1. Nature Reviews Chemistry：多相單簇催化研究進展
包含原子精確和分離金屬團簇的多相單團簇催化劑（SCC）穩定在適當的載體上，由于其具有廣泛的結構多樣性和獨特的性能，使其為實現新的化學反應提供機遇。近日，清華大學李雋、蘇黎世聯邦理工學院Javier Perez-Ramirez、新加坡國立大學Lu Jiong對多相單簇催化的最新進展進行了綜述研究。1) 作者強調了短鏈氯化石蠟中簇環境的重要性，包括強大的金屬-載體相互作用的發展、對配體范圍的精確控制、反應介質和動態行為的影響，以揭示新的反應性。2) 作者說明了在SCCs中調控整個催化系綜以實現穩定和選擇性性能以及實際相關金屬覆蓋率的關鍵性。此外，作者還對SCC設計在這個快速發展領域中的機遇和未來方向進行了展望。Xinzhe Li, et al. Advances in heterogeneous single-cluster catalysis. Nature Reviews Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41570-023-00540-8https://doi.org/10.1038/s41570-023-00540-8
2. Nature Reviews Chemistry：全固態電池中固體電解質的鹵素化學
使用固態電解質代替易燃液體電解質的全固態電池（ASSB）由于其固有的安全性和能量密度，使其被認為是極具潛力的下一代電化學儲能設備之一。近日，華北電力大學Xin Yan、Tian Huajun，中佛羅里達大學Yang Yang綜述研究了全固態電池中固體電解質的鹵素化學。1) 含有鹵素的固體電解質家族由于其潛在的高離子導電性、良好的變形性和寬的電化學窗口而引起了人們的關注。盡管在ASSB中的含鹵素固體電解質（HSEs）已經取得了進展，但在制備、表征和低成本工業可擴展性方面仍然存在挑戰。2) 作者重點介紹了鹵化物電池化學的發展，HSEs的制備、改性和性能，以及ASSB中HSEs的問題，并討論了鹵素的化學作用和離子傳輸機制。此外，作者還討論了鹵化物基ASSB的主要挑戰和未來發展方向，為HSEs在下一代可充電電池中的實際應用鋪平了道路。
Bijiao He, et al. Halogen chemistry of solid electrolytes in all-solid-state batteries. Nature Review Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41570-023-00541-7https://doi.org/10.1038/s41570-023-00541-7
3. Nature Commun.：操縱全固態鋰硫電池Li2S2/Li2S混合放電產物提高循環壽命
全固態鋰硫電池由于其高理論能量密度、低成本和更高的安全性，為下一代儲能提供了誘人的機會。然而，對其放電產品的了解不足阻礙了它們的廣泛采用。近日，西安大略大學孫學良院士，Changhong Wang，多倫多大學Chandra Veer Singh利用X射線吸收光譜和飛行時間二次離子質譜分析，發現全固態鋰硫電池的放電產物并非僅由Li2S組成，而是由Li2S和Li2S2的混合物組成。1）利用這一見解，研究人員提出了一種綜合策略：1）操縱較低的截止電勢以促進以Li2S2為主的放電產物；2）將微量固態催化劑(LiI)納入S復合電極中。2）這種方法實現了具有Li-In合金負極的全固態電池，在25 °C下以2.0 A g?1電流進行1500次循環時，可提供979.6 mAh g?1的可逆容量。研究結果為全固態鋰硫電池的放電產物提供了重要的見解，并可能提供一種提高其整體性能的可行方法。
Kim, J.T., Rao, A., Nie, HY. et al. Manipulating Li2S2/Li2S mixed discharge products of all-solid-state lithium sulfur batteries for improved cycle life. Nat Commun 14, 6404 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42109-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-42109-5
4. Nature Commun.：PdCu納米合金修飾光催化劑用于流動反應器中甲烷高效選擇性氧化偶聯
