1. Chem. Soc. Rev.：余輝材料設(shè)計的最新進展
余輝材料因其獨特且長壽命的光學(xué)發(fā)射特性而受到廣泛關(guān)注，這些材料具有高的光致發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）和在環(huán)境條件下長達數(shù)小時的壽命。余輝材料通常根據(jù)其發(fā)光機制進行分類，如長持續(xù)發(fā)光（LPL）、室溫磷光（RTP）或熱激活延遲熒光（TADF）。通過合理的設(shè)計和新穎的合成策略來調(diào)制自旋-軌道耦合（SOC）和填充三重態(tài)激子（T1），可以實現(xiàn)具有長壽命和余輝特性的發(fā)光體。對余輝材料的初步研究主要集中在純無機材料上，其中許多材料具有金屬毒性。近年來，有機-無機雜化余輝材料（OIHAM）已被開發(fā)用于具有高PLQY和長壽命的材料。這些雜化材料利用了有機分子的可調(diào)諧結(jié)構(gòu)和易于加工特性，以及涉及重原子摻雜劑的增強SOC和系統(tǒng)間交叉（ISC）工藝，以實現(xiàn)優(yōu)異的余輝性能。近日，吉林大學(xué)于吉紅院士、鄭州大學(xué)Lu Siyu對余輝材料設(shè)計的最新進展進行了綜述研究。1)作者首先簡要討論了無機和有機-無機雜化余輝材料的結(jié)構(gòu)和組成，包括調(diào)節(jié)其壽命、PLQY和發(fā)光波長的策略。強調(diào)了有機-無機雜化余輝材料的特殊優(yōu)勢，包括低制造成本、多樣化的分子/電子結(jié)構(gòu)、可調(diào)諧的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性能，以及與各種襯底的兼容性。2) 隨后，作者詳細(xì)討論了余輝材料使用的基本機制、它們的分類、設(shè)計原理和最終應(yīng)用（包括傳感、防靜電和光電器件等）。最后，作者討論了存在的挑戰(zhàn)和有前景的未來方向，為特定應(yīng)用的余輝材料設(shè)計奠定了平臺。
Xin Yang, et al. Recent advances in the design of afterglow materials: mechanisms, structural regulation strategies and applications. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00993E
2. Nature Commun.：活性氧介導(dǎo)鐵促進金屬羥基氧化物析氧反應(yīng)的電催化
鐵是一種非凡的促進劑，可以將鎳/鈷（氫）氧化物作為最活躍的析氧反應(yīng)催化劑，但其協(xié)同效應(yīng)卻備受爭議。在這里，上海交通大學(xué)Fang Song發(fā)現(xiàn)活性氧物質(zhì)介導(dǎo)氧化鐵（FeOxHy）和支撐金屬羥基氧化物之間的強電化學(xué)相互作用。1）研究人員對九種支撐金屬羥基氧化物(M(O)OH)電化學(xué)行為的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eOxHy協(xié)同促進可專門產(chǎn)生活性氧物質(zhì)的底物。2）塔菲爾斜率與氧物質(zhì)的存在和種類相關(guān)。此外，F(xiàn)eOxHy@M(O)OH的析氧反應(yīng)起始電位與活性氧物種的新興電位一致，而完整的M(O)OH則存在較大的電位間隙。3）化學(xué)探針實驗表明，活性氧物質(zhì)可以充當(dāng)協(xié)同催化中質(zhì)子轉(zhuǎn)移和/或擴散的質(zhì)子受體和/或介體。這一發(fā)現(xiàn)為理解鐵基析氧反應(yīng)電催化劑的協(xié)同催化作用提供了新的見解。
Jiang, Q., Wang, S., Zhang, C. et al. Active oxygen species mediate the iron-promoting electrocatalysis of oxygen evolution reaction on metal oxyhydroxides. Nat Commun 14, 6826 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42646-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42646-z
3. Nature Commun.：光響應(yīng)型聚合物復(fù)合材料中的極化驅(qū)動可逆驅(qū)動
