1. Chem. Rev.：二維過渡金屬二硫族化合物的等離子體處理二維過渡金屬二硫族化合物（TMDs）為基礎納米科學和各種技術應用提供了重要機會。由于它們在納米尺度上的特殊性質，如可調帶隙和強光與物質的相互作用，使它們在光電子和能量收集設備中極具應用潛力。TMD器件的性能主要由其結構、組成、尺寸、缺陷及其界面狀態決定。TMDs的許多性質都受到合成方法的影響，因此許多研究都集中在加工具有可控物理化學性質的高質量TMDs上。基于等離子體的方法是成本效益高、可控性好、可擴展的技術，最近受到研究人員的廣泛關注。近日，麥克馬斯特大學Peter Kruse、謝里夫理工大學Abdolreza Simchi對二維過渡金屬二硫族化合物的等離子體處理進行了綜述研究。1) TMDs對等離子體的反應性為TMDs的表面改性提供了許多機會，包括功能化、缺陷工程、摻雜、氧化、相工程、蝕刻、形態變化和表面能變化。為此，作者全面回顧了等離子體在TMDs領域的所有作用。2) 作者介紹并討論了TMDs等離子體處理和改性背后的基礎科學及其在不同領域的應用，并強調了未來的前景和挑戰，以證明TMDs的重要性和表面工程在下一代光電子應用中的重要性。
Saeed Sovizi, et al. Plasma Processing and Treatment of 2D Transition Metal Dichalcogenides: Tuning Properties and Defect Engineering. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00147https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00147化學反應的性能在很大程度上取決于多相催化中材料的電子和/或幾何結構。Sabatier原理已經通過改變組成來調整催化材料的電子結構，為優化催化劑設計提供了概念框架。除了組成之外，催化劑的幾何原子結構，包括臺階、邊緣、臺階、扭結和角，對化學反應的活性和選擇性也有很大影響。近日，中國科學技術大學Li Weixue、Liu Jinxun綜述研究了多相催化中的晶相工程。1) 晶相工程對催化劑的電子和幾何構型產生實質性的改變，從而能夠控制配位數、形態特征和表面原子的排列。因此，調節結晶相是提高催化材料穩定性、活性和選擇性的重要策略。2) 盡管如此，對性能如何取決于催化劑的晶相仍不明確，這主要是由于缺乏各種晶相活性位點的分子水平研究。在這篇綜述中，作者主要評估催化性能對晶相的依賴性，以闡明多相催化固有的挑戰和復雜性，最終旨在改進催化劑設計。
Jian-Wen Zhao, et al. Crystal-Phase Engineering in Heterogeneous Catalysis. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00402https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c004023. Science Advances：高分子離子束的高靈敏度單分子檢測 氣相蛋白質分析受益于具有高效率和精確空間分辨率的檢測器。盡管現代二次電子倍增器已經滿足了許多分析要求，但對于能量低于當前加速后檢測中使用的大分子來說，仍需要其他方法。先前的研究已經證明了超導探測器對飛行時間質譜中高能粒子的敏感性。在這里，維也納大學Markus Arndt證明超導納米線探測器非常適合四極桿質譜分析，并在低沖擊能量下表現出出色的量子產率。1）在能量低至 100 eV 時，這些探測器的靈敏度超過傳統離子探測器三個數量級，并且它們提供了通過沖擊能量和電荷來區分分子的可能性。2）研究人員展示了這些緊湊而靈敏的設備的三項進展：二維離子束輪廓的記錄、氣相光化學實驗以及先進的低溫電子學，為高度集成的探測器鋪平了道路。
Marcel Strau?, et al, Highly sensitive single-molecule detection of macromolecule ion beams, Sci. Adv. 9 (48), eadj2801.DOI: 10.1126/sciadv.adj2801https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj28014. Science Advances：受聽覺音調啟發的單線可重構和耐損傷傳感器矩陣傳感器矩陣在機器人、航空、醫療保健和工業機械等各個領域都至關重要。然而，傳統的傳感器矩陣系統常常面臨可重構性有限、接線復雜、魯棒性差等挑戰。為了解決這些問題，香港科技大學Zhengbao Yang引入了一種單線可重構傳感器矩陣，該矩陣能夠符合三維曲面并抗串擾和斷裂。1）頻率定位技術受到聽覺音調的啟發，通過疊加具有唯一頻率標識的所有傳感器單元的信號，將輸出線的數量從行×列減少到單線。2）傳感器單元通過共享冗余網絡連接，為重新配置提供了很大的自由度并有助于快速修復。3）單線頻率定位技術在兩個應用中進行了演示——壓力傳感器矩陣和壓力-溫度多模態傳感器矩陣。此外，還展示了其在監測飛機機翼應變分布方面的潛力，強調其在簡化接線和提高穩健性方面的優勢。
