1. Nature Commun.：3D打印液態金屬聚合物復合材料作為近紅外響應4D打印軟機器人
4D 打印將 3D 打印與納米材料相結合，創造出具有刺激響應功能的變形材料。在這項研究中，昆士蘭大學Ruirui Qiao，Thomas P. Davis，南安普頓大學Shi-Yang Tang接枝到液態金屬納米顆粒上的可逆加成斷裂鏈轉移聚合劑成功應用于紫外光介導的立體光刻3D打印和近紅外光響應4D打印。1）通過一鍋法直接在 3D 打印樹脂中制備球形液態金屬納米粒子，為制造液態金屬聚合物復合材料提供了一種簡單有效的策略。2）與剛性納米粒子不同，納米粒子的柔軟和液態性質降低了 3D 打印材料的玻璃化轉變溫度、拉伸應力和模量。3）這種方法能夠實現復合材料的光熱誘導 4D 打印，正如 3D 打印復合材料的編程形狀記憶在光照射下 60 秒內快速恢復到原始形狀所證明的那樣。這項工作提供了在 4D 打印中使用液態金屬聚合物復合材料的視角，展示了它們在軟體機器人領域的應用潛力。
Zhang, L., Huang, X., Cole, T. et al. 3D-printed liquid metal polymer composites as NIR-responsive 4D printing soft robot. Nat Commun 14, 7815 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-43667-42. Nature Commun.：超耐用的無細胞生物活性水凝膠，具有快速形狀記憶和按需藥物釋放，用于軟骨再生骨關節炎是一種世界范圍內流行的疾病，給個人和醫療保健系統帶來了巨大的社會經濟負擔。在骨關節炎患者中實現軟骨再生在臨床上仍然具有挑戰性。在這項工作中，西安交通大學Yuxuan Yang，Yilong Cheng通過加聚反應構建了一種負載單寧酸和卡托皂苷元的多重氫鍵交聯水凝膠，作為體內軟骨再生的無細胞支架，其具有超耐用的機械性能和階段依賴性藥物釋放行為。1）研究證明，該水凝膠可以承受 28000 次加載-卸載機械循環，并在體溫下（30 秒）表現出快速形狀記憶，具有微創手術的潛力。2）研究發現水凝膠還可以減輕炎癥反應并調節原位氧化應激，以建立有利于愈合的微環境。3）研究發現，單寧酸和 Kartogenin 的順序釋放可以促進骨髓間充質干細胞遷移到水凝膠支架中，然后誘導軟骨細胞分化，從而導致體內全層軟骨再生。這項工作可能為解決軟骨再生問題提供一個有前景的解決方案。
Yang, Y., Zhao, X., Wang, S. et al. Ultra-durable cell-free bioactive hydrogel with fast shape memory and on-demand drug release for cartilage regeneration. Nat Commun 14, 7771 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-43334-83. Nature Commun.：功能性 Janus 結構化液體和氣凝膠由于兩面性結構在相對面上具有獨特的功能，因此具有獨特的性質，但尚未通過流動液體來實現。近日，不列顛哥倫比亞大學Mohammad Arjmand，巴斯克材料、應用和納米結構中心Stefan Wuttke，馬薩諸塞大學阿默斯分校Thomas P. Russell，滑鐵盧大學Milad Kamka通過將兩股納米顆粒分散體的水流加入非極性液體中，展示了這種 Janus 液體在其整個結構中具有可定制的納米顆粒 (NP) 分布。 1）使用這種各向異性集成平臺，可以使用磁性氧化石墨烯 (mGO)/GO、Ti3C2Tx/GO 或 GO 懸浮液將不同的磁性、導電或非響應 NP 在空間上限制在原始界面的相對兩側。2）所得的 Janus 液體可用作多功能、響應靈敏且機械堅固的氣凝膠的模板，適用于壓阻傳感、人體運動監測和具有調諧吸收機制的電磁干擾 (EMI) 屏蔽。EMI 屏蔽在波吸收方面優于當前的同類產品，即 SET ≈ 51 dB、SER ≈ 0.4 dB 和 A = 0.91，因為它們具有從微觀到宏觀尺度的高孔隙率以及不干擾的磁性和Janus 架構賦予的導電網絡。
Ghaffarkhah, A., Hashemi, S.A., Ahmadijokani, F. et al. Functional Janus structured liquids and aerogels. Nat Commun 14, 7811 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-43319-74. Nature Commun.：使用納米聚焦 X 射線探針揭示 Cu-Ag 串聯催化劑在電化學 CO2 還原過程中的協同效應控制二氧化碳電催化還原成增值化學品的選擇性仍然是一個重大挑戰。納米結構電催化劑中的體積和表面晶格應變影響催化活性和選擇性。在這里，柏林工業大學Peter Strasser通過先前未探索的原位納米聚焦 X 射線吸收光譜和布拉格相干衍射成像的組合，揭示了 Cu-Ag 串聯催化劑的協同晶格應變和穩定性效應的復雜動力學。1）三維應變圖揭示了單個納米粒子內部的晶格動力學作為施加電勢和產物產率的函數。導出了應變、氧化還原態、催化活性和選擇性之間的動態關系。2）適度的銀含量有效地減少了氫氣的競爭釋放，同時增強了腐蝕穩定性。這項研究的結果證明了先進的納米聚焦光譜技術的力量，可以為納米結構催化劑的化學和結構提供新的見解。
