?崔屹Joule，張華AM丨頂刊日報20231110
1. Joule：用于定向輻射冷卻和加熱的角度選擇熱發射器
材料發射率可以通過調整輻射熱交換來提高冷卻和加熱系統的能源效率。然而，由于環境溫度的不均勻性，其實際節能往往面臨挑戰，例如建筑墻體在夏季既會遇到寒冷的天空，也會遇到炎熱的地面。匹配不均勻的溫度需要角度選擇性發射材料。斯坦福大學崔屹院士提出了一種用于定向熱發射控制的微楔結構。1) 該結構在定向發射方面具有大的寬帶對比度（0.9–0.1），角發射范圍由微楔幾何形狀控制，并可通過磁耦合進行調諧。角度選擇性發射器為室外垂直表面提供更好的日間輻射冷卻，從而節省10%-40%的冷卻能量，并有效地進行室內輻射供暖。2) 利用熱排放的定向特性為提高各種應用的能效開辟了新機會，如空間供暖和制冷、廢熱回收和太陽能熱發電。 
Jiawei Zhou, et al. Angle-selective thermal emitter for directional radiative cooling and heating. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.10.013https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.10.0132. Joule：用低成本無機表面膜穩定鎂鍍層實現高電壓、高功率鎂電池
具有無鹵化物電解質的鎂電池由于電解質分解而導致鎂金屬陽極的穩定性差。在此，滑鐵盧大學Linda F. Nazar報道了一種低成本的鎂支撐沸石膜來應對這一挑戰。1) 它大大減少了Mg/電解質界面上游離二甘醇二甲醚的數量，同時允許Mg2+陽離子容易地通過膜傳輸。作者證明了在四（六氟異丙氧基）硼酸鎂/二甘醇鎂電解質中無枝晶的Mg鍍層/剝離性能，并且壽命延長了750倍（超過6000小時），以及庫侖效率高達～98%。2) 與Mg陽極配對的Mo3S4陰極在200次循環中具有91%的容量保持率。此外，該膜保護高壓有機聚合物陰極中的可溶性物質不在陽極處通過穿梭而被還原，從而實現具有3.5V截止電壓的全電池，并且其具有320 Wh kg?1的高比能量密度和1320 W kg?1的功率密度。
Chang Li, et al. Stabilizing magnesium plating by a low-cost inorganic surface membrane for high-voltage and high-power Mg batteries. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.10.012https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.10.0123. Joule：可充電電池中的氫鍵化學
自20世紀20年代化學家提出并證實氫鍵（HB）以來，它在化學、生物學、物理學和材料領域發揮了非常重要的作用。然而，HBs在儲能器件中的作用一直被忽視。近日，南開大學Tao Zhanliang、中國科學技術大學Ren Xiaodi綜述研究了可充電電池中的氫鍵化學。1) 自2000年代以來，作者看到在一系列儲能設備中對HB化學的研究有了相當大的增長，并且HB可以微調電極和電解質性能，以提高儲能設備的電化學性能。2) 作者綜述了HB調節在電極材料、電解質和載體離子中的積極作用和作用機制，還批判性地討論了潛在的缺點。該綜述為調節電極材料和電解質中的HB提供了重要指導，以促進具有耐久性、能量密度、電壓耐受性和抗凍性的高性能可充電電池的研究。 
Tianjiang Sun, et al. Hydrogen-bond chemistry in rechargeable batteries. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.10.010https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.10.0104. JACS：三價金屬銦作為水系電池的高容量、高效率、低極化和長循環陽極
使用多價金屬的水系電池由于其低成本、高能量和高安全性而在能源儲存方面具有廣闊的前景。目前，二價金屬（鋅、鐵、鎳和錳）是主要選擇，但其庫侖效率低或枝晶生長。與此形成鮮明對比的是，三價金屬盡管能夠引發獨特的氧化還原反應，卻很少受到關注。在此，波多黎各大學里約彼德拉斯校區Xianyong Wu研究三價銦作為水性電池的創新型高性能金屬陽極。三電子In3+/In氧化還原賦予~700 mAh g?1的高容量，與鋅金屬相當。1）銦具有合適的氧化還原電位（-0.34 Vvs標準氫電極）和無枝晶電鍍工藝，可實現99.3?99.8%的超高庫侖效率。2）更令人驚訝的是，它在對稱電池中具有1 mV的極低極化，比任何報道的金屬低1?2個數量級。In-MnO2全電池還具有令人印象深刻的性能，電池電壓為~1.2 V，高容量為~330 mAh g?1，循環時間長達680次。研究工作證明了利用三價金屬作為優異金屬陽極的功效，這為構建高性能水系電池提供了令人興奮的方向。
