 DNA 折紙基板量身設計的自主非燒橋 DNA 電機。1）這是一種平移雙足分子馬達，但在折紙上的自閉合圓形軌道的直線和彎曲段上表現出有效的易位，包括通過單次手拉手步驟急轉彎~90°。2）該電機具有高度定向性，在迄今為止報道的自主人工分子電機中達到了創紀錄的高速度。3）由此產生的 DNA 電機折紙系統具有復雜的平移旋轉運動和強大的納米機器人能力，有可能提供一個獨立的“種子”納米機器人平臺，以實現許多應用的自動化或規模化。
Winna Siti, et al, Autonomous DNA molecular motor tailor-designed to navigate DNA origami surface for fast complex motion and advanced nanorobotics, Sci. Adv., 9 (38), eadi8444.DOI: 10.1126/sciadv.adi8444https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi8444
7. Chem：用于高效CO2電還原生產乙醇的Cu（I）/Cu（0）界面
銅是一種可以電催化二氧化碳還原以產生碳氫化合物和多碳含氧化合物的高效元素，這使其在解決全球變暖和能源危機方面極具潛力。近日，北京大學Yang Shihe、香港理工大學Huang Bolong利用Cu（OH）F前體，并通過一步脈沖電位轉換構建了由F穩定的Cu（I）殼層和Cu（0）核組成的Cu（Ⅰ）/Cu（0）界面模型（P-Cux/Cu2OF）。1) 作者發現，該界面模型有利于乙醇的形成，并且其C2+產物的FE高達80.2%。調整Cu（I）/Cu（0）比可使乙醇產率比純P-Cu提高18.5倍，相應的電流密度（jethanol）可達128mA/cm2。此外，乙醇產物的選擇性提高了3.6倍（35.4%），活性提高了7.8倍。2) P-Cu和Cu2OF之間的相互作用使界面處Cu位點的d帶中心升高，這對于形成OCCOH*的不對稱C-C耦合至關重要，同時降低了乙醇形成的能壘。另一方面，形成對稱C-C偶聯的乙烯主要發生在遠離Cu（I）/Cu（0）界面的P-Cu上。
Rongming Cai, et al. Engineering Cu(I)/Cu(0) interfaces for efficient ethanol production from CO2 electroreduction. Chem 2023DOI: 10.1016/j.chempr.2023.08.027https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.08.027
8. Matter：封裝：穩定鈣鈦礦太陽能電池的商業化之路
金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）由于其低成本和高效率而備受關注。然而，這些設備穩定性差仍然是其商業化道路上的一個關鍵挑戰。為了克服這一問題，必須開發一種可靠的封裝技術，即通過使用對外部環境具有高阻隔性能的合適材料和結構來保護PSC。近日，佐治亞理工學院Ching-Ping Wong、東莞理工學院Fang Baizeng、南方科技大學王海江院士、蘭州理工大學Cheng Bo討論了鈣鈦礦作為光吸收劑的降解機理，為封裝技術的發展指明了方向。1) 由于金屬鹵化物雜化鈣鈦礦的獨特性質，必須進一步改進商業光伏中使用的現有封裝方法，如硅太陽能電池。因此，在不犧牲器件性能的情況下，作者對當前可用的封裝材料作為紫外線、濕氣、氧氣等的屏障進行了分析。2) 此外，作者全面概述了各種封裝技術和配置，強調了它們的優勢和局限性。最后，作者提出了加快封裝材料和結構開發的建議，以解決穩定性問題并促進PSC的商業化。
Qian-Qian Chu, et al. Encapsulation: The path to commercialization of stable perovskite solar cells. Matter 2023DOI: 10.1016/j.matt.2023.08.016https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.08.016
9. Angew：納米藥物助力的離子交換策略可增強基于姜黃素的類風濕關節炎治療
