1. Science Advances：通過金屬配位和離子選擇性締合實現卓越的 n 型熱電離子凝膠
基于離子液體的離子凝膠由于其準固態、巨大的熱功率、高柔韌性和良好的穩定性而成為高效離子熱電轉換的有希望的候選者。p型離子凝膠表現出令人印象深刻的性能;然而，n型離子凝膠的發展相對滯后。近日，東華大學Wan Jiang，Lianjun Wang，萊布尼茨固體與材料研究所Qihao Zhang研制了一種由聚氧聚乙烯(PEO)、鋰鹽和離子液體組成的n型離子凝膠。1）鋰離子與乙醚氧的強配位以及離子優先締合產生的富陰離子團簇促進了陰離子的快速運輸，促進了伊士曼熵變，從而在50%相對濕度下具有巨大的負離子塞貝克系數(- 15毫伏/開爾文)和高電導率(1.86毫伏/厘米)。2）此外，三元混合物之間的動態可逆相互作用使離子凝膠具有快速自主自愈能力和綠色可回收性。所有基于PEO的離子熱電模塊都具有出色的熱響應(三個p-n對為- 80毫伏/開爾文)，顯示出低品位能量收集和超靈敏熱感測的巨大潛力。
Wei Zhao, et al, Exceptional n-type thermoelectric ionogels enabled by metal coordination and ion-selective association, Sci. Adv. 9 (43), eadk2098.DOI: 10.1126/sciadv.adk2098https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk2098
2. Science Advances：用于棲息和起飛機器人的電活性智能膠粘劑
棲息起跳機器人可以有效地節省機載能量，實現長續航。然而，棲息起飛機器人在移動目標上的動態棲息仍然具有挑戰性，原因是動態著陸的自主性較小，著陸時的沖擊力很大，對棲息表面的接觸適應性較弱。近日，西安交通大學邵金友教授，Hongmiao Tian提出了一種基于一體式電活性智能粘合劑的自感知、抗沖擊、可接觸的棲息和起飛機器人，用于可逆地棲息在運動/靜態的干/濕表面上，并節省車載能源。 1）其中，分立柱附著結構在不同的干/濕表面上具有接觸適應性，附著穩定，抗反彈；三明治狀人工肌肉減輕重量，增強阻尼，簡化控制，實現快速附著切換(開關比在幾秒鐘內接近∞)；靈活的壓力(每千帕卡0.204%)和變形(力分辨率，<250萬牛頓)傳感器使機器人能夠自主。2）因此，搭載電活性智能粘合劑的棲息起飛機器人表現出了軟性材料相對于剛性材料的巨大優勢，并具有在運動目標上動態棲息的良好應用前景。
Haoran Liu, et al, Electrically active smart adhesive for a perching-andtakeoff robot, Sci. Adv. 9 (43), eadj3133.DOI: 10.1126/sciadv.adj3133 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj3133
3. Science Advances：調節氧化物衍生銅的重構用于電化學 CO2 還原為正丙醇
氧化物衍生銅(OD-Cu)是用于將CO2還原為多碳產品的最有效且最可能實用的電催化劑。然而，在強還原條件下，OD-Cu從原始狀態到工作狀態的不可避免的但人們知之甚少的重建在很大程度上阻礙了多碳產品催化劑的合理構建，特別是正丙醇等C3產品。在這里，國家納米科學中心唐智勇研究員，國科大Ting Tan，哈工大Shaoqin Liu通過分子動力學模擬CuO和Cu2O轉化為衍生Cu的過程，發現CuO衍生Cu (CuOD-Cu)本質上比Cu2O衍生Cu (Cu2OD-Cu)具有更豐富的欠配位位點和更高的表面Cu原子密度。1）原位光譜分析表明，CuOD-Cu的配位數明顯低于Cu2OD-Cu的配位數，這使得CO2反應的動力學更快，并加強了*C2中間體(s)的結合。2）得益于豐富的欠配位Cu位點，CuOD-Cu具有顯著的正丙醇催化效率，最高可達17.9%，而Cu2OD-Cu則主要生成甲酸酯。
Chang Long, et al, Regulating reconstruction of oxide-derived Cu for electrochemical CO2 reduction toward n-propanol, Sci. Adv. 9 (43), eadi6119.DOI: 10.1126/sciadv.adi6119https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi6119
4. Science Advances：一種多功能心臟介入軟體機器人
