1. Nature Commun.：通過動力學控制實現具有可定制中間相的有序介孔納米纖維的一維定向自組裝一維（1D）納米材料因其迷人的物理化學性質而引起了廣泛的研究興趣，然而，一維多孔納米材料的直接自組裝和對其孔隙率的控制仍然面臨著巨大的挑戰。在此，復旦大學趙東元院士，Wei Li，香港城市大學王鉆開教授報道了一種單膠束定向自組裝方法，用于制造具有均勻直徑、高縱橫比和有序介孔結構的一維介孔納米結構。1）該策略的特點是引入六亞甲基四胺作為固化劑，可以巧妙地控制單膠束自組裝動力學，從而能夠形成高質量的一維有序介觀結構。同時，可以通過改變反應物化學計量比來精確控制膠束結構，從而產生從3D立方(Im-3m)到2D六方(p6mm)對稱性的可定制中間相。2）更有趣的是，所得介孔納米纖維可以大規模組裝成3D分層冷凍凝膠。介孔納米纖維的1D納米級，結合小直徑（~65nm）、高縱橫比（~154）、大表面積（~452 m2 g?1）和3D開放介孔（~6nm），賦予它們在鈉離子存儲和水凈化方面具有優異的性能。研究方法開辟了一種令人興奮的方式來開發用于各種應用的下一代有序介孔材料。
Peng, L., Peng, H., Wang, S. et al. One-dimensionally oriented self-assembly of ordered mesoporous nanofibers featuring tailorable mesophases via kinetic control. Nat Commun 14, 8148 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43963-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-43963-z2. Nature Commun.：通過低溫合成的高質子傳導性全氟共價三嗪骨架質子傳導材料對于新興的氫經濟至關重要。共價三嗪骨架（CTF）是有前途的高溫質子傳導材料，但需要更有效的位點來加強質子載流子的相互作用。然而，它們的構造和設計在簡潔的情況下仍然是挑戰。在此，西安交通大學Shangbin Jin展示了一種通過使用碘化銨作為簡單氮源的芳香醛直接環三聚來合成CTF的低溫方法。 1）在CTF中，全氟化CTF（CTF-TF）是在更低的溫度（≤160 ℃）和露天氣氛下成功合成的。2）由于氟原子和質子載體（H3PO4）之間額外的氫鍵相互作用，CTF-TF在加載H3PO4后在150 °C下實現了1.82×10?1 S cm?1的質子電導率。此外，CTF-TF可以很容易地集成到混合基質膜中，表現出高質子傳導能力和良好的機械強度。這項工作為質子傳導介質的合理設計提供了一種替代策略。
Guan, L., Guo, Z., Zhou, Q. et al. A highly proton conductive perfluorinated covalent triazine framework via low-temperature synthesis. Nat Commun 14, 8114 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43829-4https://doi.org/10.1038/s41467-023-43829-4 3. JACS：通過析氫催化劑重建實現鋰離子電池金屬的完全回收電動汽車的大規模采用和有限金屬資源的枯竭使得回收鋰離子電池（LIB）勢在必行。然而，目前的火法冶金和濕法冶金回收路線主要針對LiCoO2開發，能源投入大，加工過程繁瑣；因此，迫切需要替代的多功能和綠色方法。基于此，蘇州大學Wei Zhang，天津工業大學Donghai Mei，吉林大學于吉紅院士利用析氫反應（HER）作為概念證明，探索了一種通過催化劑重構從鋰離子電池中完全回收金屬的新策略。1）采用LIBs的陰極催化反應，近100%的金屬（例如Li、Fe、Co、Ni和Mn）隨著催化劑重構為氫氧化物而被提取。2）機理研究表明，催化劑重構回收是由質子或氫氧根離子輔助的。這種綠色氫耦合回收方法通常適用于所有主要類型的陰極，包括聚陰離子、層狀和尖晶石氧化物，例如LiCoO2、LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiMn2O4 和 LiFePO4，并擴展到實際用過的軟包電池。
