1. Nature Energy：鈣鈦礦太陽能電池中具有高pKa的銨陽離子提高高溫光穩定性
苯甲銨（PEA+）和丁基銨（BA+）被廣泛用于三維（3D）鈣鈦礦中，在膜表面和晶界（GBs）形成二維鈣鈦礦，用于缺陷鈍化和性能增強。鑒于此，來自北卡羅來納大學教堂山分校應用物理科學系的黃勁松等人發現，在高溫光浸泡下，這些陽離子與含三維甲脒（FA+）的鈣鈦礦是不穩定的。1) 該研究發現，PEA+和BA+會去質子化為胺，然后與FA+反應，分別產生（苯乙氨基）甲亞氨基（PEAMA+）和（丁基氨基）甲亞胺（BAMA+），嚴重限制了器件的高溫光穩定性，去除這些陽離子極大地提高了光穩定性，但由于留下未完全鈍化的表面和GBs而損害了器件效率；2) 此外，研究發現，具有高酸離解常數（pKa）的銨陽離子，包括PEAMA+（pKa?=?12.0）和BAMA+（pKa?=?12.0）可以取代PEA+或BA+進行鈍化，并且由于其對進一步去質子化的抗性而與基于FA的鈣鈦礦穩定，含有PEAMA+添加劑的P–i–n結構太陽能電池在90°C光照開路1500?小時后保持了90%的效率。
Wang, M., Shi, Z., Fei, C. et al. Ammonium cations with high pKa in perovskite solar cells for improved high-temperature photostability. Nat Energy (2023).10.1038/s41560-023-01362-0https://doi.org/10.1038/s41560-023-01362-0
2. Nature Energy：鋰金屬陽極上固體-電解質界面電性能的直接原位測量
固體電解質界面（SEI）在很大程度上決定了可充電電池的性能，理想的SEI是電絕緣的以防止電極和電解質之間的持續寄生反應，并且是離子導電的以促進電極的法拉第反應。然而，目前由于缺乏直接的表征方法，SEI的電學性質的真實性質仍不清楚。鑒于此，來自西北太平洋國家實驗室環境分子科學實驗室的Chongmin Wang和Wu Xu，德克薩斯A&M大學Perla B. Balbuena和Jorge M. Seminario等人通過使用原位偏置透射電子顯微鏡深入研究了這一內容。1) 該研究通這一原位表征方法，直接測量了在銅和鋰襯底上形成的SEI的電學性質，成功發現SEI表現出與電壓相關的微分電導；2) 此外，較高的微分電導率誘導具有復雜地形特征的較厚SEI，導致Li||Cu和Li||LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2電池中較差的庫侖效率和循環穩定性，這一工作為SEI的目標設計提供了新的見解，該SEI具有更好的電池性能所需的特性。
Xu, Y., Jia, H., Gao, P. et al. Direct in situ measurements of electrical properties of solid–electrolyte interphase on lithium metal anodes. Nat Energy (2023).10.1038/s41560-023-01361-1https://doi.org/10.1038/s41560-023-01361-1
3. Nature Energy：具有類聚合物粘彈性的無機玻璃電解質
固態電池為電動汽車提供了一種有前景的替代電源。然而，無機電解質的界面機械穩定性不如有機電解質。通常需要高的堆疊壓力（幾到幾百兆帕）來保持與電極的緊密接觸。鑒于此，來自中國科學院物理研究所的胡勇勝和Yaxiang Lu，中國科學院過程所的Junmei Zhao等人開發了一類粘彈性無機玻璃（VIGLAS），通過簡單地用氧代替四氯鋁酸鹽中的氯來用作固體電解質。1) 該研究開發的VIGLAS對于Li+和Na+都具有高離子電導率（~1 mS/cm，30 °C），且具有4.3?V陰極的優異化學機械兼容性，以及實現無壓力鋰基和鈉基固態電池的能力（<0.1?MPa）；2) 此外，研究還發現，低熔融溫度（<160°C）使電解質能夠有效滲透電極材料，類似于液體電池，并且，電解質的可變形性有助于通過軋制工藝生產薄膜來擴大規模的可行性。
Dai, T., Wu, S., Lu, Y. et al. Inorganic glass electrolytes with polymer-like viscoelasticity. Nat Energy (2023).10.1038/s41560-023-01356-yhttps://doi.org/10.1038/s41560-023-01356-y
