1. Nature Materials：Ni和Co在富鋰NMC正極陰離子氧化還原活性中的去耦作用
作為基準正極材料的Li[LixNiyMnzCo1?x?y?z]O2（富鋰NMC）由于其陰離子氧化還原化學產生的高容量而受到極大關注。盡管它們的陰離子氧化還原機制已經得到了大量研究，但陽離子氧化還原過程的作用仍不明確，從而阻礙了性能的進一步提高。在這里，法蘭西公學院Jean-Marie Tarascon通過對兩種典型化合物Li1.2Ni0.2Mn0.6O2和Li1.2Co0.4Mn0.4O2的綜合研究，解耦了富鋰NMC中鎳和鈷的影響。1) 作者發現，在陽離子氧化還原過程中產生的Ni3+/4+和Co4+都是通過配體到金屬的電荷轉移過程來觸發氧氧化還原的中間物種。然而，在介導配體到金屬電荷轉移的動力學方面，鈷比鎳更具優勢，因為它有利于更多的過渡金屬遷移。2)因此，導致更少的陽離子氧化還原和更多的O2釋放，以及更差的循環性能和電壓衰減。該工作強調了富鋰NMC的成分優化途徑，即從使用鈷轉向使用鎳，從而為高容量陰極設計提供重要指導。
Biao Li, et al. Decoupling the roles of Ni and Co in anionic redox activity of Li-rich NMC cathodes. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01679-xhttps://doi.org/10.1038/s41563-023-01679-x
2. Nature Nanotechnology：由無鈷LiNiO2正極實現的高能全固態鋰電池具有穩定的內外結構
全固態鋰電池（ASSLB）開發中的一個關鍵挑戰是在不影響性能的情況下降低制造成本。在這里，巴伊蘭大學Malachi Noked、Doron Aurbach、馬克斯·普朗克固體化學物理研究所Zhiwei Hu報道了一種基于高能無鈷LiNiO2正極的硫化物ASSLB，該陰極具有穩定的內外結構。1) 該正極是通過高壓O2合成和隨后的原子層沉積LixAlyZnzOδ保護層實現的，該保護層包括LixAlyGnzOδ表面涂層區域和Al和Zn近表面摻雜區域。該界面增強了正極的結構穩定性和界面動力學，因為它減輕了正極/固體電解質界面處的接觸損失和連續副反應。2) 因此，該ASSLB具有高面積容量（4.65?mAh?cm?2），高比正極容量（203?mAh?g?1）、優異循環穩定性（200次循環后容量保持率為92%）和良好倍率性能（在2C時為93?mAh?g?1）。
Longlong Wang, et al. High-energy all-solid-state lithium batteries enabled by Co-free LiNiO2 cathodes with robust outside-in structures. Nature Nanotechnology 2023DOI: 10.1038/s41565-023-01519-8https://doi.org/10.1038/s41565-023-01519-8
3. Nature Energy：原位形成部分無序相的富錳正極材料
鋰離子正極中不可逆的過渡金屬遷移和相變通常會引發電壓滯后、動力學降低和容量退化。在這里，加州大學Gerbrand Ceder、Zhengyan Lun報道了原位形成部分無序相的富錳正極材料。1) 作者通過從無序的富鋰和富錳巖鹽到新相（稱為δ）的獨特相變來挑戰這一共識。該新相具有部分尖晶石狀有序結構，并表現出高能量密度和速率性能。2) 與其他Mn基陰極不同，δ相在循環時幾乎沒有電壓衰減。作者確定了這種原位正極形成的驅動力和動力學，并為富含Li和Mn的組合物制定了設計指南，這些組合物結合了高能量密度、高速率性能和良好的可循環性，從而實現了基于Mn的能量存儲。
Zijian Cai, et al. In situ formed partially disordered phases as earth-abundant Mn-rich cathode materials. Nature Energy 2023DOI: 10.1038/s41560-023-01375-9https://doi.org/10.1038/s41560-023-01375-9
