1. Chem. Soc. Rev.：電催化中的高熵合金
包含五種或五種以上接近等原子比例元素的高熵合金（HEAs）因其獨特的性能，如優異的強度、耐腐蝕性、高硬度和優異的延展性，受到了越來越多的關注。最近，HEA已被證明在電催化反應中具有優異的性能，需要進一步提高其活性，以確定其活性位點，研究組成元素之間的相互作用，并了解反應機制。近日，南開大學Yuan Zhong-Yong綜述研究了電催化中的高熵合金。1) 作者詳細介紹了HEA基電催化劑的合成方法、設計原理和表征技術的最新進展。此外，作者討論了HEAs在電催化能量轉換反應中的各種應用，包括析氫反應、氫氧化反應、氧還原反應、析氧反應、二氧化碳還原反應、氮還原反應和醇氧化反應。2) 作者旨在闡明與HEAs相關的活性位點、組成元素相互作用和反應機制的復雜性。最后，作者強調了迫在眉睫的挑戰，并強調了實驗和理論研究的重要性，以及HEAs在催化中的潛在應用。
Jin-Tao Ren, et al. High-entropy alloys in electrocatalysis: from fundamentals to applications. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D3CS00557G
2. Nature Catalysis：產物類似物結合鑒定顆粒甲烷單加氧酶的銅活性位點
膜結合顆粒甲烷單加氧酶（pMMO）可以催化甲烷氧化為甲醇。銅是pMMO活性所必需的，幾十年的結構和光譜研究試圖在三個候選位點中鑒定活性位點：CuB、CuC和CuD位點。美國西北大學Amy C. Rosenzweig、Brian M. Hoffman最近表明，將pMMO重建成天然脂質納米盤可以穩定其結構并恢復其活性。1) 作者將這種活性樣品與2，2，2-三氟乙醇進行培養，該產物類似物可用作活性位點探針。作者用脈沖電子核雙共振光譜和冷凍電子顯微鏡觀察了2，2，2-三氟乙醇和CuD位點之間的相互作用，表明CuD是甲烷氧化的位點。2) 此外，作者發現在平行樣品上使用這些正交技術是一種有效的方法，其可以避免解釋金屬酶冷凍電子顯微鏡圖譜的困難。
Frank J. Tucci, et al. Product analogue binding identifies the copper active site of particulate methane monooxygenase. Nature Catalysis 2023DOI: 10.1038/s41929-023-01051-xhttps://doi.org/10.1038/s41929-023-01051-x
3. Nature Commun.：實現鋁約束形狀記憶陶瓷的可逆相變
小尺寸形狀記憶陶瓷表現出優異的形狀記憶或超彈性特性，但將它們集成到基體材料中以及隨后實現可逆四方-單斜相變仍然是一個挑戰。在此，上海交通大學Qiang Guo，Di Zhang，南洋理工大學Chee Lip Gan制備了摻鈰氧化鋯（CZ）增強鋁（Al）基復合材料，宏觀和微觀力學測試表明，與純鋁相比，該復合材料的抗壓強度和能量吸收率提高了一倍多。1）當直拉單晶簇受到鋁基體的約束時，它們會實現完全奧氏體化，并且在復合材料微柱中觀察到由熱或應力刺激引發的可逆馬氏體轉變，而不會導致復合材料斷裂。2）這些結果是通過 Al 基體提供的強幾何限制、堅固的 CZ/Al 界面和有效傳遞機械載荷的局部三維粒子網絡/力鏈配置，以及適應基體的良好流動性來解釋的。相變過程中的體積變化。
Zheng, W., Shi, Y., Zhao, L. et al. Realizing reversible phase transformation of shape memory ceramics constrained in aluminum. Nat Commun 14, 7103 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-42815-0
4. Nature Commun.：定制鋅鈦合金的晶界穩定性以實現持久的水性鋅電池
固有不穩定界面產生的有害寄生反應和不受控制的沉積行為在很大程度上阻礙了水系鋅電池的實際應用。迄今為止，人們在界面的定制方面付出了巨大的努力，而晶界的穩定卻受到較少的關注。在這里，中南大學周江教授，梁叔全教授和Xiaotan Zhang證明通過合金化策略金屬間化合物在晶界的優先分布可以顯著抑制晶間腐蝕。1）深入的形態分析揭示了它們的熱力學穩定性，確保了可持續的效力。此外，吉布斯自由能降低導致的混合成核和生長模式有助于鋅核的空間均勻分布，促進致密的鋅沉積。2）這些綜合優點使得 Zn-Ti// NH4V4O10 全電池在超過 4000 次循環中具有 99.85% 的高鋅可逆性、在 10 mA cm?2 下穩定的充放電以及大約 3500 次循環中令人印象深刻的循環能力。值得注意的是，34 mAh 的多層軟包電池在 500 次循環后仍能保持穩定的循環。這項工作強調了對微觀結構的基本理解，并促進了晶界特性的精確調節，以實現高度可逆的鋅陽極。
Zhao, Y., Guo, S., Chen, M. et al. Tailoring grain boundary stability of zinc-titanium alloy for long-lasting aqueous zinc batteries. Nat Commun 14, 7080 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-42919-7
