1. Nature Materials：聚合物電降解的自主顯示介電聚合物作為電絕緣材料在電子設備和電氣系統中無處不在。介電聚合物的電降解往往會引發許多設備和系統的災難性故障，但其檢測和預警仍極具挑戰性。在這里，清華大學He Jinliang、Li Qi實現了聚合物電降解的自主顯示。1) 作者報道了一種通用的材料策略，該策略通過明顯的顏色變化來發出視覺上可辨別的警告，以發出介電聚合物電降解的信號。這種顏色變化是由與聚合物混合的分子指示劑的顯色反應引起的，在聚合物的電降解過程中，分子指示劑被原位產生的氧自由基化學活化。2) 作者揭示了介電聚合物的結構退化和電學性能與色差之間的定量關系。這樣的顯色過程是自主的，不需要人為干預或其他外部能量，從而提供了降低甚至消除介電故障風險的便利。
Xiaoyan Huang, et al. Autonomous indication of electrical degradation in polymers. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01725-8https://doi.org/10.1038/s41563-023-01725-82. Nature Energy：高性能鋰離子電池富鎳層狀陰極的近表面重建鋰離子電池中富鎳層狀正極材料的不穩定性歸因于其不穩定的表面反應性。這種反應性導致在陰極表面上形成殘留的鋰雜質，并與電解質發生嚴重的副反應。在這里，漢陽大學Sun Yang-Kook報道了高性能鋰離子電池富鎳層狀陰極的近表面重建。 1) 作者提出了一種使用鈷溶解水的洗滌工藝，以同時去除殘留的鋰并在富鎳層狀陰極上形成保護涂層。洗滌通過與殘留的鋰化合物反應誘導近表面結構重建，從而防止電解質與富鎳表面之間的直接接觸。2) 通過洗滌，陰極上的額外氟涂層阻礙了鹽的分解，防止副產物在電解質-陰極界面引發自催化副反應，從而抑制循環過程中的氣體生成。這些近表面重建策略延長了富鎳陰極的循環壽命，并滿足了下一代電池在實際應用中的能量密度、耐用性和安全性要求。
Hoon-Hee Ryu, et al. Near-surface reconstruction in Ni-rich layered cathodes for high-performance lithium-ion batteries. Nature Energy 2023DOI: 10.1038/s41560-023-01403-8https://doi.org/10.1038/s41560-023-01403-8
3. Nature Commun.：氫化硼催化合成多元金屬間化合物催化劑
負載型金屬催化劑常因材料失效和金屬-載體相互作用弱而在惡劣條件下快速降解。在這里，西安交通大學Shengchun Yang，Bin Wang，華中科技大學Yonggang Yao使用還原氫化的硼苯原位合成小尺寸(~2.5 nm)、高密度分散(高達80wt%的鉑)和良好的穩定性的鉑/B/C催化劑，這些催化劑源于形成的Pt-B鍵，理論上是Pt-C的~5倍強。1）研究人員在Pt/B/C模塊的基礎上，合成了一系列(~18種)碳負載的納米鉑金屬間化合物催化劑，其尺寸均小于4 nm。2）由于穩定的金屬間化合物和較強的金屬-載體相互作用，1000°C的熱處理不會導致這些納米顆粒的燒結。它們在電催化氧還原反應中的活性和穩定性也有很大的提高。3）因此，通過引入硼化學，氫化的硼苯衍生的多元催化劑能夠實現小尺寸、高負載量、穩定的錨定和靈活的組成的協同作用，從而顯示出高度的通用性，朝著高效和持久的催化。
Zeng, X., Jing, Y., Gao, S. et al. Hydrogenated borophene enabled synthesis of multielement intermetallic catalysts. Nat Commun 14, 7414 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43294-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-43294-z
4. Nature Commun.：局域電場對CuxO納米顆粒界面多電子還原的加速作用
調節活性中心局部微環境中的電子傳遞速率和離子濃度可以克服CO2電還原動力學慢和熱力學不利的缺點。然而，動力學和熱力學的同時優化受到合成限制和對機理理解不足的阻礙。在這里，香港城市大學Ruquan Ye，香港中文大學唐本忠院士，萊斯大學Boris I. Yakobson，華東理工大學Minghui Zhu，新加坡A*STAR的Shibo Xi利用激光輔助制造來合成尖端角度可控的CuxO雙金字塔和豐富的納米顆粒，并闡明了電子傳輸/離子濃度與電催化性能之間的關系的機理。 1）K/OH?吸附實驗和有限元模擬證實了尖端強電場的貢獻。原位傅里葉變換紅外光譜和差示電化學質譜揭示了臨界CO/OCCOH中間體和產物的動態演化，并輔之以理論計算，闡明了Cu+/Cu2+界面上增強耦合的熱力學貢獻。2）通過調節電子輸運和離子濃度，在~900 mA cm?2時獲得了高達81%的法拉第效率。硝酸鹽還原反應也有類似的提高，每毫克催化劑可獲得81.83 mg h-1氨產率。結合CO2RR和NITRR系統證明了對煙道氣體和硝酸鹽廢物進行評估的潛力，這為碳-氮循環提出了一種實用的方法。