4. Nature Nanotechnology：大塊硫化鎘納米晶體的帶隙重整化光學增益
近二十年來，強約束膠體量子點一直被用于低成本發光和激光發射的研究。然而，已知的材料很難將低閾值和長反向態壽命的技術相關指標與適合匹配腔損耗的材料增益系數相結合。近日，根特大學Pieter Geiregat報道了大塊硫化鎘納米晶體的帶隙重整化光學增益。1) 作者報道了具有50000 cm-1增益的大塊CdS納米晶體，并且每個納米晶體的最佳增益閾值低于單個激子，以及3?ns增益壽命不受非輻射俄歇過程的限制。2) 此外，作者演示了準連續波條件下的寬帶放大自發發射和激光發射，該研究結果突出了從溶液可加工材料中發射激光的大塊納米晶體的應用前景。
Ivo Tanghe, et al. Optical gain and lasing from bulk cadmium sulfide nanocrystals through bandgap renormalization. Nature Nanotechnology 2023DOI: 10.1038/s41565-023-01521-0https://doi.org/10.1038/s41565-023-01521-0
5. Nature Commun.：動態亞穩態多聚體實現連續流動制造
聚合體是脂質體的聚合物類似物，具有特殊的物理和化學性質。盡管自近30年前問世以來，多聚體一直被稱為下一代囊泡，但它還沒有進入臨床或工業環境。這是由于缺乏可靠的方法來在不影響對聚合物某些性能的控制的情況下提高產量。在這里，新南威爾士大學Martina H. Stenze，Chin Ken Wong報道了一種連續流動方法，能夠大規模生產近單分散多聚體(≥3g/h)，并有可能進行下游多聚體操作。1）與傳統的聚合體不同，我們的聚合體在環境條件下表現出亞穩定，持續壽命約為7天，在此期間聚合體生長直到達到動態平衡狀態。2）研究人員展示了這種亞穩態是如何實現下游過程的關鍵，以在相同的連續流中操縱多聚體的大小和/或形狀。該方法以即插即用的方式進行操作，并適用于各種嵌段共聚物。
Wong, C.K., Lai, R.Y. & Stenzel, M.H. Dynamic metastable polymersomes enable continuous flow manufacturing. Nat Commun 14, 6237 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41883-6
6. Nature Commun.：揭示缺陷碳基電催化劑生產過氧化氫的動態活性中心
無金屬碳材料中活性中心的識別對于開發實用的電催化劑至關重要，但由于反應過程中難以捉摸的動態結構演化過程，確定活性中心的精確構型仍然是一個挑戰。在這里，吉林大學Xiangdong Yao，伍倫貢大學Jun Chen，浙江工業大學 Yi Jia揭示了氧修飾缺陷石墨烯的動態活性中心識別過程。1）首先，研究人員在石墨烯上精確操縱缺陷密度和氧基團類型，結合電催化性能評價，揭示了缺陷密度與2電子氧還原性能之間的正相關關系。2）研究人員觀察到了電催化驅動的氧基團重新分布現象，縮小了活性中心的勢能組態范圍。通過多種原位技術和理論光譜模擬來監測動態演化過程，解析主要活性中心(五角形缺陷上的羰基)和關鍵中間體(*OOH)的構型，深入了解催化機理，為無金屬碳材料提供研究范式。
Wu, Q., Zou, H., Mao, X. et al. Unveiling the dynamic active site of defective carbon-based electrocatalysts for hydrogen peroxide production. Nat Commun 14, 6275 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41947-7
7. JACS：溫和條件下無過渡金屬氮氣分解的二維Ba2N電子體
N2活化是氨和其他高附加值含氮化學品工業合成中的關鍵步驟，通常嚴重依賴過渡金屬（TM）位點作為活性中心來降低N2解離的大活化能壘。近日，東京工業大學Zhujun Zhang，Masaaki Kitano，Hideo Hosono報道了在層間距中具有陰離子電子的Ba2N二維電子化合物在溫和條件下有效地實現無TM的N2解離。1）N2同位素交換反應證實，層間電子以35 kJ mol?1的非常小的活化能顯著促進N2解離。2）陰離子電子與N2分子的反應使(N2)2?陰離子（即所謂的二氮烯化物）穩定在由2個Ba2N陽離子板作為主要中間體夾在中間的大層間空間(～4.5 ?)中。