光催化活化甲烷是一種很有前途的可持續發展的化學合成技術。然而，目前該過程的效率和穩定性是適度的。近日，倫敦大學學院唐軍旺教授報道了在二氧化鈦表面修飾了PdCu納米合金(~2.3 nm)，實現了甲烷在室溫下高效、穩定、選擇性的光催化氧化偶聯。1）甲烷到C2的轉化率為2480 μmol?1 h?1，表觀量子效率約為8.4%。更重要的是，該光催化劑對PdCu光催化劑表現出116 h?1和12,642的周轉頻率和周轉次數，在所有室溫下運行的光催化過程中(λ>30 0 nm)是最高的，并且具有超過112h的長期穩定性。2）納米合金起到空穴受體的作用，Pd軟化并削弱了甲烷中的C-H鍵，而Cu降低了C2產物的吸附能，從而實現了高效和長期穩定。
Li, X., Wang, C., Yang, J. et al. PdCu nanoalloy decorated photocatalysts for efficient and selective oxidative coupling of methane in flow reactors. Nat Commun 14, 6343 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41996-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41996-y
5. Nature Commun.：堿土酰亞胺負載型催化劑的多反應途徑高效合成氨
探索高效且低成本的氨合成催化劑需要反應途徑的可調性。用于此目的的縮放關系所產生的限制是一個障礙。在這里，上海交通大學Tian-Nan Ye，東京工業大學Hideo Hosono，Masaaki Kitano報道了堿土酰亞胺（AeNH）與過渡金屬（TM=Fe、Co和Ni）催化劑相結合，可以通過利用載體表面活性缺陷和負載過渡金屬的協同作用而產生的功能來克服這一困難。1）這些催化劑能夠通過多種反應途徑生產氨。Co/SrNH的反應速率高達1686.7 mmol·gCo?1·h?1，TOF在400 °C和0.9 MPa下達到500 h?1以上，優于其他報道的鈷基催化劑以及基準催化劑Cs-Ru/MgO催化劑和工業方鐵礦基Fe催化劑在相同的反應條件下。2）實驗和理論結果表明，3dTMs的氮親和力和堿土亞胺原位形成的NH2?空位的協同作用調節了氨生產的反應路徑，從而產生了不同于3dTMs的獨特催化性能。由此證明，金屬和載體的適當組合對于控制反應途徑和實現高活性和低成本的氨合成催化劑至關重要。
Li, Z., Lu, Y., Li, J. et al. Multiple reaction pathway on alkaline earth imide supported catalysts for efficient ammonia synthesis. Nat Commun 14, 6373 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42050-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-42050-7
6. Nature Commun.：在不同絕緣襯底上沖壓生產單晶六方氮化硼單層
在絕緣襯底上可控生長二維單晶是實現電子學和光電子學高端應用的終極追求。然而，對于最典型的二維絕緣體--六方氮化硼(HBN)來說，在絕緣襯底上制備單晶單分子膜仍然具有挑戰性。在這里，華南師范大學Xiaozhi Xu，北京大學劉開輝教授提出了一種方法，通過原子尺度的印章技術在不同的絕緣襯底上方便地制備英寸尺寸的單晶hBN單層。1）研究人員用hBN薄膜生長的單晶銅箔在銅的亞熔點可以與絕緣襯底緊密結合(在0.35 nm以內)，并將生長在金屬表面的hBN擠出到絕緣襯底上。2）然后，無論絕緣襯底的類型或結晶度如何，都可以通過類似于STAMP過程的去除銅箔來獲得單晶hBN薄膜。研究工作可能會促進全單晶2D材料基器件的制造工藝及其應用。
Zeng, F., Wang, R., Wei, W. et al. Stamped production of single-crystal hexagonal boron nitride monolayers on various insulating substrates. Nat Commun 14, 6421 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42270-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42270-x
7. Nature Commun.：動態可變形的Cu12簇狀C-H···π堆積多孔超分子骨架