在微創血管內手術中，外科醫生依靠低靈巧度和高縱橫比的導管來達到解剖目標。然而，心臟跳動中的環境帶來了少數解剖位置獨有的挑戰，使得介入工具很難靈活地操作并對心臟內靶點施加實質性力量。近日，波士頓大學Tommaso Ranzani展示了一個毫米級的軟機器人平臺，它可以在心臟入口處部署和自我穩定，并引導現有的介入工具朝向目標位置。1）在右心房內的兩個示范心內手術中，機器人平臺提供了足夠的靈活性來到達多個解剖目標，足夠的穩定性來保持與運動目標的持續接觸，以及足夠的機械杠桿來產生牛頓水平的力。2）由于該設備解決了微創心內介入的持續挑戰，它可能會使基于導管的介入的進一步發展成為可能。
Jacob Rogatinsky, et al, A multifunctional soft robot for cardiac interventions, Sci. Adv. 9 (43), eadi5559.DOI: 10.1126/sciadv.adi5559https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi5559
5. JACS：CoNi雙金屬酞菁聚合物電催化還原CO2
發展電催化劑并且研究催化劑的催化活性、選擇性、具有精確結構原子結構之間的關系是個非常大的挑戰。有鑒于此，中國科學技術大學江海龍、孟征等通過過渡金屬催化劑將四氰基苯成環，合成一系列具有高晶化度的金屬酞菁聚合物，這種共軛導電的骨架結構穩定的優勢，具有精確安裝的金屬位點，使得金屬酞菁聚合物成為獨特的電催化劑，而且能夠調控長程相互作用。1）構筑了Co和Ni雙金屬位點的pCoNiPc金屬酞菁聚合物，結合了pCoPc和pNiPc電催化還原CO2的優勢。金屬之間的距離為≥14個化學鍵，得到相互分離且相互聯系的原子催化位點。2）這種Ni和Co遠程結合策略實現了優異的電催化活性，H電解槽和流動相電解槽的電流密度分別達到-16 mA cm-2和-100 mA cm-2，CO的法拉第效率達到94 %，催化劑的穩定性達到>10 h，該催化劑是目前見諸報道的最好材料。
Yi Zhang, et al, Conductive Covalent Organic Frameworks of Polymetallophthalocyanines as a Tunable Platform for Electrocatalysis, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08594https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c08594
6. JACS：普魯士藍類似物中的k離子載玻片
普魯士藍類似物(PBAs)是一個歷史上重要的無機骨架材料家族，以其氣體儲存、催化、光物理、磁性和電化學性質而聞名。近日，牛津大學Andrew L. Goodwin研究了鉀化普魯士藍類似物(PBAs)中K+離子的協同偏心現象。1）發生這種偏離中心的主要變形機制被稱為“K-離子滑動”,它的起源被證明在于通過靜電和彈性應變的組合耦合的局部靜電偶極子之間的相互作用。2）研究人員使用同步加速器粉末X射線衍射測量，確定了一系列低空位K2M[Fe(CN)6] PBAs (M = Ni，Co，Fe，Mn，Cd)的晶體結構，并建立了組成、溫度和滑移變形量之間的經驗聯系。3）研究結果反映了共同的潛在物理負責鉀離子幻燈片及其演變與溫度和成分。由偶極相互作用和應變耦合的簡單模型驅動的蒙特卡羅模擬再現了實驗相行為的一般特征。此外，討論了研究對優化PBA鉀離子電池陰極材料的性能的影響，以及它與其他概念上相關的雜化鈣鈦礦中的畸變的相關性。
John Cattermull, et al, K?Ion Slides in Prussian Blue Analogues, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08751https://doi.org/10.1021/jacs.3c08751
7. JACS：一維配位聚合物的宏觀螺旋組裝:溶劑異構引發的螺旋度反轉