5. Nature Commun.：用于寬帶、高數值孔徑、高效、雙偏振模擬圖像處理的色散工程超表面
執行模擬圖像處理（例如空間微分和邊緣檢測）的光學超表面有可能減少處理時間和功耗，同時避免使用笨重的 4 F 透鏡系統。然而，當前的設計一直在空間分辨率、吞吐量、偏振不對稱性、工作帶寬和各向同性之間進行權衡。在這里，紐約城市大學Andrea Alù，Michele Cotrufo展示了色散工程提供了一種設計超表面的優雅方法，其中所有這些關鍵指標都得到同時優化。1）研究人員通過實驗證明了硅超表面能夠執行各向同性和雙偏振邊緣檢測，其數值孔徑高于 0.35，光譜帶寬在 1500 nm 左右為 35 nm。2）此外，引入了定量指標來評估這些設備的效率。由于低損耗特性和雙偏振響應，超表面具有很高的吞吐量效率，接近給定 NA 的理論最大值。3）研究結果為利用自由空間超表面進行低損耗、高效和寬帶光學計算和圖像處理鋪平了道路。
Cotrufo, M., Arora, A., Singh, S. et al. Dispersion engineered metasurfaces for broadband, high-NA, high-efficiency, dual-polarization analog image processing. Nat Commun 14, 7078 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-42921-z
6. Nature Commun.：金屬納米催化劑表面結合二氧化碳自由基陰離子的直接時間分辨觀察
為了準確理解二氧化碳還原的基本步驟，必須對金屬納米催化劑上的表面結合中間體進行時間分辨識別。由于技術挑戰，缺乏對初始電子轉移到CO2以形成表面結合的CO2??自由基的直接觀察。在這里，中科大Jun Ma，巴黎薩克雷大學Mehran Mostafavi使用皮秒脈沖輻射分解通過水電子附著產生CO2??，并觀察明確的納米級金屬位點的穩定過程。1）研究人員將時間分辨方法與分子模擬相結合，識別了三種典型金屬納米催化劑：銅、金和鎳的表面結合中間體，其具有特征瞬態吸收帶和從納秒到秒時間尺度的獨特動力學。2）通過改變重要因素（例如催化劑尺寸和電解質中陽離子的存在）進一步研究界面相互作用。這項工作強調了基本的超快光譜學，以闡明二氧化碳催化還原機制中關鍵的初始步驟。
Jiang, Z., Clavaguéra, C., Hu, C. et al. Direct time-resolved observation of surface-bound carbon dioxide radical anions on metallic nanocatalysts. Nat Commun 14, 7116 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42936-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-42936-6
7. Nature Commun.：用于 C-H 官能化的無金屬光陽極
有機半導體，如氮化碳，當以粉末形式使用時，表現出有吸引力的光催化性能，但其光電化學性能受到電荷傳輸能力低、載流子復合和自氧化的影響。通過先進的薄膜生成技術，高薄膜-基底親和力和精心設計的異質結結構可以解決這些問題。在這里，馬克斯·普朗克膠體與界面研究所Felix F. Loeffler，Oleksandr Savateev介紹了用多用途聚合物和超分子前體對導電基底進行旋涂預處理，然后通過化學氣相沉積來合成雙層氮化碳光電極。1）這些光電極由多孔微管頂層以及多孔膜和導電基底之間的中間層組成。2）該聚合物提高了氮化碳的聚合度并引入C-C鍵以增加其導電性。3）這些氮化碳光電極表現出最先進的光電化學性能，并在 C-H 官能化方面實現了高產率。4）這種氮化碳光電極合成策略可以很容易地適應其他報道的工藝以優化其性能。
Zhang, J., Zhu, Y., Njel, C. et al. Metal-free photoanodes for C–H functionalization. Nat Commun 14, 7104 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42851-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42851-w
8. Nature Commun.：開發氮化碳中的 Ni 單原子位點以實現高效光催化 H2O2 生產
光催化雙電子氧還原生產高價值過氧化氫（H2O2）作為一種有前途的研究途徑越來越受歡迎。然而，整個光合H2O2系統中催化活性位點的結構演化機制仍不清楚，嚴重阻礙了高活性和穩定的H2O2光催化劑的開發。在此，北京工業大學Kun Zheng，中科大Qinghua Liu，中國科學院理化技術研究所張鐵銳報道了一種高負載量Ni單原子光催化劑，用于在純水中高效合成H2O2，在420nm處實現了10.9%的表觀量子產率和0.82%的太陽能化學轉化效率。 1）研究人員利用原位同步加速器X射線吸收光譜和拉曼光譜，直接觀察到初始Ni-N3位點在O2吸附后動態轉變為高價O1-Ni-N2位點，并進一步演化形成關鍵的*OOH中間體，最后形成HOO-Ni-N2。2）理論計算和實驗進一步表明，活性位點結構的演化降低了*OOH的形成能壘，抑制了O=O鍵的解離，從而提高了H2O2的生產活性和選擇性。