Guo, W., Zhang, S., Zhang, J. et al. Accelerating multielectron reduction at CuxO nanograins interfaces with controlled local electric field. Nat Commun 14, 7383 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-43303-1
5. Nature Commun.：用于光纖分布式聲學傳感的具有超高消光比的片上硅電光調制器
超高消光比 (ER) 光調制對于實現各種應用的高性能光纖分布式聲學傳感 (DAS) 至關重要。大型聲光調制器（AOM）作為DAS的關鍵器件之一，已經使用多年，但其相對較大的體積和較高的功耗正成為阻礙超緊湊、節能DAS系統發展的瓶頸是實踐中要求很高的。這里，浙江實驗室Yunjiang Rao，Bigeng Chen基于多個耦合微環的片上硅電光調制器（EOM）被證明具有高達68 dB的超高ER，而器件尺寸和功耗分別僅為260 × 185 μm2和3.6 mW，這比典型的 AOM 至少低兩個數量級。1）這種片上EOM已成功應用于DAS，具有?71.2 dB rad2 /Hz (4 pε/ √Hz)的超高靈敏度和?68.1 dB rad2 /Hz的低空間串擾噪聲，這與使用 AOM 的用戶。這項工作可能為通過集成具有批量生產能力的片上光電器件和模塊來實現下一代超緊湊DAS系統鋪平道路。
Cheng, Z., Shu, X., Ma, L. et al. On-chip silicon electro-optical modulator with ultra-high extinction ratio for fiber-optic distributed acoustic sensing. Nat Commun 14, 7409 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43244-9https://doi.org/10.1038/s41467-023-43244-9
6. Nature Commun.：強驅動光激發半金屬石墨的增強光導率和多體效應
在電子能帶結構極值附近的準粒子激發是凝聚態中電子相變的通道。在多體系統中，準粒子動力學受到電子單粒子結構的強烈影響，并在弱光激發區得到了廣泛的研究。然而，在強光激發下，光場相干地驅動載流子，導致新量子相的多體相互作用的動力學在很大程度上仍然沒有解決。在這里，巴塞羅那科學技術學院M. Reduzzi1 & J. Biegert，T. P. H. Sidiropoulos通過在石墨中范霍夫奇點附近的電荷載流子的強烈光激發來誘導出這樣一個高度非平衡的多體態。1）研究人員用阿秒軟X射線核能級光譜研究了該系統向強驅動光激發態的演化。 2）研究發現光電導的提高幾乎是量子電導的十倍，并將其準確地歸因于平帶內的載流子激發。3）這種相互作用機制對載流子-載流子相互作用具有很強的抵抗力，相干光學聲子作為一種讓人聯想到超導的吸引力。強驅動非平衡態明顯不同于單粒子結構和宏觀電導率，是非絕熱多體態的結果。
Sidiropoulos, T.P.H., Di Palo, N., Rivas, D.E. et al. Enhanced optical conductivity and many-body effects in strongly-driven photo-excited semi-metallic graphite. Nat Commun 14, 7407 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43191-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-43191-5
7. AM: 噴墨打印光子纖維素納米晶體圖案
天然來源的纖維素納米晶(CNCS)是一種細長的雙折射納米顆粒，可以在水中進行膽甾體自組裝，生成充滿活力的、結構有色的薄膜。因此，它們是在打印可伸縮光子涂層和定制圖案時用作可持續且經濟高效的油墨的理想候選者。然而，固著液滴的小體積和大表面積通常會導致快速蒸發，導致縮微膠片具有咖啡色樣的形貌和非常弱的著色性。在這里，劍橋大學Silvia Vignolini展示了直接通過不相容油層的噴墨打印液滴可以立即抑制水分損失，從而減少內部質量流動和更長的膽固醇自組裝時間。1）每個縮微膠片的顏色由液滴的初始成分決定，通過利用不同油墨的多個較小液滴的疊印和結合，可以根據需要調整液滴的顏色。2）這使得能夠產生具有復雜光學行為的多色圖案，例如角度相關的顏色和偏振選擇性反射。3）最后，通過加入可降解添加劑，可以使陣列對刺激(如紫外光、極性溶劑)做出響應。這套功能特性促進了用于智能比色標簽或光學防偽應用的噴墨打印光子數控陣列。
