国产在线19禁免费观看,91伊人久久,亚洲一区二区三区高清不卡

喬世璋Science Advances，孫學良Science Advances丨頂刊日報20231024

納米人納米人 2023-10-25

1. Science Advances：電催化海水分解的新興材料和技術

可再生能源豐富地區淡水資源有限，導致人們探索海水電解以生產綠色氫氣。然而，海水的復雜成分帶來了電極腐蝕和電解槽故障等巨大挑戰，使直接海水分解的技術和經濟可行性受到質疑。盡管付出了很多努力，但仍然缺乏對海水電解的全面概述和分析，包括電化學基礎知識、材料和最新突破的技術。

在這篇綜述中，阿德萊德大學喬世璋教授，Yao Zheng系統地研究了電催化海水分解的最新進展，并批判性地評估了優化海水供應、材料和裝置以穩定地從海水中生產氫氣的障礙。

本文要點：

1）作者指出，堅固的材料和創新技術，特別是選擇性催化劑和高性能設備，對于高效海水電解至關重要。

2）作者概述并討論了可以推進這一新興領域的技術經濟可行性的未來方向，為能夠實現高效、具有成本效益和可持續海水電解的材料的設計和商業化提供了路線圖。

Huanyu Jin, et al, Emerging materials and technologies for electrocatalytic seawater splitting, Sci. Adv. 9 (42), eadi7755.

DOI: 10.1126/sciadv.adi7755

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi7755

2. Science Advances：用于高面積容量、長循環全固態鋰金屬電池的鋰相容且空氣穩定的富空位Li₉N₂Cl₃

要在全固態鋰金屬電池中獲得大量的面積容量（>3 mAh/cm²）和延長的循環壽命，就需要采用能夠承受較高臨界電流密度和容量的固態電解質（SSE）。在這項研究中，西安大略大學孫學良院士，Tsun-Kong Sham，橡樹嶺國家實驗室Jue Liu，馬里蘭大學Yifei Mo報道了一種高性能的富含空位的Li₉N₂Cl₃ SSE，它表現出優異的鋰兼容性和大氣穩定性，并可實現高面積容量、持久的全固態鋰金屬電池。

本文要點：

1）Li₉N₂Cl₃ 由于其無序的晶格結構和空位的存在而促進了有效的鋰離子傳輸。值得注意的是，由于其固有的鋰金屬穩定性，它可以在 10 mA/cm² 和 10mAh/cm² 下抵抗枝晶形成。此外，它還表現出強大的干燥空氣穩定性。

2）將該SSE結合到富鎳LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂陰極全固態電池中，實現了顯著的循環穩定性（0.5 C下1500次循環后容量保持率為90.35%）和高面積容量（4.8 mAh/ cm2）在軟包電池中）。

這些發現為鋰金屬電池滿足電動汽車性能需求鋪平了道路。

Weihan Li, et al, Lithium-compatible and air-stable vacancy-rich Li₉N₂Cl₃ for high–areal capacity, long-cycling all–solid-state lithium metal batteries, Sci. Adv. 9 (42), eadh4626.

DOI: 10.1126/sciadv.adh4626

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh4626

3. Science Advances：用于空氣穩定分子連接的超長壽命自組裝單分子層

基于金屬表面自組裝單層（SAM）的分子電子器件展示了器件最小化的新穎電子功能，但由于其對硫-金屬鍵氧化的不穩定性而無法在實際應用中實現。近日，清華大學Yuan Li，Huaping Xu，Liang Zhang描述了硫醇鹽錨定基團的替代方案，通過硒化物錨定基團在金上形成穩定的 SAM。

本文要點：

1）由于形成了牢固的硒-金鍵，這些穩定的 SAM 使研究人員能夠將它們合并到分子隧道結中，從而產生 200 多天極其穩定的結。

2）由光譜學和第一原理模型支持的詳細結構表征表明，硒-金鍵的氧化過程比硫-金鍵慢得多，并且硒-金鍵足夠強，即使在最終被氧化。

3）這一概念證明表明，源自硒化物的極其穩定的 SAM 可用于長壽命的分子電子器件，并且可能在許多涉及 SAM 的空氣穩定應用中變得重要。

Ningyue Chen, et al, Extreme long-lifetime self-assembled monolayer for air-stable molecular junctions, Sci. Adv. 9 (42), eadh3412.