Frisch, M.L., Wu, L., Atlan, C. et al. Unraveling the synergistic effects of Cu-Ag tandem catalysts during electrochemical CO2 reduction using nanofocused X-ray probes. Nat Commun 14, 7833 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43693-25. Nature Commun.：用鈮鎧裝包裹夾雜物提高雙相不銹鋼耐腐蝕性能的設計煉鋼過程中不可避免地產生的非金屬夾雜物是致命的缺陷，往往會導致鋼材嚴重的腐蝕失效，導致災難性事故和巨大的經濟損失。過去幾十年來，人們為解決這一難題做出了廣泛的努力，但都沒有成功。在這里，東北大學Huabing Li提出了一種用耐腐蝕鈮鎧裝（Z相）包裹有害夾雜物的策略。1）經過系統的理論篩選，研究人員將少量Nb引入雙相不銹鋼（DSS）中，形成夾雜物@Z核殼結構，從而將夾雜物與腐蝕環境隔離。2）此外，Z相及其周圍基體均具有優異的耐腐蝕性能。因此，該策略有效地防止了夾雜物引起的腐蝕，從而成倍提高了DSS的耐腐蝕性能。該策略克服了長期存在的“夾雜物引起的腐蝕失效”的問題，并在一系列DSS和工業生產中被驗證為通用技術。
Zhang, S., Feng, H., Li, H. et al. Design for improving corrosion resistance of duplex stainless steels by wrapping inclusions with niobium armour. Nat Commun 14, 7869 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43752-8https://doi.org/10.1038/s41467-023-43752-86. Nature Commun.：一種聚合物束縛策略，可實現芬頓反應催化劑上的高金屬負載量基于合成具有高金屬負載量和分散性的二維碳負載金屬納米催化劑的多相催化劑的開發具有重要意義。然而，這種做法的發展仍然具有挑戰性。在這里，浙江理工大學Mingyang Xing，Weiyang Lv報道了一種自聚合限制策略，用于制造一系列負載量高達 30 wt% 的超細金屬嵌入 N 摻雜碳納米片 (M@N-C)。1）系統研究證實，豐富的兒茶酚基團用于錨定金屬離子和具有穩定配位環境的纏結聚合物網絡對于實現高負載量M@N-C催化劑至關重要。2）作為證明，Fe@N-C在芬頓反應中表現出雙重高效性能，以磺胺甲惡唑為探針，具有令人印象深刻的催化活性（0.818 min?1）和H2O2利用效率（84.1%），這是尚未同時實現的。3）理論計算表明，豐富的Fe納米晶體增加了N摻雜碳骨架的電子密度，從而通過降低H2O2活化的能壘，促進持久的表面結合·OH的持續生成。這種簡便且通用的策略為制造具有廣泛應用的各種高負載量多相催化劑鋪平了道路。
Wang, L., Rao, L., Ran, M. et al. A polymer tethering strategy to achieve high metal loading on catalysts for Fenton reactions. Nat Commun 14, 7841 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43678-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-43678-1 7. Nature Commun.：實現在水相中高效乙醇升級為長鏈醇的直接生長途徑將乙醇升級為長鏈醇（LAS、C6+OH）提供了一種有吸引力且可持續的碳中和方法。然而，實現 LAS 生產的有效碳鏈增長仍然是一個巨大的挑戰，特別是在水相中使用不含貴金屬的催化劑。在這里，廣東工業大學Tiejun Wang，Songbai Qiu，中科大熊宇杰教授報道了一種非常規但有效的策略，用于設計用于乙醇升級為 LAS 的高效催化劑，其中鎳催化位點通過硫改性可控地暴露在表面上。1）最佳催化劑的性能遠超之前的報道，在乙醇幾乎完全轉化（99.1%）的情況下實現了超高的 LAS 選擇性（15.2% C6OH 和 59.0% C8+OH）。2）原位表征和理論模擬表明，選擇性暴露的 Ni 位點對醛具有很強的吸附作用，但對副反應呈惰性，可以有效穩定和富集醛中間體，從而顯著提高 LAS 生產的直接生長概率。這項工作開啟了設計高性能非貴金屬催化劑以將含水乙醇升級為 LAS 的新范例。