Yuan Zhang, et al, Complete Metal Recycling from Lithium-Ion Batteries Enabled by Hydrogen Evolution Catalyst Reconstruction, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c10188https://doi.org/10.1021/jacs.3c101884. JACS：MnO2 上原子級精確的 Au25 納米團簇的極低溫 CO 氧化原子精確的Au25納米團簇由于其卓越的活性和選擇性，在多相催化領域引起了人們的極大興趣。然而，對于廣泛研究的低溫CO氧化反應，其性能與其他已知的金納米催化劑相比并不具有競爭力。為了解決這個問題，日內瓦大學Xianwei Wang，Thomas Bürgi將Au25(SR)18(R=CH2CH2Ph)納米團簇沉積在氧化錳載體(Au25/MnO2)上，從而形成非常穩定且高活性的催化劑。1）通過優化預處理溫度，能夠顯著提高Au25/MnO2催化劑的性能，其性能優于大多數其他金催化劑。令人印象深刻的是，CO在低至-50°C的溫度下實現了100%轉化，低于-70°C則達到50%轉化。此外，配體的存在也會影響在中間溫度下觀察到的負表觀活化能。2）X射線光電子能譜（XPS）、掃描透射電子顯微鏡（STEM）和X射線衍射（XRD）技術分析表明，即使在高溫預處理后，Au25納米團簇在催化劑表面仍保持穩定。原位調制激發光譜(MES)光譜還證實Au團簇是CO氧化的活性位點，突出了原子級精確的Au25納米團簇在極低溫度下作為主要活性位點的潛力。
Xianwei Wang, et al, Very Low Temperature CO Oxidation over Atomically Precise Au25 Nanoclusters on MnO2, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06372https://doi.org/10.1021/jacs.3c06372
5. Angew：疏水聚四氟乙烯修飾Cu電催化還原CO2制備乙烯
調節電極表面微環境對于改善電催化還原CO2的效率非常重要。為了實現較高的轉化率，需要對電極表面的晶相進行精細調控，從而克服CO2溶液溶解性較低的問題。有鑒于此，中國科學院化學所韓布興院士、華東師范大學吳海虹、賈帥強等發展了一種簡單有效的方法，這種方法通過一步電化學共沉積在碳紙上修飾Cu和聚四氟乙烯，從而實現了簡單有效的對電催化劑修飾超疏水表面微環境。1）通過超疏水性Cu電極催化劑表面修飾，在-1.25 V和H型電解槽實現了67.3 %的乙烯法拉第效率，達到未修飾聚四氟乙烯的Cu電極法拉第效率的2.5倍。2）通過聚四氟乙烯進行電極表面修飾，電催化還原CO2的性能得以增強，同時阻礙水分子的吸附。這種修飾可能進一步拓展應用于其他氣體電催化轉化反應。
Ting Deng, et al, Polymer Modification Strategy to Modulate Reaction Microenvironment for Enhanced CO2 Electroreduction to Ethylene, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202313796https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2023137966. AEM：用于高效電化學氨水生產的共價有機骨架催化劑由可再生電力驅動的電催化氮還原反應（NRR）為在環境條件下生產氨（NH3）提供了一種綠色合成途徑，但由于析氫反應（HER）的強烈競爭和N2在水性系統中的較差溶解度，導致其轉化率低，法拉第效率（F.E.）差。近日，哈利法科學技術大學Dinesh Shetty、印度理工學院Tharamani C. Nagaiah報道了用于高效電化學氨水生產的共價有機骨架催化劑。 1) 作者報道了一種具有釕（Ru）位點的共價有機骨架催化劑（Ru-Tta-Dfp），其中骨架通過抑制質子供應和增強N2通量來控制反應物擴散，從而產生高度選擇性和高效的催化。2) 該催化劑具有2.03 mg h?1 mg?1的氨產率，并且F.E.≈52.9%。此外，分子動力學模擬進一步證實了這一發現。該工作為綠色NH3生產設計了高性能NRR電催化劑。
Kayaramkodath C. Ranjeesh, et al. An In situ Proton Filter Covalent Organic Framework Catalyst for Highly Efficient Aqueous Electrochemical Ammonia Production. Adv. Eenergy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303068https://doi.org/10.1002/aenm.2023030687. AEM：鋰硫電池硫氧化還原電催化劑應變效應的成因引入應變是提高鋰硫電池（LSB）主體材料催化活性的有效策略。然而，通過化學方法引入應變往往不可避免地導致化學成分和相結構的變化，難以真正揭示催化活性增強的本質和根本原因。近日，哈爾濱工業大學Zhang Naiqing、Zhang Yu通過簡單的熱處理和淬火將應變引入MoS2中。1) 實驗研究和理論分析表明，應變使Mo─S鍵在費米能級以上的部分反鍵軌道能量上升，從而削弱了Li─S和S─S鍵，進而導致緊密錨定并加速多硫化鋰（LiPS）的轉化。2) 基于高應變MoS2的電池在0.2 C下的初始放電比容量高達1265 mAh g?1，在1 C下的1500次循環中，每個循環的平均容量衰減為0.041%。該研究工作深入揭示了LSB反應過程中應變效應的起源，為高性能催化材料的合理設計提供了重要設計原則和參考。
