1. Chem. Soc. Rev.：3D宿主鋰金屬陽極 鋰金屬陽極是可充電電池的一個有效選擇，因為它們的理論容量非常高，約為3860 mA h g?1。然而，鋰金屬陽極的不均勻電鍍/剝離導致嚴重的枝晶生長和庫侖效率低下，這限制了其實際應用。3D宿主策略是一種有效方法，它可以同時緩解體積變化和枝晶生長。近日，湖南大學 Liang Xiao綜述研究了3D宿主鋰金屬陽極。1) 作者概述了宿主材料在無枝晶應用中的調節機制，追溯了它們在五個關鍵階段的歷史發展和最新進展：材料質地選擇、親鋰改性、結構設計、多策略集成和實際實施。此外，宿主材料根據其材料質地進行分類，并對其各自的優點和缺點進行徹底分析。2) 此外，作者還概述了與實現宿主策略相關的障礙和復雜性。最后，作者討論了影響宿主材料電化學性能的決定因素，以及可能的設計標準和未來發展前景。該綜述旨在為研究人員設計用于電池鋰金屬陽極的宿主材料提供指導。
Xin He, et al. 3D-hosted lithium metal anodes. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D3CS00495C
2. JACS: 通過電解液體原料實現耐氧二氧化碳還原
當有O2存在時，電解CO2還原會失敗。發生這種失敗的原因是，從熱力學角度看，O2的還原比CO2的還原更有利。因此，在進入電解槽之前，必須從CO2進料中除去O2，這是昂貴的。在這里，不列顛哥倫比亞大學Curtis P. Berlinguette發現，使用液體碳酸氫鹽原料（例如，3.0 M KHCO3水溶液）而不是氣態CO2原料，可以有效且選擇性地減少CO2，而無需額外的去除O2的程序。1）這種效應之所以成為可能，是因為液態碳酸氫鹽溶液作為液態CO2載體，將高濃度的捕獲CO2輸送到陰極，而O2在水介質中的低溶解度在同一陰極表面保持低O2濃度。因此，使用液態碳酸氫鹽原料的電解槽在陰極創造了一個有利于二氧化碳而非氧氣還原的環境。2）通過使用100% CO2或100 %O2鼓泡的3.0 M KHCO3溶液，在100 mA cm?2下將CO2電化學轉化為CO，反應選擇性為65%，從而驗證了這一說法。3）使用氣態CO2原料進行的類似實驗表明，原料中僅0.5%的O2在電解1小時后就會使CO選擇性降低>90%。研究結果表明，液體碳酸氫鹽原料可以有效減少二氧化碳排放，而無需昂貴的除氧步驟。
Douglas J.D. Pimlott, et al, Oxygen-Resistant CO2 Reduction Enabled by Electrolysis of Liquid Feedstocks, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08930https://doi.org/10.1021/jacs.3c08930
3. JACS: 太陽能合成甲醇的潤濕性工程
用疏水性有機物設計表面的潤濕性在多相催化和大規模化學工業中具有多種應用；然而，其背后的機制可能超越眾所周知的疏水動力學優勢。在此，南京大學Yingfang Yao，多倫多大學Geoffrey A. Ozin，香港中文大學Lu Wang經過充分研究的In2O3甲醇合成光催化劑已被用作疏水處理的原型平臺，以增強其性能。1）通過這種策略，修改后的樣品促進了大范圍的甲醇生產率和選擇性的調整，分別優化為 1436 μmol gcat?1 h?1 和 61%。2）基于原位漂移和程序升溫解吸質譜，In2O3上的表面修飾的烷基硅烷涂層不僅通過排斥產生的極性分子來動力學增強甲醇合成，而且還提供表面活性H以促進隨后的加氫反應。從其在其他 CO2 加氫催化劑（包括 Fe2O3、CeO2、ZrO2 和 Co3O4）上的成功來看，這種潤濕性設計策略似乎具有普遍適用性。基于所發現的動力學和機械效益，疏水性烷基增強的氫化能力釋放了表面有機化學改性策略用于其他重要催化氫化反應的潛力。
Zhe Lu, et al, Wettability Engineering of Solar Methanol Synthesis, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07349https://doi.org/10.1021/jacs.3c07349
4. EES：石墨陽極的溫度響應溶劑化結構和界面化學