Zhihe Long, et al, One-wire reconfigurable and damage-tolerant sensor matrix inspired by the auditory tonotopy, Sci. Adv. 9 (48), eadi6633. DOI: 10.1126/sciadv.adi6633https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi66335. Nature Commun.：用于高能鋰離子電池的缺氧惰性相穩定高壓富鎳正極 將層狀正極推向更高的工作電壓，有利于實現高能鋰離子電池。然而，材料表面以高脫氫狀態釋放的氧物種會與電解液發生嚴重反應，加速材料的結構劣化，引發熱降解。在這里，北京理工大學Li Li，陳人杰教授提出了一種具有豐富的氧空位(約41%)的La2Mo2O9惰性相，通過調節退火溫度來設計陰極界面，使之超越傳統的修飾。1）以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2為模型體系，并推廣到更高電壓操作的LiCoO2和富鋰陰極，我們證明了引入的La和Mo離子將轉移電子，增強表面氧的電負性，從而起到“氧錨”的作用，減緩放氧。2）此外，由于β相La2Mo2O9本身具有較高的氧空位形成能，可能釋放的氧可以被La2Mo2O9相沉積層捕獲和保存。從根本上減少了氧物種與電解液的反應，從而有效地緩解了結構惡化，提高了電化學性能，使1.5 Ah袋式充電池在400次循環后容量損失可忽略不計的6.0%。
Dai, Z., Li, Z., Chen, R. et al. Defective oxygen inert phase stabilized high-voltage nickel-rich cathode for high-energy lithium-ion batteries. Nat Commun 14, 8087 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43792-0https://doi.org/10.1038/s41467-023-43792-0
6. Nature Commun.：在酸中電化學還原硝酸鹽使高效氨合成和高壓污染型燃料電池成為可能
目前的研究大多集中在堿性/中性介質下電化學硝酸鹽還原反應合成氨，而酸性條件下硝酸鹽還原的研究很少見報道。在這項工作中，香港城市大學支春義教授，深圳大學Ying Guo，中國科學院深圳先進技術研究院Chao Peng展示了本質上較差的析氫活性的 TiO2 納米片在酸性條件下選擇性快速地將硝酸鹽還原為氨的潛力。 1）與鐵酞菁雜化后，所得催化劑由于增強的硝酸鹽吸附、抑制析氫并降低速率決定步驟的能壘而顯著提高了氨形成的效率。2）研究人員開發了一種堿酸混合硝酸鋅電池，其開路電壓為1.99 V，功率密度為91.4 mW cm-2。此外，環境硫回收可以由上述混合電池提供動力，并且可以開發肼/硝酸鹽燃料電池以同時進行肼/硝酸鹽轉化和發電。這項工作展示了酸性硝酸鹽還原在氨電合成中的誘人潛力，并拓寬了能量轉換領域。
Zhang, R., Li, C., Cui, H. et al. Electrochemical nitrate reduction in acid enables high-efficiency ammonia synthesis and high-voltage pollutes-based fuel cells. Nat Commun 14, 8036 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43897-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-43897-6
7. Nature Commun.：亞50 nm鈣鈦礦型鉭基氮氧化物單晶具有增強的光分解水活性