基于簇的π堆疊多孔超分子框架的組裝提出了艱巨的挑戰，包括設計合適的簇構建單元、控制足夠的C-H…π相互作用、結構動力學和穩定性之間的權衡以及理解由此產生的結果。在此，山東大學孫頔教授報道了一種基于簇的C-H·π相互作用堆疊的多孔超分子框架，即Cu12a-π，由Cu12納米簇作為6連接節點組成，通過致密的內層進一步傳播到動態多孔超分子框架C-H·π相互作用，產生永久孔隙。1）Cu12a-π可以通過遵循解離重組機制的配體交換轉化為基于簇的無孔自適應晶體（Cu12b-NACs）。2）此外，Cu12a-π可以從飽和碘水溶液中有效去除97.2%的碘，吸收容量高達2.96 g·g?1 。這些前瞻性結果定位于基于簇的多孔超分子框架，并啟發后續研究人員設計和合成此類具有更好性能的材料。
Zhang, C., Wang, Z., Si, WD. et al. Dynamic and transformable Cu12 cluster-based C-H···π-stacked porous supramolecular frameworks. Nat Commun 14, 6413 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42201-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42201-w
8. Nature Commun.：具有快速大面積自愈能力的自我保護軟流控機器人
軟流體機器人已經引起了人們的廣泛關注，具有廣闊的應用前景。然而，射流動力源差、易損壞一直阻礙了它們的發展，同時缺乏智能自我保護也給它們的應用帶來了不便。在這里，浙江大學Jun Zou設計了多樣化的自我保護軟流體機器人，集成了軟電液泵、執行器、治愈電液和E-皮膚。1）研究人員開發了高性能的軟式電液動泵，實現了無系繩軟式流體機器人的高速驅動和大變形。合成了一種可形成伸長性好、附著力強的自愈膜的愈合電液，實現了軟材料快速、大面積損傷的自愈。2）研究人員提出了多功能電子皮膚來賦予機器人智能，使機器人實現一系列自我保護行為。此外，機器人允許通過電極或執行器的組合來增強其功能。這一設計策略使軟式射流機器人能夠實現其高速驅動和智能自我保護，為具有物理智能的軟式機器人打開了一扇門。
Tang, W., Zhong, Y., Xu, H. et al. Self-protection soft fluidic robots with rapid large-area self-healing capabilities. Nat Commun 14, 6430 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42214-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-42214-5
9. Nature Commun.：安培時級軟包裝鉀離子混合電容器可實現6分鐘快速充電
安培-小時(Ah)規模的電化學儲能設備的極快充電目標是充電時間少于10分鐘，以促進廣泛采用。然而，由于其固有的反應機理和高電流密度下的安全隱患，這一指標在傳統的鋰離子電池中很難實現。在這項工作中，湖南大學Shenglian Luo，Haihui Zhou，倫敦帝國理工學院Yunlong Zhao，Shuqiang Jiao報道了1Ah型軟包裝鉀離子混合型超級電容器（PIHC），它結合了電池型負極的高能量密度和電容型正極的高功率密度的優點。1）PIHC由富含缺陷、高比表面積的N摻雜碳納米管基正極、鑲嵌間距擴大的MnO量子點的碳納米管基負極、碳酸鹽基非水電解液以及無粘結劑和集電器的電池設計組成。2）通過對電池配置、電極和電解液的優化，電池電壓高達4.8 V，高達140 Wh kg?1(以整個器件質量為基準)的高滿電池比能量，充滿6分鐘。在10 C(10A)下循環200次后，容量保持率為88%，在25±1 ℃時的電壓保持率為99%。
Li, H., Gong, Y., Zhou, H. et al. Ampere-hour-scale soft-package potassium-ion hybrid capacitors enabling 6-minute fast-charging. Nat Commun 14, 6407 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42108-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-42108-6
10. Angew：一種用于多級加密和瞬時信息顯示的雙響應液晶彈性體