對于人工體系，特別是配位聚合物，組裝手性可控的宏觀螺旋并了解其形成機理是非常理想但具有挑戰性的任務。在這里，南京大學Jing Ma，Li-Min Zheng利用溶劑作為一種有效的工具來誘導手性配位聚合物(CP)的宏觀螺旋的形成并操縱它們的螺旋。1）選擇了一維管狀結構的Ni/R-，S-BrpempH2體系，其中R-，S-BrpempH2代表R-，S-(1-(4-bromophenyl)ethylaminomethylphosphonic酸)。在水中通過改變助溶劑可以控制自組裝的形態，在純H2O中形成R-，S-Ni(Brpemp)(H2O)·H2O(R-，S-2T)的扭曲帶，在20?%的甲醇/H2O或乙醇/H2O中形成針狀晶體R-，SnI(Brpemp)(H2O)2.1/3CH3CN(R-，S-1C)，在20%甲醇/H2O或乙醇/H2O中形成R-，S-Ni(Brpemp)(H2O)·H2O(R-，S-3F)納米纖維；R-，S-Ni(Brpemp)(H2O)·H2O(R-，S-4H或5H)在40%丙醇/水中的超螺旋。 2）有趣的是，超螺旋的螺旋度可以通過在水中使用丙醇異構體來控制。對于Ni/RBrpempH2體系，在40體積%NPA/H2O中得到了R-4H(M)的左旋超螺旋，而在40體積%IPA/H2O中得到了R5H(P)的右旋超螺旋。這些結果通過理論計算得到了合理的結果。吸附研究揭示了這些化合物的手性識別行為。這項工作可能有助于開發具有宏觀螺旋形態和有趣功能的手性CPS。
Jia-Ge Jia, et al, Macroscopic Helical Assembly of One-Dimensional Coordination Polymers: Helicity Inversion Triggered by Solvent Isomerism, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c05552https://doi.org/10.1021/jacs.3c05552
8. JACS：通過擴散粘附凝膠組裝制造形狀和圖案的超分子多重凝膠器物體
通過非共價相互作用由低分子量凝膠劑 (LMWG) 自組裝而成的超分子凝膠具有廣泛的應用，從潤滑等傳統行業到納米電子和再生醫學等新興領域。近日，約克大學David K. Smith報道了使用酸擴散來組裝核殼超分子凝膠珠，其核和殼中含有不同的低分子量凝膠劑（LMWG）。1）這些凝膠珠在包含 DBSCONHNH2 和已負載乙酸的瓊脂糖的核上生長出基于二亞芐基山梨醇的 DBS-COOH 的外殼。酸從核心擴散觸發殼組裝。DBSCONHNH2 的存在使得凝膠核心能夠負載金屬納米顆粒 (NP)，因為酰肼可原位還原金屬鹽。2）DBS-COOH 的 pH 響應性允許通過時間和空間控制來響應組裝殼。通過將多個凝膠珠固定在培養皿中，核心通過組裝的 DBS-COOH 凝膠殼相互連接——我們將這一過程稱為擴散粘附組裝。3）通過控制珠子之間的幾何形狀，可以對結構進行圖案化，并使用逐層方法來制造 3D 物體。如果一些珠子負載有堿性 DBS-羧酸鹽而不是 CH3COOH，它們就會充當擴散質子的“水槽”，從而防止 DBS-COOH 殼在附近組裝。這些珠子不會粘附在正在生長的凝膠物體的其余部分上，一旦擴散組裝完成，就可以簡單地去除它們，充當模板，并能夠制造 3D“壓印”多層凝膠結構。用 AuNP 或 AgNP 預加載凝膠珠可將這些功能單元懸浮在更廣泛的凝膠物體內精確定義的位置處的核心內。總之，這種方法能夠動態制造嵌入金屬納米粒子的成形和圖案凝膠，此類物體在軟納米電子學和再生醫學等領域具有潛在的下一代應用。
Chayanan Tangsombun and David K. Smith, Fabricating Shaped and Patterned Supramolecular Multigelator Objects via Diffusion-Adhesion Gel Assembly, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07376https://doi.org/10.1021/jacs.3c07376
9. AEM：鈉離子電池用非水性液體電解質
鈉離子電池（SIBs）在可持續性和成本優勢的驅動下，已被認為是極具潛力的電化學儲能設備之一。電解質作為最獨特的組件，不僅在絕緣電子電極的同時進行離子連接，而且還決定了在循環壽命、庫侖效率、能量密度和安全性方面性能的最終改進，是SIB實際應用的關鍵。近日，中國科學院崔光磊、Zhao Jingwen、Xu Gaojie對鈉離子電池中的非水性液體電解質進行了綜述研究。1) 作者首先討論了Na+離子電解質的基本設計原理，以及Na+陽離子在離子傳輸、鹽溶解和溶劑化結構方面的化學性質。然后，作者介紹了SIBs電解質領域的一系列重要實驗發現和戰略成果。 2) 此外，作者重點介紹了用于共嵌入石墨的醚基電解質、稀釋和高濃度電解質、寬溫度范圍電解質、不燃電解質、，不可或缺的電解質成分（功能添加劑和新型鈉鹽）。最后，作者對Na+-離子電解質的研究趨勢進行了詳細分析，以幫助未來不斷尋求更好的SIBs。