在通過常用金屬氧化物和碳酸鹽前體的熱氮化合成鈣鈦礦型過渡金屬氧氮化物光催化劑中，提高結晶度和最小化粒徑之間存在長期的權衡。在這里，克服了這一限制，信州大學Kazunari Domen通過二硫化鉭、金屬氫氧化物（A (OH)2) 和熔鹽熔劑（例如 SrCl2）作為前體。1）用定制的 Ir-Pt 合金@Cr2O3 助催化劑修飾的 SrTaO2N 納米晶體比之前報道的 SrTaO2N 光催化劑更有效地產生 H2 大約兩個數量級，Z 型 SrTaO2N 的太陽能到氫能轉換效率創紀錄為 0.15%水分解。2）研究結果使得能夠通過熱氮化合成鈣鈦礦型過渡金屬氮氧化物納米晶體，并為制造用于高效太陽能轉換的先進長波長響應顆粒光催化劑鋪平了道路。
Xiao, J., Nakabayashi, M., Hisatomi, T. et al. Sub-50?nm perovskite-type tantalum-based oxynitride single crystals with enhanced photoactivity for water splitting. Nat Commun 14, 8030 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43838-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-43838-3
8. JACS：用于水氧化的銥配合、對稱性破壞的氧化錳納米催化劑
水氧化反應是制氫和其他可持續化學中最重要的反應，由生物光系統II中的Mn4CaO5簇有效催化。然而，合成的錳基多相電催化劑在溫和條件下在中性pH值下表現出較差的催化活性。對稱性破壞的錳原子及其通過在生物團簇中有效氧化電荷積累的協同機制是重要的教訓，但多相電催化劑的合成策略尚未成功開發。在這里，韓國科學技術院Hyungjun Kim，首爾大學Ki Tae Nam報道了一種晶體學扭曲的錳氧化物納米催化劑，其中Ir原子打破了從I41/amd到P1的空間群對稱性。 1）尖晶石中的四面體Mn(II)部分被Ir取代，令人驚訝地產生了前所未有的晶體結構。2）研究人員使用TEM分析了氧化錳的扭曲晶體結構，并研究了少量Ir的存在如何促進Mn原子的電荷積累。
Sunghak Park, et al, Iridium-Cooperated, Symmetry-Broken Manganese Oxide Nanocatalyst for Water Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07411https://doi.org/10.1021/jacs.3c07411
9. JACS：用于水下粘合劑的彈性液滴網絡
生物材料的功能源于自組裝過程形成的復雜層次結構。在這里，加州大學歐文分校Seunghyun Sim報道了液滴彈性網絡的動力學捕獲自組裝及其在堅韌和快速水下粘合劑中的應用。1）這種復雜的結構是由可擴展的小分子前體的一鍋混合物制成的。2）液-液相分離伴隨著硅烷醇水解、縮合和兩性離子自締合，產生具有互連液滴的粘彈性固體。3）這些分層的微觀結構提高了韌性，并使一系列基材能夠在水下粘合，為快速水下修復或緊急傷口護理提供了堅固的粘合劑平臺。
Hyuna Jo and Seunghyun Sim, Elastic Network of Droplets for Underwater Adhesives, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c10528https://doi.org/10.1021/jacs.3c10528
10. JACS：銅摻雜提升金團簇電催化二氧化碳還原性能
揭示電催化二氧化碳還原反應（eCO2RR）中納米合金催化劑的協同效應，特別是Cu金屬存在的情況下，至關重要。然而，由于缺乏合適的結構明確的單金屬和雙金屬類似物作對比，這一研究遇到了重大挑戰。近日，首爾國立大學Taeghwan Hyeon，Yun Jeong Hwang，重慶大學Qing Tang等報道一具有精確結構的AuCu納米合金團簇催化劑，[Au15Cu4(DPPM)6Cl4(C≡CR)1]2+（Au15Cu4，DPPM：bis(diphenylphosphino)methane，HC≡CR：3,5-bis- (trifluoromethyl)phenylacetylene））。通過該團簇與具有相似結構的純Au團簇[Au18(DPPM)6Br4]2+（Au18）eCO2RR的對比，揭示了AuCu的協同效應對提升eCO2RR性能的關鍵作用。1）Au15Cu4團簇催化劑可通過一鍋法高產率大量的合成。