光響應(yīng)聚合物，特別是具有固有各向異性和偏振相關(guān)形變光響應(yīng)的無定形偶氮聚合物，對于遠(yuǎn)程控制、可調(diào)諧設(shè)備具有廣闊的前景。然而，動態(tài)控制所需的可逆性特性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了目前通過此類聚合物的塑性變形所能獲得的特性。在這里，挪威科技大學(xué)Emiliano Descrov將偶氮聚合物微粒以高密度嵌入橡膠彈性基質(zhì)中。 1）在最終的復(fù)合材料中，累積變形被可逆形狀切換所取代——兩個可逆自由度由寫入光束偏振唯一定義。2）研究人員直接通過作用于平面基底顯微鏡圖像的變形跟蹤算法來量化局部引起的應(yīng)變，包括小的蠕變損失。3）研究人員還推出了獨立式 3D 致動器，能夠平穩(wěn)地進行多種配置變化，包括扭轉(zhuǎn)、滾入、抓取式致動，甚至連續(xù)、無樞軸的形狀旋轉(zhuǎn)，所有這些都由具有受控偏振的單波長激光束控制。
Urban, D., Marcucci, N., W?lfle, C.H. et al. Polarization-driven reversible actuation in a photo-responsive polymer composite. Nat Commun 14, 6843 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42590-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42590-y
4. Nature Commun.：電催化片上微電池中反應(yīng)窗的實踐
為了提高催化效率，理解單個納米線/納米片的行為至關(guān)重要。開發(fā)的片上微單元通過創(chuàng)建暴露感興趣的催化劑區(qū)域的反應(yīng)窗口來促進這項研究。然而，由于經(jīng)常觀察到不同細(xì)胞之間的數(shù)據(jù)存在差異，該技術(shù)的潛在應(yīng)用受到限制。在這項研究中，湖南大學(xué)Yongmin He，Caitian Gao，南洋理工大學(xué)Zheng Liu發(fā)現(xiàn)非金屬催化劑反應(yīng)窗口中的電導(dǎo)問題是造成該問題的原因。1）研究人員使用原位電子/電化學(xué)測量和原子薄納米片作為模型催化劑來研究這個問題。2）研究結(jié)果表明，暴露整個催化劑通道的全開窗口可以有效調(diào)節(jié)電導(dǎo)，其比半開窗口高十倍。這個經(jīng)常被忽視的因素有可能顯著提高反應(yīng)過程中非金屬催化劑的電導(dǎo)率。3）在檢查了數(shù)十個電池后，研究人員開發(fā)了一種垂直微電池策略，以消除電導(dǎo)問題并提高測量重現(xiàn)性。研究為對非金屬單納米線/納米片催化劑進行可靠的微電池測量提供了指導(dǎo)。
Xia, H., Sang, X., Shu, Z. et al. The practice of reaction window in an electrocatalytic on-chip microcell. Nat Commun 14, 6838 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42645-0https://doi.org/10.1038/s41467-023-42645-0
5. Nature Commun.：通過CeO2-x/CoO1-x/Co雙界面結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用提高水煤氣變換反應(yīng)的反應(yīng)活性
催化劑內(nèi)的雙界面結(jié)構(gòu)能夠減輕催化過程中有害的完全吸附，但其構(gòu)建策略和機理的理解仍然非常缺乏。在這里，山東大學(xué)Chun-Jiang Jia，南開大學(xué)Jin-Cheng Liu，湖南大學(xué)Chao Ma利用周圍小CeO2-x島的顯著界面相互作用構(gòu)建了CeO2-x/CoO1-x/Co的高活性雙界面，該界面在催化水煤氣變換反應(yīng)中表現(xiàn)出高活性。1）動力學(xué)證據(jù)和原位表征結(jié)果表明，CeO2-x調(diào)節(jié)Co物質(zhì)的氧化態(tài)，從而在WGS反應(yīng)過程中生成雙活性CeO2-x/CoO1-x/Co界面。2）實驗和理論結(jié)果證實了由雙功能界面（包括CeO2-x/CoO1-x和CoO1-x/Co）獨立貢獻組成的協(xié)同氧化還原機制，其中CeO2-x/CoO1-x界面減輕了CO毒害效應(yīng)，CoO1-x/Co界面促進H2的形成。這些結(jié)果可以為催化劑內(nèi)制造雙界面結(jié)構(gòu)提供指導(dǎo)，并闡明多組分催化劑體系的機理。