Songyang Chang, et al, Trivalent Indium Metal as a High-Capacity, High-Efficiency, Low Polarization, and Long-Cycling Anode for Aqueous Batteries, J. Am. Chem. Soc.，2023https://doi.org/10.1021/jacs.3c086775. JACS：使用 Operando X 射線拉曼光譜追蹤丙烷氧化脫氫過程中氮化硼的活性相行為
六方氮化硼(hBN)是一種高選擇性催化劑，用于丙烷(ODHP)氧化脫氫生成丙烯。使用各種非原位表征技術，催化劑的活性歸因于無定形羥基氧化硼表面層的形成。ODHP反應機制通過表面介導和氣相傳播自由基反應的組合進行，兩者的相對重要性取決于表面與空隙體積之比。在這里，SLAC國家加速器實驗室Dimosthenis Sokaras，Simon R. Bare，威斯康星大學麥迪遜分校Ive Hermans展示了操作X射線拉曼光譜(XRS)的獨特能力，用于研究反應條件下催化劑的氧官能化（1mm外徑反應器，500至550°C，P=30kPaC3H8，15kPaO2，56千帕赫）。1）研究人員探討了水共進料對活化催化劑表面的影響，發現水從表面去除了羥基氧化硼，導致當表面反應占主導時反應速率較低，而當氣相貢獻占主導時反應速率提高。2）原子級表面轉變的計算描述與OCEAN代碼的高精度XRS光譜模擬相結合，使實驗觀察合理化。這項工作使XRS成為一種在工作條件下研究含輕元素催化劑的強大技術。 
Melissa C. Cendejas, et al, Tracking Active Phase Behavior on Boron Nitride during the Oxidative Dehydrogenation of Propane Using Operando X?rayRaman Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08679https://doi.org/10.1021/jacs.3c086796. EES：利用可再生能源將塑料廢物與海洋生物質混合轉化為增值產品
塑料與生物質混合的微塑料是海洋環境中新出現的污染物。隨著對塑料的需求急劇增加，開發減少海洋塑料廢物的有效方法是必要的。堿性熱處理（ATT）是一種極具潛力的熱化學轉化技術，其在中等條件下（<600°C，1個大氣壓）運行，并將碳固定為穩定的碳酸鹽（如Li2CO3和K2CO3）形式。碳酸鹽可以使用可再生能源（例如海上風能）電化學轉化為高純度碳納米管（CNT）。近日，哥倫比亞大學Ah-Hyung Alissa Park利用可再生能源將塑料廢物與海洋生物質混合轉化為增值產品在1) 作者在500-600℃下對聚乙烯和咸褐藻進行的新型電化學反應可以產生高純度（85%）的氫氣。來自海藻和塑料的大部分碳在由Li2CO3/K2CO3/LiOH組成的熔融電解質中轉化為碳酸根離子，并通過碳酸根離子的電紡以接近100%的庫侖效率轉化為碳納米管。2) 該研究為海洋塑料污染物的處理和升級提供了一種新的方法，通過生產高純度H2和純化的聚合物中間體進行增值循環，并通過熔鹽捕獲碳，然后可以使用可再生能源進行電化學轉化，生產高價值的碳納米管。
Jonah Williams, et al. Hybrid thermo-electrochemical conversion of plastic wastes commingled with marine biomass to value-added products using renewable energy. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02461J7. EES：同時存在的熱力學和動力學變量在優化葉片涂層有機太陽能電池中的作用
同時理解膜形成的熱力學和動力學機制對于在使用葉片涂層的高通量印刷技術制造的有機太陽能電池（OSC）中實現高功率轉換效率（PCE）至關重要。蔚山國立科學技術研究所Yang Changduk以四種不同外側鏈長度的非富勒烯受體（NFA）（YC2、YC6、YC8和YC11）為熱力學變量，全面研究了它們與不同加工共溶劑組成的相關性，并將其作為動力學變量。1) 葉片涂層的成膜過程包括初始、傳播和最終成膜階段，其熱力學和動力學高度依賴于NFA類型和加工共溶劑組成。NFA的外側鏈長度和加工共溶劑組成都控制著活性層的結晶行為和自聚集，這對于實現各自OSC的優化性能至關重要。2) 因此，基于YC2的葉片涂層OSC具有17.2%（4.2 mm2）和15.2%（1.05 cm2）的最佳PCE。該工作建立的活性層熱力學和動力學之間的關系有助于大面積OSC性能的提高。 
Yongjoon Cho, et al. Role of simultaneous thermodynamic and kinetic variables in optimizing blade-coated organic solar cells. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01189E8. EES：單原子位點與金屬納米聚集體相結合實現高效電催化