單晶結構分析表明，Au15Cu4團簇的金屬部分由兩個互相穿插的不完全的實心二十面體（Au9Cu2和Au8Cu3）組成，由6個DPPM，4個Cl，和一個炔基配體保護。2）Au15Cu4團簇及其單金屬結構類似物Au18是良好的模型系統，用于闡明Au和Cu金屬在eCO2RR中原子協同效應。研究表明，Au15Cu4是非常好的eCO2RR催化劑，表現出 >90%的高CO法拉第效率（FECO），該效率遠高于未摻雜的Au18（FECO在-3.75 V 時為 60%）。此外，Au15Cu4在-3.75 V 下表現出高達 -413 mA/cm2 的工業級CO分電流密度，是Au18的2倍。3）DFT計算表明，Cu 摻雜引起了該催化劑的協同效應，暴露的AuCu雙金屬位點是eCO2RR活性中心。DFT模擬還表明，特殊的AuCu雙金屬位點協同協調了d態的適度轉變，從而增強其整體催化性能。 該工作關于合金納米團簇協同效應以及異金屬協同性在催化中的作用所獲得的原子學見解將有助于設計用于其他化學和能量轉換反應的先進的基于納米團簇的催化劑。
Guocheng Deng, et al. Copper Doping Boosts Electrocatalytic CO2 Reduction of Atomically Precise Gold Nanoclusters. J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08438https://doi.org/10.1021/jacs.3c08438
11. AM：CuInS1.97的Cu-In缺陷雙位點電催化還原CO2制備乙醇
從CO2電化學合成多碳化學品受到廣泛研究關注。但是，如何同時改善CO2制備乙醇的產率并且保證催化劑的穩定性非常困難。有鑒于此，湖南大學王雙印、滑鐵盧大學Bohua Ren等報道通過電化學插嵌策略修飾硫缺陷，從而通過Cu-C和In-H化學鍵的軌道雜化，增強電子離域，實現穩定Cu(I)活性位點。1）研究發現，通過缺陷以及Cu位點配合有助于C-C偶聯反應，In位點具有較好的氧親和性，因此從熱力學和動力學角度，生成*CHO的反應決速步的能壘降低，并且有助于生成乙醇的關鍵*OCHCHO*物種。2）在電催化CO2轉化為乙醇的反應中，這種雙重催化位點催化劑的電催化乙醇部分電流密度達到409±15 mA cm-2，穩定的電催化時間達到120 h。而且電催化劑組裝為流動電解器件，能夠在5.7 A工業級電流密度穩定工作36 h，碳損失低于2.5 %，單程碳轉化效率達到19 %。
Guobin Wen, et al, Cu-In Dual Sites with Sulfur Defects Toward Superior Ethanol Electrosynthesis from CO2 Electrolysis, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202310822https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202310822
12. ACS Nano：具有葉子啟發的納米陷阱陣列的Bi2O3/Gd2O3元氣凝膠可實現高效的X射線吸收
X 射線利用率的不斷提高導致對高效屏蔽材料的需求不斷增長。然而，現有的鉛基材料存在X射線吸收范圍窄、重量大、剛性大等問題。受天然樹葉能在受限細胞中通過葉綠素和類胡蘿卜素有效吸收光的啟發，東華大學丁彬教授，Yang Si通過操縱一維Bi2O3和Gd2O3納米纖維的三維受限組裝，設計了具有X射線納米陷阱陣列的超輕、超彈性納米纖維Bi2O3/Gd2O3偏氣凝膠(BGAs)。1）BGAs可以協同地吸收來自互補能量范圍的X射線光子進入納米陷阱，并誘導與Bi2O3和Gd2O3納米纖維的循環碰撞，最大化有效的X射線衰減。2）該偏氣凝膠具有高效X射線屏蔽效率(60?83%，16?90keV)、超低密度(10 mg cm?3)和超彈性的綜合性能。這些偏氣凝膠的生產為開發下一代X射線防護材料和提高X射線成像系統的分辨率提供了一條途徑。
Li Xu, et al, Bi2O3/Gd2O3 Meta-Aerogel with Leaf-Inspired Nanotrap Array Enables Efficient X?Ray Absorption, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c09063https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09063