Fu, XP., Wu, CP., Wang, WW. et al. Boosting reactivity of water-gas shift reaction by synergistic function over CeO2-x/CoO1-x/Co dual interfacial structures. Nat Commun 14, 6851 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42577-9https://doi.org/10.1038/s41467-023-42577-9
6. Nature Commun.：通過多尺度建模驅(qū)動的鋰金屬固體電解質(zhì)界面設(shè)計
由于其高能量密度，鋰金屬是未來儲能的有前途的電極。然而，其實際容量、可循環(huán)性和安全性在很大程度上取決于控制其與液體電解質(zhì)接觸的反應(yīng)性，這導(dǎo)致固體電解質(zhì)中間相（SEI）的形成。特別是，對于電解質(zhì)成分如何影響 SEI 形成及其控制過程缺乏基本的機制理解。在這里，卡爾斯魯厄理工學(xué)院Ulrike Krewer對碳酸鹽電解質(zhì)中鋰金屬的初始 SEI 形成進行了基于模型的深入分析。1）研究人員獲得了比同類分子動力學(xué)研究更大的長度和時間尺度。多尺度動力學(xué)蒙特卡羅/連續(xù)介質(zhì)模型顯示了1μs后形成的層狀、大部分無機SEI，由Li2CO3和Li頂部的LiF組成。它的形成可以追溯到各種電解質(zhì)和鹽分解過程的復(fù)雜相互作用。2）進一步揭示，低局部Li+濃度會產(chǎn)生更加馬賽克狀、部分有機的SEI，并且通過增加鹽濃度可以實現(xiàn)鋰金屬表面的更快鈍化。在此基礎(chǔ)上，提出了鋰金屬SEI的設(shè)計策略，并朝著知識驅(qū)動的SEI工程邁出了重要一步。Wagner-Henke, J., Kuai, D., Gerasimov, M. et al. Knowledge-driven design of solid-electrolyte interphases on lithium metal via multiscale modelling. Nat Commun 14, 6823 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42212-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-42212-7
7. Nature Commun.：通過水合五氧化二釩的異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程實現(xiàn)鋅離子熱充電電池的巨大熱電
柔性電源設(shè)備為物聯(lián)網(wǎng)中的可穿戴電子產(chǎn)品提供了可能性。然而，典型電池或電容器的容量或壽命不令人滿意，嚴(yán)重限制了它們的實際應(yīng)用。與傳統(tǒng)的熱電發(fā)電機不同，鋅離子熱充電電池一直是自供電解決方案的有力候選者，但缺乏有前景的正極材料限制了其性能的實現(xiàn)。在此，南京航空航天大學(xué)Xiaogang Zhang通過水合五氧化二釩的合理異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程提出了一種有吸引力的陰極材料。1）由于熱擴散和熱提取效應(yīng)的結(jié)合，熱電勢從7.8±2.6 mV K?1顯著提高到23.4±1.5 mV K?1。此外，準(zhǔn)固態(tài)電池實現(xiàn)了令人印象深刻的1.9 mW m?2 K?2的歸一化功率密度。2）由三個單元構(gòu)建的可穿戴電源可以通過收集人體熱量來驅(qū)動商業(yè)健康監(jiān)測系統(tǒng)。這項工作證明了可穿戴熱電應(yīng)用電極設(shè)計的有效性。
Li, Z., Xu, Y., Wu, L. et al. Enabling giant thermopower by heterostructure engineering of hydrated vanadium pentoxide for zinc ion thermal charging cells. Nat Commun 14, 6816 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42492-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42492-z
8. Nature Commun.：局域?qū)ΨQ性破缺單原子催化劑上CO2還原連續(xù)電制甲酸鹽