4. Nature Energy：阻擋法制備環境空氣中的鈣鈦礦太陽能電池
在環境空氣中制造鈣鈦礦太陽能電池可以加速其工業化。然而，濕氣導致鈣鈦礦層的嚴重分解，限制了器件效率。鑒于此，來自華北電力大學新能源學院的Meicheng Li等人發現空位缺陷附近的位置會吸收水分子并引發鈣鈦礦的水合作用，最終導致材料的降解。1) 該研究成功證實，醋酸胍鹽消除了陽離子和陰離子空位，阻斷了鈣鈦礦的水合作用，并使得能夠在環境空氣中結晶出高質量的薄膜，通過使用醋酸胍鹽，該研究在環境空氣中制備了PSCs，其認證效率為25.08%；2) 此外，未封裝的PSCs在環境空氣老化2000小時后和500小時后仍保持約96%的初始效率，封裝的器件在濕熱條件300小時之后保持了85%的初始效率（85?°C和85%的相對濕度）。
Yan, L., Huang, H., Cui, P. et al. Fabrication of perovskite solar cells in ambient air by blocking perovskite hydration with guanabenz acetate salt. Nat Energy (2023).10.1038/s41560-023-01358-whttps://doi.org/10.1038/s41560-023-01358-w
5. Nature Catalysis：解開燃料電池中Fe–N–C降解背后的復雜因果關系
除了初始活性的巨大進步外，Fe–N–C催化劑還面臨著酸性介質中穩定性問題的重大挑戰，必須克服這一問題才能取代燃料電池陰極中的Pt。然而，燃料電池中的復雜現象以及理解Fe–N–C陰極失活機制的困難阻礙了延長穩定性的解決方案。鑒于此，來自浦項科技大學化學系的Chang Hyuck Choi和蒙彼利埃大學的Frédéric Jaouen，韓國高等科學技術學院Hyungjun Kim，韓國科學技術學院Hyung-Suk Oh等人系統研究了在溫度/氣體可控的氣體擴散電極流動池中，Fe–N–C的活性位點密度和轉換頻率的時間分辨變化，以及氧還原反應電流的同時降低。1) 該研究發現，鐵浸出的操作診斷確定了現場密度變化對操作參數的強烈依賴性，并繪制了壽命依賴性穩定性圖，成功揭示了操作過程中主要降解機制的變化；2) 此外，研究還開發了一種以位點分離的Pt離子作為非催化穩定劑的概念驗證策略，在理論計算的支持下，證實了通過減少Fe溶解來增強燃料電池的穩定性，為耐用的Fe–N–C催化劑提供了新的設計原則。
Bae, G., Kim, M.M., Han, M.H. et al. Unravelling the complex causality behind Fe–N–C degradation in fuel cells. Nat Catal (2023).10.1038/s41929-023-01039-7https://doi.org/10.1038/s41929-023-01039-7
6. Nano Lett.：聚合物納米海綿可作為廣譜的活性氧清除劑以治療急性腎損傷
急性腎損傷(AKI)與活性氧(ROS)的過度產生密切相關，若不及時治療會導致多器官功能障礙。然而，目前臨床上只有對AKI的支持性治療方法。有鑒于此，華南理工大學楊顯珠教授、Ming Liang和李冬冬博士開發了富含硫醚和硫酮鍵的超支化聚磷酸酯(PPE)納米材料，即S-PPE NP和TK-PPE NP。1）研究發現，S-PPE NP可通過硫醚氧化為砜或亞砜的過程產生良好的吸收和清除多種類型ROS（包括H2O2，?OH和?O2?等）的性能。此外，S-PPE NP也能有效地清除細胞內的ROS，從而防止細胞損傷。2）實驗結果表明，S-PPE NP能夠在AKI小鼠的損傷腎臟中有效聚集，并通過下調ROS和炎癥相關的信號通路減少細胞凋亡，進而對AKI小鼠表現出較好的治療作用。綜上所述，該研究構建的含硫醚的聚合物是一種極具發展前景的廣譜ROS清除劑，可用于實現有效的AKI治療。
Shan He. et al. A Polymeric Nanosponge as a Broad-Spectrum Reactive Oxygen Species Scavenger for Acute Kidney Injury Treatment. Nano Letters. 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c02531https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c02531