Chuanchuan Li, et al. Nonaqueous Liquid Electrolytes for Sodium-Ion Batteries: Fundamentals, Progress and Perspectives. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301758https://doi.org/10.1002/aenm.202301758
10. AEM：C60及其衍生物促進電催化和光催化
C60及其衍生物在合成高效電催化劑和光催化劑方面具有重要意義。這是因為電子受體的性質和獨特的異質結構和物理化學特性。近日，阿德萊德大學郭再萍、Zhang Shilin、武漢科技大學Wang Yuhua綜述研究了C60及其衍生物作為異質結構和“電子緩沖劑”在催化劑中的應用進展。1) 作者對制備C60復合催化劑的方法進行了評估和分類，并建立了通過C60及其衍生物在重要催化材料（包括半導體、碳基無金屬材料、金屬納米團簇、單原子和金屬-有機骨架）中提高催化性能的微觀機制。2) 作者對C60及其衍生物復合材料的重要特性進行了對比和評估，并確定了其開發的實際挑戰。作者展望了高效電催化劑和光催化劑的發展方向。結果表明，C60及其衍生物對具有結構完整性和增強電子傳輸性質，這有助于合成高效的電催化劑和光催化劑。
Zichao Xu, et al. C60 and Derivatives Boost Electrocatalysis and Photocatalysis: Electron Buffers to Heterojunctions. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302438https://doi.org/10.1002/aenm.202302438
11. AEM：利用非對稱Fe–Cu雙原子構型優化高效陰離子交換膜燃料電池中的Fe-3d電子脫局域化
精確設計不對稱雙原子構型并研究其電子調節作用，以提高氧還原反應（ORR）性能，對陰離子交換膜燃料電池（AEMFC）具有重要意義。近日，北京理工大學王博、Feng Xiao、Yang Wenxiu合成了一種Fe，Cu共摻雜的2D IISERP-MOF27納米片衍生的FeN3O-CuN4雙原子位點納米催化劑（命名為FeCu-NC），用于AEMFC的陰極。 1) 由于FeCu-NC催化劑中FeN3O-CuN4的最佳電子結構，它在KOH中表現出增強的半波電位（0.910V）、翻轉頻率（0.165e s?1site?1）和降低的活化能（19.96 kJ mol?1）。2) 基于FeCu-NC的AEMFC具有極高的動力學電流（在0.9 V時為0.138 A cm?2）和額定功率密度（1.09 W cm?2）。密度泛函理論計算進一步證明，Cu-N4可以打破Fe-3d軌道的局域化，加速電子傳輸，優化OH吸附，從而促進ORR過程。
Yarong Liu, et al. Optimizing Fe-3d Electron Delocalization by Asymmetric Fe–Cu Diatomic Configurations for Efficient Anion Exchange Membrane Fuel Cells. Adv. Energy Mater. 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302719https://doi.org/10.1002/aenm.202302719
12. AEM：無陽極鈉金屬電池低阻氟化鋁基板的合理設計
無陽極鈉金屬電池因其在沒有活性負極材料的情況下通過原位鍍有鈉金屬的集電器實現的高能量密度而備受關注。在此，京都大學Kazuhiko Matsumoto、Jinkwang Hwang報道了一種新的策略，通過使用氫氟酸退火和氟化來制造Al集流體，以優化其晶體取向和表面性質，從而建立高度可逆的Na沉積/溶解過程。1) 通過一系列的表征、電化學和計算分析，作者確定了（100）取向Al襯底的富F表面提供了高親和力的成核位點，引發并維持均勻的Na金屬沉積，并形成有利的固體電解質界面層。2) 無陽極Na金屬電池由處理過的Al基板、高質量負載的Na3V2（PO4）3正極和離子液體電解質組成，并且其在50次循環中實現了高平均庫侖效率（≈98%）。
Shengan Wu, et al. The Rational Design of Low-Barrier Fluorinated Aluminum Substrates for Anode?Free Sodium Metal Battery. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302468https://doi.org/10.1002/aenm.202302468