DOI: 10.1126/sciadv.adh3412

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh3412

4. Science Advances：超疏水表面商業化和廣泛實際應用的挑戰和策略

在過去的20年里，超疏水表面在基礎研究方面取得了很大進展，但其實際應用卻遠遠落后。從這個角度，中科院蘭州化物所張俊平研究員介紹了一項關于SH表面現狀的調查結果，包括基礎研究、專利申請和商業化。

本文要點：

1）在調查和經驗的基礎上，作者探討了SH表面商業化和廣泛實際應用的挑戰和策略。

2）SH表面的綜合性能、制備方法和應用場景是制約其應用的主要因素。應同時應對這些挑戰，并提供可行的戰略。

3）作者重點介紹了包括機械穩定性、抗沖擊性和耐候性在內的綜合性能的標準測試方法。

4）最后，作者展望了SH曲面的發展前景。作者預計，通過結合所建議的策略以及學術界和工業界的投入，SH表面可能在2035年左右廣泛商業化并在實際應用中使用。

Lingxiao Li, et al, Challenges and strategies for commercialization and widespread practical applications of superhydrophobic surfaces, Sci. Adv. 9 (42), eadj1554.

DOI: 10.1126/sciadv.adj1554

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj1554

5. Science Advances：石墨烯的遠程外延相互作用

遠程外延的概念包括覆蓋在襯底表面的二維范德瓦爾斯層，它仍然使吸附原子能夠跟隨底層襯底的原子基序。生長模式必須仔細確定為二維材料中的缺陷，例如針孔，可以允許從襯底直接外延，與橫向外延過度生長相結合，也可以形成外延層。在這里，麻省理工學院Jeehwan Kim，世宗大學Young Joon Hong，成均館大學Dong-Hwan Kim，康奈爾大學Darrell G. Schlom展示了幾種獨特的情況，這些情況只有在遠程外延中才能觀察到，與其他基于材料的二維外延機制不同。

本文要點：

1）研究人員首先在圖案化的石墨烯上生長BaTiO₃，以建立最小化外延橫向過度生長的條件。

2）通過觀察高分辨率掃描電子顯微鏡證實的無針孔石墨烯襯底上生長的整個納米尺度的核，研究人員從視覺上證實了遠程外延在原子尺度上是可行的。此外，宏觀上，還顯示了GaN微晶陣列的密度隨襯底的離子性和石墨烯層數的不同而變化。

Celesta S. Chang, et al, Remote epitaxial interaction through graphene, Sci. Adv. 9 (42), eadj5379.

DOI: 10.1126/sciadv.adj5379

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj5379

6. Science Advances：超靈敏且堅固的機械發光活性復合材料

機械傳感是將細胞外的機械刺激轉化為細胞內的生化信號，是活細胞的一種基本特性。然而，賦予合成材料與生物水平相當的機械傳感能力是具有挑戰性的。在這里，加州大學圣地亞哥分校Shengqiang Cai開發了超靈敏和堅固的機械發光生物復合材料，使用嵌入甲藻的水凝膠，單細胞微藻對機械應力具有近瞬時和超靈敏的生物發光響應。

本文要點：

1）嵌入的甲藻不僅保持了其固有的機械發光，而且有了疏水涂層，活的復合材料在惡劣的條件下只需最少的維護就能保持5個月的壽命。

2）研究人員將活體復合材料三維打印成具有高空間分辨率的大規模機械發光結構，并利用雙網絡水凝膠提高了其力學性能。

3）研究人員提出了一個對應的數學模型，該模型捕獲了實驗的機械發光觀測，以基于變形和外加應力來預測機械發光。

4）此外，還展示了機械傳感復合材料在仿生軟執行器中的使用，該軟執行器在磁致動時發出彩色光。這些機械傳感復合材料在生物混合傳感器和機器人領域具有巨大的潛力。

Chenghai Li, et al, Ultrasensitive and robust mechanoluminescent living composites, Sci. Adv. 9 (42), eadi8643.