單原子催化劑（SAC）、金屬納米粒子催化劑和金屬納米簇催化劑由于各自的特性，在各種電催化反應中表現出優異的性能。含有金屬單原子（M1）位點和金屬納米聚集體（MNAs，包括納米顆粒和納米團簇）的復合催化劑有望整合各自的優勢，實現高效的電催化。近日，南昌大學 Chen Yiwang、Yuan Kai全面概述含金屬納米聚集體的單原子催化劑（MNA–SACs）的結構優勢和最新進展。1) 作者首先回顧了關于確定MNA–SACs中實際活性位點的爭論，并總結了MNA–SACs的結構特征和合成方法。作者還深入討論了MNA–SAC中M1位點和MNAs的關鍵協同作用。2) 此外，作者還概述了MNA–SAC在各種電催化反應中的最新進展。最后，作者強調了MNA–SAC的挑戰和發展前景。本文旨在對MNA–SAC進行全面綜述，以進一步啟發MNA–SAC的發展，并為高效電催化劑的合理設計提供新的思路。
Yonggan Wu, et al. Single-atom sites combined with metal nano-aggregates for efficient electrocatalysis. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02474A9. AM：在1H-MoS2納米片上對1T′-MoS2納米帶進行相控制生長
二維（2D）異質結構因其超薄厚度、無懸掛鍵和強光物質相互作用的特性，正在成為下一代電子學和光電子學中傳統半導體（如硅、鍺和氮化鎵）的替代選擇。然而，直接生長具有亞穩相異質結構，尤其是那些處于亞穩態的異質結構，仍然具有挑戰性。發展相控制的合成策略獲得特定相的2D過渡金屬二硫族化合物（TMDs）備受關注。近日，香港城市大學張華等報道了一種簡便的化學氣相沉積（CVD）方法，用于制備垂直 1H/1T′ MoS2異質相結構。1）通過簡單改變生長氛圍，可以在半導體1H-MoS2的頂部原位生長出半金屬性的1T′-MoS2，形成具有清晰界面的垂直半導體/半金屬1H/1T′ 異質相結構。2）基于1H/1T′ MoS2 異質相結構的集成器件呈現出典型的整流行為，其電流整流比約為103。3） 此外，基于1H/1T′ MoS2 的光電探測器在532納米波長下實現了1.07 A/W的響應度，并且具有低至10?11 A的超低暗電流。上述結果表明，1H/1T′ MoS2 異質相結構可能是未來整流器和光電探測器有希望的候選材料。更重要的是，該工作報道方法可能為定制TMDs的相鋪平道路，這可以幫助我們理解和利用相位工程策略，以提高電子器件的性能。 
Yongji Wang, et al. Phase-Controlled Growth of 1T′-MoS2 Nanoribbons on 1H-MoS2 Nanosheets. Adv. Mater., 2023DOI: 10.1002/adma.202307269https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.20230726910. ACS Nano：CoP納米顆粒包裹在介孔CoFeP納米立方體內增強OER
利用納米尺寸非貴金屬基材料制備的高效穩健的電催化劑用于析氧反應（OER）已經引起了廣泛關注。理解各種非貴金屬基納米結構的性能差異和結構-性能關系對于優化它們的應用至關重要。近日，延世大學Yusuke Yamauchi，日本國家材料科學研究所Yunqing Kang，西安交通大學Jun Zhou等報道了包覆在CoFeP外殼內的CoP納米顆粒（CoP/CoFeP）材料，并研究了其OER性能。1）介孔結構的CoFeP外殼有效促進了物質傳輸，提供了豐富的活性位點，并確保了CoP和CoFeP之間的雜化界面的可及性。因此，在堿性介質中， CoP/CoFeP納米立方體表現出卓越的析氧反應催化活性，在電流密度為10 mA cm?2時，過電位為266 mV，優于空心CoFeP納米立方體和商業RuO2。 2）實驗和理論計算研究表明，具有富含Fe摻雜外殼的CoP/CoFeP包覆結構促使CoP和CoFeP之間的電子相互作用，并加速了結構重構，暴露更多活性位點，從而提高了析氧反應的性能。該工作提供了結構與性質關系的理解，為開發用于大規模電化學水分解和其他可再生能源技術的高效非貴金屬電催化劑奠定了基礎。
Lei Fu, et al. Unlocking Catalytic Potential: Encasing CoP Nanoparticles within Mesoporous CoFeP Nanocubes for Enhanced Oxygen Evolution Reaction. ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c07270https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c07270
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