Zhujun Zhang, et al, A 2D Ba2N Electride for Transition Metal-Free N2 Dissociation under Mild Conditions, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c09362https://doi.org/10.1021/jacs.3c09362
8. JACS：環境條件下 ZnO 上雜解 H2 解離和 COx 加氫的原子尺度可視化
在原子尺度上研究氧化物表面上的催化氫化反應一直具有挑戰性，因為這些過程通常在環境壓力或高壓下發生，使得它們比原子尺度技術更難實現。在此，中科大Wei-Xue Li，上海科技大學Fan Yang報道了利用常壓掃描隧道顯微鏡、常壓X射線光電子能譜和密度泛函理論(DFT)計算對ZnO上H2離解以及CO和CO2氫化進行的原子尺度研究。1）研究人員直接觀察了環境壓力下H2在ZnO(101?0)上的離解，發現離解反應不需要表面缺陷的幫助。300K下ZnO上CO或CO2的存在不會妨礙H2解離的表面位點的可用性；相反，CO甚至可以增強共吸附氫化物的穩定性，從而促進它們的解離吸附。2）結果表明，氫化物是氫化的活性物質，而羥基不能氫化ZnO上的CO/CO2。AP研究和DFT計算均表明，與CO加氫相比，CO2在ZnO上的加氫在熱力學和動力學上更有利。3）研究結果指出了CO加氫的兩步機制，包括在ZnO上的階梯位點初步氧化為CO2，然后與氫化物反應形成甲酸鹽。這些發現為CO/CO2在ZnO上加氫提供了分子見解，并加深了我們對合成氣轉化和氧化物催化的一般理解。
Yunjian Ling, et al, Atomic-Scale Visualization of Heterolytic H2 Dissociation and Cox Hydrogenation on ZnO under Ambient Conditions, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08085https://doi.org/10.1021/jacs.3c08085
9. Angew：通過Nb摻雜的Ti-O彈簧效應提高Na2Ti6O13負極的低溫性能和穩定性
Na2Ti6O13（NTO）具有高安全性，被認為是鈉離子電池有前途的負極候選材料。在本研究中，四川大學Xiaodong Guo，Zhenguo Wu在Nb摻雜的情況下實現了遷移通道加寬、電荷密度重新分布和氧空位調節的集成修改，并獲得了顯著增強的循環性能，在3000 mA g-1循環3000次后仍保留了92%的可逆容量。此外，全電池還實現了意想不到的低溫性能，在-15 °C下100 mA g-1時具有143 mAh g-1的高放電容量。1）理論研究表明Nb優先取代Ti3位點，有效提高了結構穩定性并降低了擴散能壘。2）更重要的是，原位X射線衍射（XRD）和原位拉曼進一步證實了Ti-O鍵的強大彈簧效應，制定了特殊的電荷補償機制和相應的調控策略來克服緩慢的傳輸動力學和電導率低，對提升電化學性能起著關鍵作用。
ChangYan Hu, et al, Improving Low-temperature Performance and Stability of Na2Ti6O13 Anodes by the Ti–O Spring Effect through Nb-doping, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202312310DOI: 10.1002/anie.202312310https://doi.org/10.1002/anie.202312310
10. Angew：超結構誘導的納米光催化分層組裝