DOI: 10.1126/sciadv.adi8643

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi8643

7. Nature Commun.：利用空氣中產生的微囊大量生產管腔人胚樣小體和功能心球

類有機物是一種由類器官結構定義的工程3D微型組織，這些結構推動了對人類發育的基本理解。然而，目前的有機合成方法產量低，對大小和功能的控制不佳，包括由于有機化合物的合并，這限制了它們的臨床和工業轉化。在這里，特溫特大學Jeroen Leijten提出了一個微流控平臺，用于大量生產腔胚體和功能性心球。

本文要點：

1）具體地說，研究人員應用三噴流空氣中微流體技術來超高通量生產中空、薄殼、水凝膠微膠囊，這些微膠囊可以作為球體形成的生物反應器，具有細胞兼容、無油、無表面活性劑和尺寸可控的特點。

2）獨一無二的是，研究人員展示了由空氣中的微流體產生的微膠囊提供了一個近100%有效的球體空化的腔內微環境。研究人員證明，在化學刺激下，人類多能干細胞衍生的球體經歷了心肌分化，有效地導致了對外部電刺激有反應的同質和功能性心球的大量產生。

這些發現推動了干細胞技術在組織工程和藥物測試中的臨床和工業應用。

van Loo, B., ten Den, S.A., Araújo-Gomes, N. et al. Mass production of lumenogenic human embryoid bodies and functional cardiospheres using in-air-generated microcapsules. Nat Commun 14, 6685 (2023).

DOI：10.1038/s41467-023-42297-0

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42297-0

8. Nature Commun.：氣凝膠超晶格(NaOH)_0.5NbSe₂的高各向異性電導和熱導

在原子薄材料中實現前所未有的性能方面，層間去耦合起著至關重要的作用，但它在整體上仍然相對未被探索。目前尚不清楚如何通過人工操作實現大晶體的單層行為。在這里，中國地質大學Ruijin Sun，Xiaolong Chen，中科院物理所Shifeng Jin構造了一個由NbSe₂和高孔氫氧化物交替層組成的超晶格，作為在塊體材料中實現層間去耦合的原理證明。

本文要點：

1）在(NaOH)_0.5NbSe₂中，電脫耦表現為沿層間方向的理想一維絕緣態。

2）拉曼光譜中沒有層間模型，熱容的局域模式占優勢，層間耦合能低，面外熱導率(Rt時為0.28 W/mK)降至NbSe₂‘S的幾個百分點，從而表現出振動去耦合現象，CdW轉變溫度(>110 K)和泡林破裂2D超導電性顯著提高，這表明大塊晶體的行為類似于剝離的NbSe₂單層。

研究發現提供了一條在不剝落的情況下實現大規模本征2D性質的途徑。

Sun, R., Deng, J., Wu, X. et al. High anisotropy in electrical and thermal conductivity through the design of aerogel-like superlattice (NaOH)_0.5NbSe₂. Nat Commun 14, 6689 (2023).

DOI：10.1038/s41467-023-42510-0

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42510-0

9. PNAS：極端條件下鋰金屬電池溶劑化反應的定量界面描述

鋰金屬電池（LMB）的未來大規模應用需要在快速充電和低溫操作條件下能夠提供高性能的電解質，而Li⁺的去溶劑動力學在實現這種行為中起著至關重要的作用。近日，加州大學圣地亞哥分校John Holoubek、Ping Liu、Zheng Chen發現對離子配對進行定量的控制有利于最大限度地減少帶電界面處的去溶劑化損失，從而最大限度地降低鋰金屬陽極在動態應變下的可逆性。

本文要點：

1)作者發現，在每個系統的最佳離子配對程度下，弱結合溶劑仍然會產生優異的行為。然后，通過實驗和計算分析，作者解決了這些結構和化學效應對電荷轉移的影響。

2) 最后，作者證明了基于乙醚的局部高濃度電解質支持動力學應變操作條件，包括循環至?60°C和在LMB全電池中快速充電20分鐘。該工作表明，明確、定量地優化Li⁺溶劑化狀態對于開發能夠低溫和高速率操作的LMB電解質至關重要。

John Holoubek, et al. Toward a quantitative interfacial description of solvation for Li metal battery operation under extreme conditions. PNAS 2023