原子級配位工程是調(diào)節(jié)單原子催化劑（SAC）催化性能的有效策略。然而，迄今為止，它們的合理設(shè)計一直受到配位對稱性和催化性能之間缺乏普遍相關(guān)性的困擾。在此，中科院高能物理所Juncai Dong，國家納米科學(xué)中心Shenlong Zhao，中國計量大學(xué)Can Li通過微波加熱合成了平面對稱性破缺的CuN3(PSB-CuN3)SAC，用于電催化CO2還原。1）值得注意的是，所制備的催化劑在-0.73Vvs.RHE下對甲酸鹽的選擇性為94.3%，超過了對稱的CuN4催化劑（在-0.93 Vvs.RHE下為72.4%）。在配備PSB-CuN3電極的流通池中，在100小時的運行過程中，平均電流密度為94.4 mA cm?2時，甲酸選擇性保持在90%以上。2）研究人員通過將明確的結(jié)構(gòu)鑒定與原位X射線光譜和理論計算相結(jié)合，揭示了平面D4h構(gòu)型打破的固有局部對稱性誘導(dǎo)了非常規(guī)的dsp雜化，因此催化活性和金屬中心的微環(huán)境之間存在很強的相關(guān)性（即，配位數(shù)和畸變），對CuN3部分的甲酸鹽生產(chǎn)具有高度偏好。這一發(fā)現(xiàn)為設(shè)計具有特定局部對稱性的選擇性電催化高效SAC開辟了一條途徑。Dong, J., Liu, Y., Pei, J. et al. Continuous electroproduction of formate via CO2 reduction on local symmetry-broken single-atom catalysts. Nat Commun 14, 6849 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42539-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-42539-1
9. Nature Commun.：通過均相銅基分子催化劑實現(xiàn)節(jié)能的 CO2/CO 相互轉(zhuǎn)化
將二氧化碳（CO2）輕松轉(zhuǎn)化為商業(yè)上可行的碳原料提供了采用凈零碳情景的獨特方法。合成的CO2還原催化劑很少表現(xiàn)出節(jié)能和選擇性的二氧化碳轉(zhuǎn)化。在這里，印度理工學(xué)院孟買分校Arnab Dutta一氧化碳脫氫酶（CODH）酶藍(lán)圖是由氧化還原活性配體協(xié)調(diào)的分子銅絡(luò)合物模仿的。1）該策略揭示了合成分子復(fù)合物驅(qū)動的可逆CO2還原/CO氧化催化在調(diào)節(jié)條件下最罕見的例子之一，這是天然酶的標(biāo)志。2）銅配合物外圍包含質(zhì)子交換胺基團，為調(diào)節(jié)催化劑在有機和水介質(zhì)中CO2還原和CO氧化的偏差提供了余地。3）詳細(xì)的光譜電化學(xué)分析證實了在這種節(jié)能的CO2還原/CO氧化過程中，銅和氧化還原活性配體以及外圍胺的同步參與。這一發(fā)現(xiàn)對于減少多種工業(yè)流程中的無碳足跡至關(guān)重要。
Guria, S., Dolui, D., Das, C. et al. Energy-efficient CO2/CO interconversion by homogeneous copper-based molecular catalysts. Nat Commun 14, 6859 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42638-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42638-z
10. JACS：OSDA失配法合成無氟無籽純硅沸石吸附劑及其基質(zhì)
純硅沸石在烷烴/烯烴的氣體分離中起著至關(guān)重要的作用，烷烴/烯烴是低k介電材料，也是催化過程中限制金屬物種的堅固基質(zhì)。然而，環(huán)境友好的純硅沸石的合成仍然具有挑戰(zhàn)性，因為(1)水熱合成不可避免地利用了有毒的氟化物或脫鋁晶種，(2)晶化時間也較長。在這里，中科院大連化物所劉中民院士，Peng Guo提出了一種有效的方法，稱為OSDA失配法，用于以Si-SOD(富集四環(huán))為唯一硅源，無氟無籽合成純二氧化硅分子篩。 1）該方法可以快速、綠色地合成15種純硅沸石(CHA、*BEA、EuO、SFF、STF、-SVR、*-SWY、DOH、MTN、NON、*MRE、MEL、MFI、MTW和*STO)。2）此外，利用FIB、3D ED、4D-STEM、HRTEM、拉曼和29SiMAS核磁共振等先進表征技術(shù)，詳細(xì)研究了兩種重要的純硅CHA和BEA沸石(記為Si-CHA和SiBEA)不同的晶化機理。3）更重要的是，與在有毒的HF存在下合成的相比，Si-CHA表現(xiàn)出更好的丙烷/丙烯分離性能。此外，用這種方法制備的Si-BEA中加入了鋅物種，也使其在丙烷脫氫反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