Gu, J., Gong, W., Zhang, Q. et al. Enabling direct-growth route for highly efficient ethanol upgrading to long-chain alcohols in aqueous phase. Nat Commun 14, 7935 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43773-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-43773-38. EES：共溶劑的配位和痕量電離的協同作用實現可逆的鎂電鍍/剝離行為包括化學物質及其轉化過程的電解質化學對任何電池的安全穩定運行都至關重要。近日，青島科技大學Zhang Zhonghua、Li Guicun、中國科學院崔光磊報道了胺/醚共溶劑的配位和痕量電離的協同作用，以實現用于低成本可充電鎂電池的可逆鎂（Mg）-金屬陽極。1) 通過單晶X射線衍射、質譜和核磁共振測試，作者將獨特的二價[Mg（(amino）6]2+鑒定為活性離子物種。在微量溶劑電離的誘導下，部分質子化的烷基胺/醚陽離子可以與三氟甲磺酰胺（TFSI）陰離子化學結合，形成帶中性電荷的離子對，并減緩其在鎂金屬陽極上的分解。 2) 冷凍電子顯微鏡圖像和氧化氘（D2O）滴定測試揭示了電沉積中電解質陽極界面非常薄，MgH2的一個獨特成分與共溶劑的電離過程密切相關。通過調節共溶劑配位/電離過程，作者實現了優異的Mg電鍍/剝離可逆性和延長的循環壽命。
Min Wang, et al. Synergy of coordination and trace ionization from co-solvents enables reversible magnesium electroplating/stripping behavior. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02450D水性鋅離子電池（ZIBs）因其潛在優勢而在眾多鋰離子電池替代品中脫穎而出，包括增強的安全性、成本效益和生態友好性。然而，使ZIBs具有競爭力的金屬鋅（Zn）正受到枝晶生長和自發副反應（析氫反應和水誘導腐蝕）的困擾。近日，武漢紡織大學Yang Yingkui、香港城市大學支春義，中國科學院深圳先進技術研究院Guojin Liang綜述研究了水性鋅離子電池鋅陽極的工程主體。1) 這些不可避免的寄生反應降低了輸出能量/功率密度，縮短了鋅陽極的實際壽命，使ZIB無法進入實際的儲能系統。在此，作者系統總結了鋅陽極的主體設計策略，包括基底（鋅沉積物的容納）和界面（鋅陽極的保護）的制造。2) 此外，為了開發化學和電化學穩定的鋅陽極，作者深入闡明了調控策略的內在機制，同時為鋅陽極的合理設計提供了指導。該綜述為開發用于可持續ZIB的高性能鋅陽極提供了重要指導。
Yunhai Zhu, et al. Engineering hosts for Zn anode in aqueous Zn-ion batteries. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE03584K 10. EES：Na層狀氧化物中氧氧化還原的結構穩定性和長期循環性之間的不一致性3d過渡金屬層狀氧化物中氧陰離子氧化還原（OAR）的可逆性是其在可持續電池實際應用中的關鍵。然而，在長期電池運行過程中，陽離子結構有序化對OAR可逆性的影響機制仍不明確。在此，華東師范大學Li Chao通過比較帶狀P2-和P3-Na0.6Li0.2Mn0.8O2結構，來探索OAR的結構穩定性和長期可循環性之間的不一致性。1) 脫附的P3-Na0.6Li0.2Mn0.8O2中形成O型結構域的“少Li多Na”特征為帶狀結構的重建提供了驅動力，而脫附的P2-Na0.6Li0.2Mn0.8O2中形成的“多Li少Na”特征則沒有，從而使P3-Na0.6Li0.2Mn0.8O2結構具有更好的穩定性和良好的局部Mn?O配位可逆性。2) 此外，作者揭示了在P3-Na0.6Li0.2Mn0.8O2中發生的帶狀結構漸進損失和伴隨的緩慢局部結構重排將導致比P2-Na0.6Li0.2Mn0.8O2更差的OAR可循環性。因此，Li+的可逆平面外位移決定了OAR的可循環性，而不是結構的穩定性。
Hui Liu, et al. Inconsistency between superstructure stability and long-term cyclability of oxygen redox in Na layered oxides. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02915H11. AEM：界面雙配位效應引導可逆鋅金屬陽極均勻電沉積鋅金屬陽極的長期可逆電鍍/剝離是水性鋅離子電池（ZIBs）的一個關鍵方面。然而，它受到陽極/電解質界面處發生的不受控制電沉積和副反應限制。在金屬配位化學的指導下，浙江大學陸俊將一種新型添加劑二苯胺磺酸鈉（DASS）加入ZnSO4電解質中，以引導穩定可逆的鋅沉積。1) 理論計算和實驗結果表明，N、S位與Zn（Zn─N、 Zn─S）之間具有強烈的雙重協調效應，并且這種吸附的DASS層不僅可以防止H2O與陽極之間的緊密接觸以抑制界面副反應，還可以引導3D Zn2+離子擴散和均勻電沉積以抑制鋅枝晶。2) 因此，DASS添加劑能夠在1 mA cm?2（1 mAh cm?2）下實現長達2400小時的超長穩定循環，即使在20 mA cm?2中的超高電流密度下，也能實現250小時的穩定循環，這突出了陽極/電解質界面的可靠配位效應。
Jin Cao, et al. Interfacial Double-Coordination Effect Guiding Uniform Electrodeposition for Reversible Zinc Metal Anode. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302770https://doi.org/10.1002/aenm.202302770