Cyan A. Williams, et al, Inkjet Printed Photonic Cellulose Nanocrystal Patterns, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202307563https://doi.org/10.1002/adma.202307563
8. AM:單一鉑錨定C4原子團的雙金屬MOF衍生碳構建具有超高功率密度和自變化能力的超級燃料電池
追求高功率密度和低鉑催化劑負載量是開發高性能燃料電池（FC）的巨大挑戰。在此，北京化工大學Junqing Pan提出了一種通過比電雙層電容（EDLC）+ORR并聯放電實現超高輸出功率的新型超級燃料電池（SFC），這是使用新制備的催化劑，即雙金屬MOF衍生的空心上的單原子鉑來實現的多孔碳納米棒（PtSA/HPCNR）。1）基于PtSA-1.74/HPCNR的SFC具有比20%Pt/C基FC高3.4倍的瞬態比功率密度和13.3倍長的放電時間，并且具有獨特的原位自充電和儲能能力。2）XAFS、AC-HAADF-STEM和DFT計算表明，錨定在碳缺陷上的Pt單原子的協同效應顯著提高了其電子轉移、ORR催化活性、耐久性和倍率性能，實現了快速“ORR+EDLC”并聯放電機制來克服傳統FC緩慢的ORR過程。前景廣闊的SFC開辟了一條提高超低Pt負載量FC功率密度的新途徑。
Lulu Chai, et al, Bimetallic-MOF Derived Carbon with Single Pt Anchored C4 Atomic Group Constructing Super Fuel Cell with Ultrahigh Power Density and Self-change Ability, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202308989https://doi.org/10.1002/adma.2023089899. AM：用于個性化血管內栓塞的預成型 4D 光固化超堅韌有機凝膠微線圈使用微彈簧圈的血管內栓塞可以是治療動脈瘤的有效技術。然而，具有固定設計的微線圈很難適應所有動脈瘤類型。近日，中國科學院深圳先進技術研究院Tiantian Xu，深圳大學Shiwei Du提出了一種光固化超韌形狀記憶有機凝膠，其固化時間僅為2秒，具有兆帕級的機械性能。1）研究人員用它制造了線徑僅為0.3毫米的個性化4D微線圈。提高的機械模量（511.63 MPa）可以降低微線圈在栓塞過程中斷裂的可能性。此外，快速體溫觸發的形狀記憶能力使得4D微線圈適用于體內。2）這些4D微線圈最終被輸送到兔子體內，并成功阻斷了不同動脈瘤內的血流，新生內皮細胞和膠原纖維緊密地生長在微線圈表面，表明動脈瘤已完全恢復。這種 4D 有機凝膠微線圈有可能用于人類的個性化臨床翻譯。
Shu Wang, et al, Pre-shaped 4D Photocurable Ultra-Tough Organogel Microcoils for Personalized Endovascular Embolization, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202308130https://doi.org/10.1002/adma.202308130
10. ACS Nano：具有廣譜抗氧化活性的碳化釩納米片用于肺纖維化治療
特發性肺纖維化是一種由氧化應激引起的慢性高致死性肺疾病，目前仍缺乏針對其氧化應激發病機制的高效抗氧化治療策略。開發一種具有理想性能的抗氧化材料對于實現更好的抗纖維化效果而言至關重要。有鑒于此，許昌學院何偉偉教授、中國科學院高能物理研究所王黎明研究員和河南大學黃永偉教授構建了一種能夠作為抗氧化劑的V4C3納米片(NSs)，其可以通過清除活性氧和活性氮的方式治療肺纖維化。 1）輕微的自氧化可以調整V4C3 NSs的價態組成，并顯著改善其抗氧化行為。研究發現，價態工程能夠觸發電子轉移、H原子轉移和類酶催化等多種抗氧化機制，使得V4C3納米材料具有廣譜、高效和持久的抗氧化性能。2）實驗結果表明，該V4C3 NSs具有良好的抗氧化特性和生物相容性，可通過清除ROS、抗炎和重建抗氧化防御機制等途徑顯著防止肌成纖維細胞增殖和細胞外基質異常，從而緩解博萊霉素誘導的肺纖維化進展。綜上所述，該研究不僅能夠為設計性能優良的抗氧化納米材料提供重要借鑒，也為利用抗氧化納米材料治療肺纖維化等氧化應激相關疾病提供了概念證明。
Quan Liu. et al. Vanadium Carbide Nanosheets with BroadSpectrum Antioxidant Activity for Pulmonary Fibrosis Therapy. ACS Nano. 2023 DOI: 10.1021/acsnano.3c06105https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c06105