Zhang, X., Su, H., Cui, P. et al. Developing Ni single-atom sites in carbon nitride for efficient photocatalytic H2O2 production. Nat Commun 14, 7115 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42887-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42887-y
9. PNAS：熱活化觸發La2CoxMn2-xO6的光催化性能
La基鈣鈦礦（LaBO3）具有優異的光學性能。然而，它的價帶（VB）電位不足以達到化學鍵（如芐基C–H）斷裂所需的氧化電位，這限制了它在光催化中的應用。在此，中國科學院生態環境科學研究中心Ma Chunyan、Song Maoyong報道了熱活化對芐基C–H和水性H–O離解能降低的影響，從而觸發La2CoxMn2-xO6鈣鈦礦的光催化活性。 1) 作者發現，在甲苯的選擇性氧化和CO2的還原中，光催化是底物轉化的主要貢獻者。特別是，La2Co1.5Mn0.5O6表現出優異的催化性能，產物產率為550.00 mmol gcat?1，甲苯轉化率為22866.67μmol gcat?1h?1。2)該發現深入了解了熱活化在光催化中的具體作用，這對于打破和克服VB障礙以實現具有挑戰性的反應至關重要。
Cheng Chen, et al. Triggering photocatalytic performance of La2CoxMn2-xO6 via heat activation. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2310004120https://doi.org/10.1073/pnas.2310004120
10. AEM：A位缺陷棉球狀鈦酸鈣鈦礦納米顆粒室溫出溶的CdS納米點高效可見光產H2
納米顆粒出溶后進行化學處理（“chemistry at a point”）是用于智能設計可見光活性光催化劑等功能材料的極佳方法。不幸的是，通常使用的熱還原方法對于低熔點金屬和化合物，如Cd和CdO，不可行。近日，圣安德魯斯大學John T. S. Irvine等報道了一種水熱法制備在棉球狀鈣鈦礦支撐體上出溶的CdS納米點的方法。1）這種基于鈦酸鈣的光催化劑是先通過水熱法處理，然后在室溫下進行硫化處理合成的。2）水熱法路線中通過在鈦酸鈣晶格中引入氫氧根團，實現了Cd2+的A位摻雜。3）通過出溶形成CdS，在可見光下只需將5 mol.%的Cd摻雜到鈦酸鈣中，即可實現高達3050 μmol g?1 h?1的產H2質量活性。4）此外，強的CdS-載體相互作用使得其在紫外-可見光和可見光照射下具有良好的循環穩定性。該工作首次報道了在室溫下出溶CdS納米點，并且該材料展示出高的光催化活性。
Shreyasi Chattopadhyay, et al. Room Temperature Exsolution of CdS Nanodots on A-site Deficient Cotton-Ball Like Titanate Perovskite Nanoparticles for H2 Production Under Visible Light. Adv. Energy Mater., 2023DOI: 10.1002/aenm.202301381https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202301381
11. AEM：水性鋅碘電池：從電化學到儲能機理
作為極具潛力的儲能技術之一，水性鋅碘電池仍存在能量密度低、碘轉化動力學慢和聚碘穿梭等嚴重問題。近日，浙江農林大學Hu Yong、浙江師范大學Wang Haiyan綜述研究了鋅─I2電池的最新發展，重點研究了碘的電化學轉化及其潛在的工作機制。 1) 作者從碘轉化、鋅陽極的電化學和鋅─I2電池的基本原理入手，介紹了鋅─I2電池中存在的科學問題。作者對應對鋅─I2電池中陰極、陽極、電解質和隔膜挑戰的具體策略也進行了闡述。2) 為了加深對鋅─I2電池電化學的理解，作者對不同鋅─I2電池的潛在工作機制的進行了詳細總結。最后，作者還提供了鋅─I2電池的一些指導方針和研究方向。
Hui Chen, et al. Aqueous Zinc-Iodine Batteries: From Electrochemistry to Energy Storage Mechanism. Chem. Soc. Rev. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302187 https://doi.org/10.1002/aenm.202302187