DOI:10.1073/pnas.2310714120

https://doi.org/10.1073/pnas.2310714120

10. Angew：用于高能水系電池的六電子氧化還原碘電極

碘（I₂）由于其在海洋中豐度高且成本低廉的獨特優點，作為水系電池的活性材料顯示出巨大的應用前景。然而，在傳統的水基I₂電池中，I/I₂轉換的儲能機制僅為雙電子氧化還原反應，限制了其能量密度。在此，南開大學牛志強教授通過電解質中氧化還原離子電荷載體和鹵化物離子的協同效應實現了I₂電極的六電子氧化還原化學。

本文要點：

1）電解質中的氧化還原活性Cu²⁺離子在低電勢下誘導Cu²⁺離子和I₂之間轉化為CuI。同時，電解質中的Cl離子在高電位下激活I₂/ICl氧化還原對。因此，研究人員開發了具有六電子氧化還原的基于I₂的電池系統。

2）這種六電子氧化還原的儲能機制導致I₂電極具有高放電電位和容量、優異的倍率性能以及穩定的循環行為。令人印象深刻的是，六電子氧化還原I₂陰極可以與各種水性金屬（例如Zn、Mn和Fe）陽極匹配來構建金屬||I₂混合電池。

這些混合電池不僅具有增強的容量，而且具有更高的工作電壓，這有助于實現卓越的能量密度。

因此，這項工作拓寬了高能水基電池設計的視野。

Songshan Bi, et al, Six-Electron-Redox Iodine Electrodes for High-Energy Aqueous Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202312982

DOI: 10.1002/anie.202312982

https://doi.org/10.1002/anie.202312982

11. ACS Nano：高效釩氧化還原液流電池的不對稱化學勢激活納米界面電場

在有限的微環境中構建具有增強的內在活性和可及性的活性位點對于同時提升全釩氧化還原液流電池（VRFB）的往返效率和壽命至關重要，但仍處于探索之中。在這里，深圳大學周學龍教授提出了納米界面電場（E-場），其特征在于二元Mo₂C?Mo₂N亞晶格體現了出色的本征活性。

本文要點：

1）重建異質界面兩側的不對稱化學勢在原子級N?Mo?C結合區域附近施加電荷移動和積累，引發從Mo₂N到Mo₂C亞晶格的類似加速器的電場配置。

2）在理論計算和本征活性測試的支持下，進一步證實了納米界面位點改進的釩離子吸附行為和電荷轉移過程，從而加快了電化學動力學。

3）因此，所得到的液流電池取得了顯著的提升，能量效率達到了77.7%，在300 mA cm^?2下的壽命延長了1000次，優于之前大多數報告中使用傳統單催化劑的液流電池。

Xiangyang Zhang, et al, Asymmetric Chemical Potential Activated Nanointerfacial Electric Field for Efficient Vanadium Redox Flow Batteries, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c07732

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07732

12. ACS Nano：利用激光實現可伸縮多層電子電路的光熱光刻

光刻是一種成熟的實現多層電子電路的制造方法。然而，由于厚的可伸展納米復合導體的不透明性，采用光刻技術來制造完全由彈性基質組成的本質可伸展的多層電子電路是具有挑戰性的。在這里，首爾大學Seung Hwan Ko，韓國科學技術學院Hojeong Jeon，Wonryung Lee提出了光熱光刻，可以圖案彈性導體和通孔使用脈沖激光。

本文要點：

1）基于激光空間加熱形成的滲流網絡，光熱圖案化可拉伸納米復合導體在30%應變5000次拉伸下表現出比絲網印刷導體高3倍的電導率(5940 S cm^?1)和5個數量級的低電阻變化(R/R0=40)。

2）此外，50μm大小的可伸展通孔可以在鈍化的基礎上形成圖案，而不會對底部導體進行材料燒蝕和電氣退化。通過重復地對導體和通孔進行圖案化，高導電性和耐用的多層電路可以與逐層材料集成堆疊在一起。

3）最后，研究人員展示了一種可擴展的無線壓力傳感器和無源矩陣LED陣列，從而展示了一種耐用、高密度和多功能的可擴展多層電子電路的潛力。