由于溶劑和陰離子與Li+的競爭配位，溫度的變化導致Li+的溶劑化結構發生轉變；然而，具體的變化及其對界面化學的影響仍不明確。復旦大學夏永姚、Dong Xiaoli系統研究了石墨陽極的溫度響應溶劑化結構、界面化學和電化學性能之間的相關性，以探究結構與性能之間的關系。1) 光譜分析和分子動力學模擬表明，在Li+的溶劑化結構中，溫度的升高導致Li+-陰離子相互作用增強，Li+-溶劑相互作用減弱。隨著溫度的升高，這容易產生陰離子主導的溶劑化鞘和相應的富無機固體電解質界面（SEI）。2) 考慮到溫度響應性溶劑化結構和熱還原的協同效應，在25℃下形成的SEI已成為一種穩定的富LiF無機膜，并具有中等厚度和低能壘，可用于Li+擴散。這些特性使石墨陽極在5 C時具有256 mAh g?1的倍率性能。此外，即使在?45℃時也具有50.4%的容量保持率。
Yanbing Mo, et al. Unraveling the temperature-responsive solvation structure and interfacial chemistry for graphite anode. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE03176D
5. EES：干燥空氣和表面活性劑的協同作用使水成為穩定高效鈣鈦礦太陽能電池的綠色溶劑
近年來，鈣鈦礦已成為重要的光伏材料，然而，它的制造通常使用有毒的有機溶劑。理想的解決方案是用溫和的水代替這些有害的溶劑。不幸的是，水的高表面張力通常導致Pb（NO3）2晶體島的生長，最終在鈣鈦礦膜中形態缺陷。在本研究中，陜西師范大學劉生忠、Zhai Peng報道了不同相對濕度下鈣鈦礦的結晶過程。 1) 研究發現，環境空氣中的水分對水性油墨的鋪展動力學和Pb（NO3）2的成核速率起著關鍵作用。油酸鉀（PO）是一種長烷基鏈陰離子表面活性劑，因此被設計用于降低水的表面張力。通過干燥空氣和油酸根陰離子的協同作用，可以很容易地獲得高質量、無針孔、晶粒尺寸增大的共形鈣鈦礦膜。2) 同時，PO對Pb（NO3）2結晶度的調節可以促進PbI2的進一步結晶，改善鈣鈦礦的形成動力學。因此，PO處理的PSC具有24.14%（0.09cm2）的功率轉換效率（PCE）。此外，作者首次在大面積（1cm2）上實現了22.09%的PCE。沒有任何保護的裸器件在連續的熱應力和光照下表現出優異的穩定性。
Yanrui Zhang, et al. Synergistic Effect of Dry Air and Surfactants Enables Water a Highly Promising Green Solvent for Stable and Efficient Perovskite Solar Cells. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02459H
6. Nano Lett：經黏膜遞送鼻納米疫苗以增強黏膜和全身免疫
鼻內疫苗可在黏膜表面入口處誘導保護性免疫應答，從而防止呼吸道病原體的入侵。然而，鼻屏障仍然是鼻內疫苗研發所面臨的主要挑戰之一。有鑒于此，蘇州大學劉莊教授和朱文俊博士開發了一種基于陽離子氟碳修飾的殼聚糖(FCS)的跨黏膜納米疫苗，并將其用于誘導黏膜免疫。1）在該系統中，FCS可以與模型抗原卵清蛋白和TLR9激動劑CpG發生自組裝，以有效促進樹突狀細胞的成熟和交叉呈遞。研究發現，該黏膜疫苗也能增強鼻內疫苗接種小鼠黏膜表面分泌型免疫球蛋白A(sIgA)的能力，并同時實現全身免疫球蛋白G(IgG)的有效產生。2）實驗結果表明，該黏膜疫苗可顯著抑制表達卵清蛋白的B16-OVA黑色素瘤的生長及其肺轉移。綜上所述，該研究成功構建了一種獨特的鼻腔遞送系統，其能夠實現跨黏膜上皮的抗原遞送，從而增強黏膜和全身免疫。
Yuchun Xu. et al. Transmucosal Delivery of Nasal Nanovaccines Enhancing Mucosal and Systemic Immunity. Nano Letters. 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c03419https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c03419