Chao Ma, et al, Fluoride- and Seed-Free Synthesis of Pure-Silica Zeolite Adsorbent and Matrix Using OSDA-Mismatch Approach, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08484https://doi.org/10.1021/jacs.3c08484
11. ACS Nano：通過界面預(yù)鋰化策略釋放高容量陽極的潛力
對于現(xiàn)有的預(yù)鋰化技術(shù)來說，環(huán)境適應(yīng)性和均質(zhì)Li+補充路線的可擴展開發(fā)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)，限制了高容量陽極的全部潛力。在這項研究中，西北工業(yè)大學(xué)Yue Ma提出了一種耐濕的界面預(yù)硫化方法，即在硅基陽極上澆鑄一種疏水的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯薄膜和一種深鋰合金(Li22Si5@C/PVDF-HFP)。1）這一策略不僅可以擴展到各種高容量的陽極系統(tǒng)(SiOx@C，硬碳)，而且還可以與工業(yè)卷到卷組裝工藝保持一致。通過仔細(xì)調(diào)整預(yù)鋰化層的厚度，致密堆積的Si@C電極(4.5 mAh cm?2)顯示出顯著提高的初始庫侖效率直到接近單位值，以及極高的耐濕性(60%相對濕度)。2）此外，它還實現(xiàn)了電極上離子傳導(dǎo)性的10倍以上的提高。由于將預(yù)鋰化的Si@C陽極與LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2陰極配對，2 Ah袋式原型平衡了～371WH kg?1的能量密度和2450 W kg?1的極端功率輸出，以及1000次循環(huán)83.8%的容量保持率。3）中間合金的非晶態(tài)相跟蹤和空間排列分析表明，Li利用率的提高源于自發(fā)的Li+再分配過程的梯度應(yīng)力消散模型。
Helin Wang, et al, Unleashing the Potential of High-Capacity Anodes through an Interfacial Prelithiation Strategy, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c07869https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07869
12. ACS Nano：單分散雙摻雜FeS2上安培級硝酸鹽電還原制氨
NO3-電化學(xué)轉(zhuǎn)化為NH3(NO3RR)具有巨大的前景，可以同時產(chǎn)生有價值的NH3并減輕NO3-污染。在此，廣西大學(xué)Xijun Liu，蘭州交通大學(xué)Ke Chu報道了單分散Bi摻雜FeS2(Bi?FeS2)作為一種高效的NO3RR催化劑。1）Bi?FeS2的原子配位表征表明，孤立的Bi摻雜劑與其相鄰的Fe原子配位，產(chǎn)生非常規(guī)的p?d雜化Bi?Fe雙核位點。原位光譜測量結(jié)合理論計算表明，Bi?Fe雙核位點可以協(xié)同增強NO3- to NH3途徑的加氫能量，同時抑制競爭性析氫，從而產(chǎn)生高NO3RR選擇性和活性。2）因此，配備Bi?FeS2的專門設(shè)計的流通池在1023.2 mA cm-2的安培級電流密度下表現(xiàn)出83.7 mg h?1 cm?2的高NH3產(chǎn)率和接近100%的NO3? to NH3法拉第效率，以及100小時電解的優(yōu)異長期穩(wěn)定性，在所有報道的NO3RR催化劑中幾乎排名最高。
Guike Zhang, et al, Ampere-Level Nitrate Electroreduction to Ammonia over Monodispersed Bi-Doped FeS2, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c05946https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05946