Chenghao Zhao, et al. The Origin of Strain Effects on Sulfur Redox Electrocatalyst for Lithium Sulfur Batteries. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302586https://doi.org/10.1002/aenm.2023025868. AEM：尖晶石型錳酸鋰的超快非平衡相變誘導孿晶界缺陷工程是通過提高結構穩定性和離子擴散來提高鋰離子電池電化學性能的重要策略。然而，傳統的合成方法具有漫長且復雜的過程，使得在電極材料中有效且容易地引入缺陷變得極具挑戰性。近日， 天津大學Chen Yanan、山東科技大學Liu Rui報道了尖晶石型錳酸鋰的超快非平衡相變誘導孿晶界。 1) 作者報道了一種具有超快加熱和冷卻過程的高溫沖擊技術（HTS），該技術可以在幾秒鐘內將孿晶界（TB）快速引入尖晶石LiMn2O4中。各種非原位技術揭示了LiMn2O4在超快合成過程中的結晶機制。2) 與傳統方法相比，具有TBs的LiMn2O4具有更高的倍率性能。此外，外來元素可以在幾秒鐘內均勻地摻入LiMn2O4中，從而產生優異的循環性能。例如，2%Ni摻雜的LiMn2O4具有121 mAh g?1的初始容量，在1 C下經過500次循環后的容量保留率為86.5%。
Zhaoxin Guo, et al. Ultrafast Non-Equilibrium Phase Transition Induced Twin Boundaries of Spinel Lithium Manganate. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302484https://doi.org/10.1002/aenm.2023024849. AEM：由形態穩定孔選擇性自組裝單層實現的耐用有機光伏有機光伏（OPV）已經實現了超過19%的效率，并且正在朝著實際應用的方向發展。然而，穩定性問題仍然是OPV商業化的一個主要挑戰。近日，香港城市大學Alex K.-Y. Jen、Francis R. Lin報道了由形態穩定孔選擇性自組裝單層實現的耐用有機光伏。 1) 當用[2-（3,6-二氯-9H-咔唑-9-基）乙基]膦酸（3,6-Cl-2PACz）或[2-（4,5-二氯-9H-咔唑-9-基）乙基]膦酸（4,5-Cl-2PACz）的自組裝單層代替傳統的空穴傳輸層PEDOT:PSS時，作者發現PM6:BTP-eC9基器件的T80壽命可以分別從約100提高到約470和超過800小時。功率轉換效率也分別從17.29%提高到18.17%和18.67%。2) 4，5-Cl-2PACz基器件性能和光穩定性的提高源于供體和受體組分的穩定垂直分布，減少了能量無序，從而減輕了非輻射復合損失。作者進一步發現，4，5-Cl-2PACz改性的襯底表面能在長時間的光照下保持穩定，這是由于4，5-Cl-2PACz的光穩定性得到了改善，從而實現了穩定的活性層形態。在PM6:BTP-eC9:L8-BO-F三元器件中應用4,5-Cl-2PACz可獲得19.05%的效率和1140h以上的T80壽命。
Yiwen Wang, et al. Durable Organic Photovoltaics Enabled by a Morphology-Stabilizing Hole-Selective Self-Assembled Monolayer. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303354https://doi.org/10.1002/aenm.20230335410. AEM：不對稱氟化電解質分子設計同時實現良好的溶劑化和高惰性和穩定的鋰金屬電池電解質分子工程，特別是對稱氟化分子，被認為是解決傳統非氟化電解質分子穩定性不足以穩定能量密集型鋰金屬電池（LMB）的有效方法。然而，對稱氟化電解質分子的弱溶劑化和低離子電導率，以及由電解質衍生的低離子電導率不穩定界面的形成，是限制對稱氟化電解質用于提高LMB性能的主要挑戰。近日，山東大學Chen Hao、Liu Hong、Sang Yuanhua通過不對稱氟化電解質分子設計同時實現良好的溶劑化和高惰性和穩定的鋰金屬電池。 1) 作者通過將分子一側的高惰性氟化結構與另一側的非氟化結構相結合，提出了非對稱氟化電解質分子設計策略，并成功整合了氟化電解質的高穩定性和非氟化電解質的強溶劑化/離子傳導優勢，進而彌補了它們的局限性。2) 作者發現，Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2全電池具有98.97%的鍍鋰/剝離庫侖效率、良好的陰極保護和高達240次的循環穩定性，均勻的Li沉積形態和優異的阻燃性。