7. AEM：雙電子氧還原非貴金屬催化劑吸附氧的合理設計
分子氧可以通過4e?轉移途徑電化學還原為水，也可以通過2e?途徑電化學還原成過氧化氫，這在能量轉換和化學合成中具有重要意義。近日，華中科技大學夏寶玉、Guo Wei綜述研究了雙電子氧還原非貴金屬催化劑吸附氧的合理設計。1) 特定的氧還原反應（ORR）途徑取決于氧物種的吸附構型和狀態。精確控制活性位點上氧物種的吸附狀態是ORR催化劑設計和制備的關鍵指導原則。2) 作者簡要總結了用于調節氧在非貴金屬催化劑表面吸附狀態的策略，包括對氧中間體的吸附機制和狀態調節的深入了解，并特別關注產生H2O2的2e?ORR途徑。此外，作者還指出了非貴金屬氧還原催化劑領域仍然存在的持續挑戰，并對其未來發展前景進行了展望。
Chaohui He, et al. Rational Design of Oxygen Species Adsorption on Nonnoble Metal Catalysts for Two-Electron Oxygen Reduction. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303233https://doi.org/10.1002/aenm.202303233
8. ACS Nano：通過一步溶液沉積制備體異質結上轉換薄膜
由于難以制造具有高外量子效率（EQE）的固態薄膜，將近紅外光上轉換為可見光在應用中取得的成功有限。最近的發展通過使用電荷轉移態敏化過程擴大了固態三重態-三重態湮滅上轉換的相關材料的范圍。近日，斯坦福大學Daniel N. Congreve利用簡單的單步溶液處理方法，成功制備了由 Y6 和紅熒烯組成的體異質結 (BHJ) 上轉換薄膜。 1）這些薄膜可以在玻璃和聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 基材上制備，證明了這種制造技術的效率和多功能性。2）BHJ 具有與雙層類似的性能，并且測試了替代沉積方法，例如用墨水書寫和用棒涂層進行大面積沉積。3）這種上轉換系統在固態近紅外到可見光應用中顯示出巨大的前景，特別是光伏、夜視和防偽。此外，它代表了一種使用 BHJ 方法開發固態上轉換的簡便方法。未來的工作將側重于了解系統形態，以減少反向傳輸并提高 DBP 摻雜的功效。
Manchen Hu, et al, Bulk Heterojunction Upconversion Thin Films Fabricated via One-Step Solution Deposition, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c06955https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06955
9. ACS Nano：用于環境友好和生物相容性儲能的可生物降解高性能微型超級電容器
可生物降解和生物兼容的微尺度儲能裝置對環境友好型微電子和植入式醫療應用非常重要。近日，中科院大連化物所Xiaoyu Shi，吳忠帥研究員將三維打印技術與生物可降解材料相結合，實現了一種綜合性能良好的可生物降解、生物相容的微型超級電容器(BB-MSC)。1）由于電極的3D互連結構和精心設計的電解液，所制備的BB-MSC表現出比大多數生物降解器件更好的整體性能，包括1.8V的寬工作電壓、251 mF/cm2的高比電容、良好的循環穩定性和良好的耐低溫(?20°C)，表明器件即使在嚴寒環境中也具有可靠性和實用性。2）重要的是，BB-MSC在自然土壤中埋藏約90天后，已實現平穩降解，其植入不影響SD大鼠的健康狀況。因此，這項工作探索了設計和建造環境友好和生物兼容的微型儲能裝置的途徑。
Lu Wu, et al, A Biodegradable High-Performance Microsupercapacitor for Environmentally Friendly and Biocompatible Energy Storage, ACS Nano, 2023 DOI：10.1021/acsnano.3c06442https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06442