信息安全在過去十年中受到越來越多的關注，導致防偽、加密和即時信息顯示等先進材料的發展。然而，通過簡單的加密程序和低能量的刺激來實現高信息安全仍然具有挑戰性。在此，肯特州立大學Quan Li，南京大學Cheng-Hui Li開發了一系列應變/溫度響應型液晶彈性體（LCE），以實現雙模態、多級信息加密和實時、可重寫瞬態信息顯示。1）所制備的多域LCE在應變或溫度刺激下可以從不透明狀態轉變為透明狀態，轉變應變或溫度高度依賴于長鏈柔性間隔基的濃度。不同LCE墨水加密的信息可以在特定應變或溫度下解密，從而實現信息安全的多級保護。2）此外，結合多域LCE的相變和多壁碳納米管（MWCNT）的光熱效應，我們利用近紅外（NIR）光作為書寫筆實現了可重復的瞬態信息顯示。這項研究為開發具有廣泛應用的多功能性和高安全性的先進加密材料提供了新的見解。
Hong-Qin Wang, et al, A Dual-Responsive Liquid Crystal Elastomer for Multi-Level Encryption and Transient Information Display, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313728DOI: 10.1002/anie.202313728https://doi.org/10.1002/anie.202313728
11. Angew：堿介質中配體調節活性中心促進Co摻雜1T-MoS2電催化析氫
高效析氫反應（HER）電催化劑將決定氫動力清潔技術的質量分布，但仍面臨巨大挑戰。在這項工作中，中國石油大學Bin Dong，Yong-Ming Chai通過CoMo-金屬有機骨架前驅體將協同配體調制加Co摻雜策略應用于1T-MoS2催化劑，提高了1T-MoS2的HER催化活性和耐久性。1）通過Cs校正透射電子顯微鏡和X射線吸收光譜證實，多齒1,2-雙(4吡啶基)乙烷配體可以通過鈷位點與二維1T-MoS2層穩定連接，從而擴大MoS2的層間距（Co-1T-MoS2）-bpe），促進活性位點暴露，加速水解離，并優化堿性HER過程中H的吸附和解吸。2）理論計算表明，1T-MoS2電子結構的提升源于通過π共軛配體連接形成三維金屬有機結構，削弱了Mo-3d和S-2p軌道之間的雜化，進而使S-2p軌道更適合與H-1s軌道雜化。3）因此，Co-1T-MoS2-bpe對堿性HER表現出優異的穩定性和極低的過電位（10 mA cm-2下為118mV）。此外，集成到陰離子交換膜水電解槽中，Co-1T-MoS2-bpe在大電流密度下比Pt/C催化劑要優越得多。該研究為二維催化劑的設計提供了一種可行的配體調制策略。
Hai-Jun Liu, et al, Ligand Modulation of Active Sites to Promote Co doped 1T-MoS2 Electrocatalytic Hydrogen Evolution in Alkaline Media, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313845DOI: 10.1002/anie.202313845https://doi.org/10.1002/anie.202313845
12. Angew：MOF分子調控改善電催化還原硝酸鹽制備NH3
MOF的結構明確，并且功能可調控，是具有前景的單一位點催化劑用于電催化還原NO3-制備高附加值NH3。有鑒于此，香港城市大學支春義等報道提出一種分子工程增強NO3-電催化還原制備NH3的方法，這種分子工程通過向MOF引入羰基官能團的方式精確調控金屬位點的電子結構。1）因為羰基官能團具有拉電子作用，金屬催化位點的電子結構轉變為缺電子狀態，促進NO3-吸附和加氫轉化為NH3。相比于CuBTA的NO3-轉化為NH3的催化活性非常低，CuTABQ的NO3-轉化反應NH3法拉第效率達到97.7 %。2）這種分子工程策略具有普適性優勢，比如Co或者Ni等金屬位點MOF的電催化轉化反應都表現改善的NO3-轉化為NH3催化活性。基于CuTABQ構筑Zn-NO3-電池的功率密度達到12.3 mW cm-2。這項工作展示了在分子尺度進行理性設計金屬催化劑，能夠改善NO3-還原制備NH3的性能。
Rong Zhang, et al, Molecular Engineering of a Metal‐Organic Polymer for Enhanced Electrochemical Nitrate‐to‐Ammonia Conversion and Zinc Nitrate Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202309930https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202309930