Lequan Deng, et al. Asymmetrically-Fluorinated Electrolyte Molecule Design for Simultaneous Achieving Good Solvation and High Inertness to Enable Stable Lithium Metal Batteries Adv. Energy Mater. 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303652https://doi.org/10.1002/aenm.20230365211. AEM：通過操作ATR-FTIR光譜了解高壓NMC811||SiOx電池中添加劑還原降解和SEI形成的機制作為提高鋰離子電池比容量的一種方法，含硅負極的實現被廣泛研究。然而，需要克服由嚴重體積變化和在Si上連續形成固體電解質界面（SEI）引起的挑戰。體積變化導致電解質消耗和活性鋰損失，從而降低電池性能和循環壽命。在此，于利希研究中心Masoud Baghernejad將2-磺基苯甲酸酐（2-SBA）用作含SiOx陽極的SEI形成電解質添加劑。1) 在高電壓LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2，NMC811||人造石墨+20%SiOx軟包電池中，通過將2-SBA添加到碳酸鹽基電解質中，可提高電化學性能，使電池循環壽命延長一倍。通過開發一種基于操作衰減全反射傅立葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）的先進實驗技術，作者從機理上研究了電池性能增強的原因。2) 操作性ATR-FTIR光譜結果闡明了陽極表面電化學還原后具有酸酐開環反應的降解機制。此外，作者還采用離子色譜-電導檢測-質譜、掃描電子顯微鏡、能量色散X射線分析和量子化學計算來進一步闡明添加劑及其降解產物的工作機制。
Matthias Weiling, et al. Mechanistic Understanding of Additive Reductive Degradation and SEI Formation in High-Voltage NMC811||SiOx-Containing Cells via Operando ATR-FTIR Spectroscopy. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303568https://doi.org/10.1002/aenm.20230356812. AEM：復雜組分固溶體中電子和幾何效應的組合篩選實現電催化劑的合理設計將不同元素合金化是提高多種金屬材料電催化性能的有效策略。這種增強可歸因于電子和幾何效應的改變，它們在決定整體電催化性能方面起著至關重要的作用。然而，由于它們的共存，這些影響錯綜復雜地交織在一起，而且往往相互關聯。因此，多金屬體系催化性能的提高通常歸因于協同效應或“雞尾酒”效應，而且沒有明確解釋合金化的作用和每種元素的單獨貢獻。近日，波鴻魯爾大學Wolfgang Schuhmann、Alfred Ludwig通過復雜組分固溶體中電子和幾何效應的組合篩選實現電催化劑的合理設計。 1) 作者采用高通量實驗方法來研究四元薄膜系統Pd─Ag─Cu─Fe內的342種成分。用Fe（不同數量的價電子）或Ag（不同的原子大小）取代Cu分別選擇性地操縱電子或幾何效應。2) 用Fe代替Ag可以同時改變這兩種效應，每單位體積內的價電子數被用作電催化活性的描述符，特別是關于析氫反應（HER）和析氧反應（OER），其可以通過獨立或同時改變電子和幾何效應來優化。
Ridha Zerdoumi, et al. Combinatorial Screening of Electronic and Geometric Effects in Compositionally Complex Solid Solutions Toward a Rational Design of Electrocatalysts. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302177https://doi.org/10.1002/aenm.202302177