姜黃素(Cur)具有清除活性氧(ROS)和調節免疫微環境等作用，已在臨床上被用于類風濕關節炎的治療。然而，由于該化合物的水溶性差，且抗氧化活性一般，因此其進一步的應用也受到了很大的阻礙。姜黃素的金屬復合物如鋅-姜黃素(Zn-Cur)具有增強的水溶性，而銅-姜黃素(Cu-Cur)則會表現出比Zn-Cur更高的抗氧化活性，但其溶解度則較低。中國科學院上海硅酸鹽研究所施劍林院士和楊博文博士設計了一種基于納米藥物的離子交換策略，以增強Cur治療類風濕關節炎的療效。1）實驗制備了具有中空介孔結構的硅酸銅納米顆粒，并將其用于負載水溶性Zn-Cur以制備得到復合納米藥物。該納米藥物可在關節炎部位的酸性微環境中被降解，從而釋放Cu2+和ZnCur。研究發現，Cu2+能夠取代Zn-Cur中的Zn2+以形成Cu-Cur，從而產生顯著增強的抗氧化作用，有效清除M1型巨噬細胞中的ROS，促進其向抗炎M2表型轉化。2）此外，該納米載體降解后釋放的硅酸鹽和離子交換反應后釋放的Zn2+也能夠協同促進成骨細胞的生物礦化。綜上所述，該研究能夠為通過離子交換策略增強Cur的抗關節炎作用提供新的途徑。
Jiacai Yang. et al. A Nanomedicine-Enabled Ion-Exchange Strategy for Enhancing Curcumin-Based Rheumatoid Arthritis Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202310061https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310061
10. ACS Nano：三維鋅晶碳納米纖維結構作為高度可逆鋅金屬陽極的輕質且柔性的主體
不均勻的鋅沉積通常會導致不可控制的枝晶生長，從而使含水鋅離子電池的循環穩定性和庫侖效率不令人滿意，限制了它們的實際應用。近日，中科大俞書宏院士，Li-Feng Chen以廉價、環境友好、資源豐富的細菌纖維素(BC)為主體，制備了一種具有均勻Zn種子的輕質、柔性三維碳納米纖維結構(CNF-Zn ),用于高可逆Zn鍍/剝和構建高性能水性ZIBs。1）所制備的具有多孔互連網絡的3D CNF-Zn顯著降低了局部電流密度，并且功能性Zn種子提供了均勻的核以引導均勻的Zn沉積。2）受益于鋅種子和柔性CNF-鋅主體中的3D多孔框架的協同效應，如此構建的ZIBs的電化學性能顯著提高。這種柔性3D CNF-鋅主體在450次循環中提供99.5%的高而穩定的CE，確保在CNF-鋅@鋅//NaV3O8 1.5H2O全電池中出色的倍率性能和超過500次循環的長循環壽命。3）更重要的是，由于3D CNF-Zn主體的柔性，組裝的袋狀電池顯示出突出的機械柔性和優異的能量儲存性能。這種從生物質中生產易于獲得的碳的策略可以用于開發下一代靈活儲能設備的先進功能納米材料。
Jian-Hua Wang, et al, Three-Dimensional Zinc-Seeded Carbon Nanofiber Architectures as Lightweight and Flexible Hosts for a Highly Reversible Zinc Metal Anode, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c04996https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04996
11. ACS Nano：鈉離子電池的電解質鹽：NaPF6 還是 NaClO4？
NaClO4和NaPF6是商業鈉離子電池（SIB）中最普遍采用的電解質鹽，對界面化學具有決定性影響，而界面化學與電化學性能密切相關。微觀界面化學復雜且模糊的內部機制阻礙了就高性能SIB電解質最合適的鈉鹽達成共識。在此，華中科技大學Jiantao Han，Chun Fang揭示了不同鈉鹽陰離子誘導的溶劑化結構決定了Na+去溶劑化動力學和界面膜演化過程。1）具體來說，Na+和PF6-之間的弱相互作用促進了鈉的去溶劑化和儲存動力學。PF6-的溶劑化結構誘導陰離子優先分解，生成薄薄的、富含無機化合物的陰極-電解質界面，確保界面穩定性并抑制溶劑分解，從而保證電極穩定性并促進電荷轉移動力學。2）這項研究提供了明確的證據，表明NaPF6不僅與工業流程更兼容，而且更有利于電池性能。采用NaPF6的商業電解質設計無疑將促進SIB的產業化。
Fangyuan Cheng, et al, Electrolyte Salts for Sodium-Ion Batteries: NaPF6 or NaClO4? ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c07474https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07474