7. AEM：全電池系統高溫循環過程中富鎳層狀材料的容量衰減機理
商用鋰離子電池（LIBs）的性能往往會隨著時間的推移而衰減，這是由于關鍵部件的衰減，包括陰極、陽極和電解質。為了提高性能，深入了解每個元件的實際衰減狀態至關重要。成均館大學Won-Sub Yoon研究了在電動汽車中廣泛使用的富鎳層狀陰極的高溫衰減。1) 作者發現，晶格結構的顯著恢復主要發生在放電區域，而全電池系統內富鎳陰極的衰減主要是由于在石墨陽極處形成固體電解質界面層的Li離子消耗。此外，作者在充電和放電區域中都觀察到了陰極的不可逆衰減。2) 結構分析表明，陰極表面形成NiO巖鹽相和本體中陽離子的無序性增加，導致充電和放電性能的混合衰減。該發現加深了對富鎳陰極在全電池系統中衰減行為的理解，為提高高溫循環性能提供了見解。
Minji Kim, et al. Decoupling the Capacity Fading in Ni-Rich Layered Materials during High-Temperature Cycling in the Full-Cell System. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302209https://doi.org/10.1002/aenm.202302209
8. AEM：原位形成的Na─B─H─F電解質實現穩定的全固態Na電池
氫化物電解質由于其高鈉離子電導率而成為研究的熱點，同時迫切需要解決其電化學穩定性問題，以滿足鈉電池的應用要求。近日，上海科技大學Zheng Shiyou、新加坡國立大學Wang John提出了一種新的通用策略來提高氫化物電解質的電化學穩定性，該策略利用了氫化物與NaHF2之間的原位反應。1) Na2B12H12可以與NaHF2反應形成NaF納米顆粒，該納米顆粒均勻地嵌入Na2B12H11F基質中，其具有優異的電極相容性，并且導電性沒有明顯降低。由此得到的對稱Na電池具有長期循環穩定性，并且準對稱Na3V2（PO4）3電池具有高庫侖效率。2) 此外，Na||Na3V2（PO4）3全固態電池在100次循環后的容量保持率為87.7%，這歸因于富F界面對電解質/電極界面的穩定作用。除了鈉電池，該研究為開發用于其他應用的氫化物電解質提供了新策略。
Yuepeng Pang, et al. Stable All-Solid-State Na Batteries Enabled by In Situ Formed Na─B─H─F Electrolyte. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301637https://doi.org/10.1002/aenm.202301637
9. AEM：電化學能量應用中二維共價有機框架電子態的再分布
探索具有顯著活性的功能材料對于設計高效的電化學能量器件具有重要價值。2D共價有機框架（2D-COF）由于其可調的結構和電子性質、高熱/化學穩定性及其碳基基序，在電化學應用中受到了人們的極大關注。近日，全南大學Uk Sim、Tae-Hoon Kim詳細介紹了電子修飾2D-COF的策略和性質，以及它們在電化學器件中的前景。1) 作者系統概括了各種合成和合成后策略對COF骨架的電子調控方法，并重點闡明了電活性2D-COF作為新興功能材料在電化學能量轉換器件實際應用中的重要性。2) 作者綜述了2D-COF在改善電催化應用方面的有效策略，并提出了未來的研究方向。該綜述將2D-COFs定位為可持續和可靠未來的先進功能材料。
Sebastian Cyril Jesudass, et al. Redistributing the Electronic States of 2D-Covalent Organic Frameworks for Electrochemical Energy Applications. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301918https://doi.org/10.1002/aenm.202301918
10. ACS Nano：分層納米纖維自清潔紡織品，可在嚴酷的冷熱環境中實現高效的個人熱管理