10. ACS Nano：電子擾動孤立的 Fe 配位結構以增強固氮
孤立配位結構的局域電子結構的調制在電催化中起著關鍵作用，但仍然是一個巨大的挑戰。在這里，阿卜杜拉國王科技大學Luigi Cavallo，Huabin Zhang通過將鐵自旋態從高自旋態(FeN4)調到中態(FeN2B2)，實現了孤立鐵配位結構的電子微擾。1）自旋極化的轉變促進了電子穿透到氮的反鍵π軌道，并有效地激活了氮分子，從而獲得了115μg h?1 mg?1cat的氨產率，法拉第效率為24.8%。2）原位光譜研究和理論計算表明，作為電子受體的B配位可以調節NxHy中間體在Fe中心的吸附能。FeN2B2位有利于NNH*中間體的形成，并降低了速率決定步驟的能壘，因此具有良好的固氮性能。
該策略為通過精確的電子微擾設計高效的電催化劑提供了一種有效的方法。
Bin Chang, et al, Electronic Perturbation of Isolated Fe Coordination Structure for Enhanced Nitrogen Fixation, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c06212https://doi.org/10.1021/acsnano.3c06212
11. ACS Nano：用于分子分離的具有有序蜂窩納米結構的柔性共價有機網絡
具有精確定義的納米結構的膜對于能量高效的分子分離是可取的。具有蜂窩晶格或拓撲納米孔的膜的出現是至關重要的。這種量身定制的納米結構和形態可能具有巨大的潛力來解決膜科學和技術中長期存在的瓶頸問題。在這里，受到蜂窩結構的啟發，中科大Jiangtao Liu展示了一種基于界面聚合(IP)的有效且可擴展的方法，以生成靈活且有序的共價有機網絡(CON)膜，用于液相分子分離。1）通過分子構筑塊之間的強共價鍵可以合理地設計CON膜的孔徑。2）IP法制備的CoN膜對分子有明顯的尺寸依賴性篩選，從低截留率逐步轉化為預期的高截留率。 3）此外，研究人員還發現CoN膜對四環素和環丙沙星具有篩選能力，這歸因于有序的單納米通道(<1 nm)的尺寸排斥效應。這種方法為從分子水平設計創建目標大小的通道提供了一種可行的策略，并展示了它們在精確分子分離方面的潛力。
Ayan Yao, et al, Flexible Covalent Organic Network with Ordered Honeycomb Nanoarchitecture for Molecular Separations, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c08028https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08028
12. ACS Nano：痕量添加劑的原子釘扎誘導高度可逆鋅金屬陽極的界面溶劑化
水系鋅金屬電池由于其高能量密度和低成本而被認為是有前途的儲能裝置。不幸的是，這種巨大的潛力目前被稱為枝晶生長和寄生反應的兩種云所掩蓋。在此，浙江大學陸盈盈教授，Yang Wang，Jingyun Huang引入微量甜蜜素（CYC-Na）作為電解質添加劑，提出了原子釘扎誘導的界面溶劑化機制來總結微量添加的影響。 1）具體來說，-NH-和-SO3基團的共吸附克服了翻環效應，并將CYC陰離子平行固定在Zn陽極表面附近，從而顯著改變了界面處的Zn2+溶劑化鞘層。2）該過程使表面Zn2+通量均勻化，并減少表面上的H2O和SO42?含量，從而消除副產物并平整Zn沉積。3）含有微量CYC-Na的電池可穩定循環3650小時，并且在56.9%的高放電深度下仍可循環330小時。因此，這項工作消除了對AZMB高效微量添加劑的迷霧。
Guosheng Duan, et al, Atomic Pinning of Trace Additives Induces Interfacial Solvation for Highly Reversible Zn Metal Anodes, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c07257 https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07257