大多數合成超分子納米系統的嘗試都局限于單一機制，通常導致形成缺乏性質多樣性的納米材料。在此，吉林大學Ying-Wei Yang，Yan Wang通過超結構誘導的有機-無機混合策略批量制造具有適當種類的分層組件。1）使用共價有機框架（COF）和金屬有機框架（MOF）作為雙重構建塊來管理子結構和上層結構之間的動態平衡，以調節分層組件的性能。值得注意的是，COF 和 MOF 之間受控級聯產生的上層結構通過多種拓撲創建了高活性光催化系統。2）設計的串聯光催化可以通過競爭性氧化還原途徑精確有效地調節生物活性分子（苯并[d]咪唑）的轉化率。3）此外，由此類超分子納米系統催化的苯并[d]咪唑在數十分鐘內以70%至93%的分離產率提供。超分子系統內的多層結構狀態證明了分層組裝在促進光催化傳播和擴展超分子雜化物的結構庫方面的重要性。
Meng-Hao Li, et al, Superstructure-Induced Hierarchical Assemblies for Nanoconfined Photocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313358DOI: 10.1002/anie.202313358https://doi.org/10.1002/anie.202313358
11. AM綜述：用于腎細胞癌的診療脂質納米顆粒
武漢大學中南醫院徐華教授對用于腎細胞癌的診療性脂質納米顆粒相關研究進行了綜述。1）腎細胞癌(RCC)是泌尿系統常見的惡性腫瘤。近年來，對RCC的早期診斷和治療也取得了一系列重要進展。診療脂質納米顆粒(LNPs)因其可用于腫瘤靶向治療和多模態治療而逐漸發展成為該領域的研究熱點之一。LNPs具有可精確制備、理想的化學成分和生物醫學功能等特點，能夠精準匹配RCC的生理特性和臨床需求。2）作者在文中對診療納米粒子進行了全面的綜述，介紹了納米粒子在開發先進微納米生物材料方面的通用工具性質。首先，作者簡要概述了LNPs的組成和形成機制，介紹了LNPs靶向腎臟的方法，如被動靶向、主動靶向和刺激響應靶向等，并結合實例討論了一系列能夠增強LNPs的腫瘤靶向性和功能的修飾策略；此外，作者對LNPs在RCC中的應用和研究進展進行了綜述，包括生物成像、液體活檢、藥物遞送、物理治療和基因治療等方面；最后，作者也重點介紹了轉化醫學在RCC診療方面取得的里程碑式進展、該領域目前面臨的挑戰以及未來的發展方向。
Xiongmin Mao. et al. Theranostic Lipid Nanoparticles for Renal Cell Carcinoma. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202306246https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306246
12. ACS Nano：用于電化學氧還原的金屬有機框架衍生N摻雜納米多孔碳中的雙單原子Co-Mn位點
合成具有原子隔離金屬對的雙單原子催化劑（DSAC）是一項具有挑戰性的任務，但卻是提高電化學氧還原反應（ORR）性能的有效方法。鑒于此，印度拉吉夫·甘地石油技術學院Arshad Aijaz和印度科學培養協會化學科學學院Ayan Datta等利用摻雜鈷/錳的沸石咪唑酸鹽框架的高溫熱解，合成了穩定在摻雜氮的多孔碳多面體（命名為CoMn/NC）中的定義明確的Co-Mn DSAC。1）通過結合顯微鏡和光譜技術，CoMn/NC中原子隔離的Co-Mn位點得以確認。CoMn/NC在堿性（E1/2 = 0.89 V）和酸性（E1/2 = 0.82 V）電解質中均表現出優異的ORR活性，并具有長期耐久性和更強的甲醇耐受性。2）密度泛函理論（DFT）表明，Co-Mn位點通過橋接吸附有效激活了O-O鍵，這對4電子氧還原過程具有決定性作用。雖然Co-Mn位點有利于通過解離ORR機制激活O2，但解離路徑中中間產物的吸附力較強，會降低整體ORR活性。
Gargi Dey, et al. Dual Single-Atomic Co–Mn Sites in Metal–Organic-Framework-Derived N-Doped Nanoporous Carbon for Electrochemical Oxygen Reduction. ACS Nano Article ASAPDOI: 10.1021/acsnano.3c05379https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05379