最近，氣候變化導致氣溫越來越嚴峻，導致戶外個人熱管理的需求不斷增長。然而，設計能夠在極熱和極冷環境下實現個人體溫調節而不消耗能源的紡織品仍然是一個巨大的挑戰。在此，東南大學Dongliang Zhao制造了一種具有改進的隔熱和輻射熱管理功能的分層納米纖維（HNF）紡織品，用于在惡劣溫度下進行有效的個人熱管理。1）該紡織品由輻射冷卻層、中間隔熱層和輻射加熱層組成，其中作為中間層的多孔木質纖維素氣凝膠膜（LCAM）具有低導熱系數（0.0366 W·m?1·K?1），確保在寒冷天氣中減少熱量損失，并在炎熱天氣中阻擋外部熱量。2）聚二甲基硅氧烷（PDMS）的引入提高了大氣窗口輻射冷卻層的熱發射率（90.4%），同時也賦予了其完美的自清潔性能。通過在聚丙烯腈中僅添加 0.05 wt% 的碳納米管 (CNT)，輻射加熱層的太陽能吸收率 (80.1%) 得到顯著提高。3）戶外測試表明，HNF紡織品在炎熱環境下比白棉可實現降溫7.2℃，在寒冷環境下比黑棉保暖高達12.2℃。此外，HNF紡織品具有優異的透濕性、透氣性和定向排汗性能，使其在嚴熱和嚴寒環境下的個人熱管理方面具有廣闊的前景。
Bin Gu, et al, A Hierarchically Nanofibrous Self-Cleaning Textile for Efficient Personal Thermal Management in Severe Hot and Cold Environments, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c05460https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05460
11. ACS Nano：缺陷石墨烯限制納米反應器實現高度耐用和高效的海水電解
直接海水電解是一種很有前途的大規模綠色氫氣生產技術，但由于缺乏耐用且高效的析氧反應（OER）電催化劑而受到限制。在此，湖南大學Gonglan Ye，Huilong Fei開發了一種核殼納米反應器作為高性能 OER 催化劑，由通過簡單的微波沖擊策略封裝在有缺陷的石墨烯層內的 NiFe 合金組成(NiFe@DG)。1）該催化劑在堿化海水中僅需要 218 和 276 mV 的過電勢即可分別提供 10 和 100 mA cm?2 的電流密度，并連續運行 2000 小時，活性衰減可忽略不計 (1.0%)，使其成為最好的 OER 之一迄今為止報道的催化劑。2）詳細的實驗和理論分析表明，NiFe@DG的優異耐用性源于缺陷石墨烯涂層在電極/電解質界面處針對氯離子觸發的內置電場的形成，從而保護了核心的活性NiFe合金在惡劣的操作條件下防止溶解和聚集。此外，用NiFe@DG陽極和Pt/C陰極組裝了高度穩定和高效的海水電解槽，證明了催化劑的實用性。
Zhichao Gong, et al, Highly Durable and Efficient Seawater Electrolysis Enabled by Defective GrapheneConfined Nanoreactor, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c05749https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05749
12. ACS Nano：用于雙功能多色發光/儲能紡織品的熒光纖維狀水性鋅離子電池
可穿戴智能紡織品是天然載體，通過多種功能纖維的系統集成，實現對環境條件的難以察覺和高滲透性的傳感和響應。然而，不同功能纖維之間存在的大量界面顯著增加了復雜性并降低了紡織系統的耐磨性。因此，實現一體化多功能纖維對于實現小型化、輕量化、高可靠性的智能紡織品具有重要意義和挑戰性。在此，作為雙功能電解液添加劑，東南大學Chunlei Wang，南洋理工大學Lei Wei，中科院蘇州納米所Qichong Zhang將具有豐富親鋅官能團的熒光碳點引入電解液中，開發熒光纖維狀水性鋅離子電池（FFAZIB）。1）源自鋅陽極的有效枝晶抑制和獨立式普魯士藍陰極的多個活性位點，FFAZIB 實現了高能量密度（0.17 Wh·cm?3 ）和長期循環性能（1500 次循環后容量保持率為 78.9%）。2）更重要的是，一維結構確保了FFAZIB在各個方向上具有相同的亮度，從而實現了電池紡織品中多色顯示的形式。
Fan Liu, et al, Fluorescent Fiber-Shaped Aqueous Zinc-Ion Batteries for Bifunctional Multicolor-Emission/Energy-Storage Textiles, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c06245https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06245
