1. Science Advances：循環(huán)拉伸下層次結(jié)構(gòu)對(duì)自修復(fù)水凝膠機(jī)械適應(yīng)的作用具有機(jī)械適應(yīng)性的軟材料在組織工程的各種應(yīng)用中具有巨大的潛力。深入了解軟材料經(jīng)受循環(huán)拉伸后的結(jié)構(gòu)演化和適應(yīng)動(dòng)力學(xué)，有助于深入了解機(jī)械適應(yīng)性材料的開發(fā)。在這里，北海道大學(xué)Jian Ping Gong研究了循環(huán)拉伸訓(xùn)練下層次結(jié)構(gòu)對(duì)自修復(fù)水凝膠機(jī)械適應(yīng)的影響。1）研究人員采用聚兩性電解質(zhì)水凝膠作為模型，該水凝膠由包括離子鍵、瞬時(shí)和永久聚合物網(wǎng)絡(luò)以及雙連續(xù)硬/軟相網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的分層結(jié)構(gòu)組成。2）有效訓(xùn)練、輕度過度訓(xùn)練和致命過度訓(xùn)練的條件在軟質(zhì)材料中得到證明。研究人員進(jìn)一步揭示，中尺度硬/軟相網(wǎng)絡(luò)主導(dǎo)著訓(xùn)練的長期記憶效應(yīng)，并在順應(yīng)性變化的不對(duì)稱動(dòng)力學(xué)和水凝膠形狀演化的對(duì)稱動(dòng)力學(xué)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。研究結(jié)果為自適應(yīng)軟材料的分層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了見解。
Xueyu Li, et al, Role of hierarchy structure on the mechanical adaptation of self-healing hydrogels under cyclic stretching, Sci. Adv. 9 (51), eadj6856.DOI: 10.1126/sciadv.adj6856https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj68562. Science Advances：用于高數(shù)值孔徑消色差超透鏡的 3D 打印多層結(jié)構(gòu)由高折射率材料納米結(jié)構(gòu)組成的平面光學(xué)器件可生產(chǎn)具有薄形狀因數(shù)的透鏡，這些透鏡往往僅在特定波長下工作。最近實(shí)現(xiàn)消色差透鏡的嘗試揭示了數(shù)值孔徑（NA）和帶寬之間的權(quán)衡，這限制了性能。在這里，新加坡科技設(shè)計(jì)大學(xué)Hao Wang，Joel K. W. Yang提出了一種設(shè)計(jì)高數(shù)值孔徑、寬帶和偏振不敏感的多層消色差超透鏡（MAM）的新方法。1）研究人員結(jié)合拓?fù)鋬?yōu)化和全波模擬來逆向設(shè)計(jì) MAM，并通過雙光子聚合光刻在低折射率材料中制造結(jié)構(gòu)。2）直徑為 20 μm 的 MAM 在 400 至 800 nm 的可見光范圍內(nèi)工作，NA 為 0.5 和 0.7，效率高達(dá) 42%。3）研究人員展示了所制造的 MAM 在白光和 RGB 窄帶照明下的寬帶成像性能。這些結(jié)果凸顯了 3D 打印多層結(jié)構(gòu)通過逆向設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)寬帶和多功能元設(shè)備的潛力。
Cheng-Feng Pan, et al, 3D-printed multilayer structures for high–numerical aperture achromatic metalenses, Sci. Adv. 9 (51), eadj9262.DOI: 10.1126/sciadv.adj9262https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj92623. Science Advances：Ir/Zn 共催化化學(xué)和間質(zhì)選擇性 [2+2+2] 環(huán)加成反應(yīng)構(gòu)建 C─N 軸向手性吲哚和吡咯過渡金屬催化的三個(gè)2π組分的[2+2+2]環(huán)加成因其快速構(gòu)建具有高官能團(tuán)耐受性的功能化六元碳環(huán)和雜環(huán)的高效性和原子經(jīng)濟(jì)性而備受關(guān)注。近日，溫州大學(xué)Peng-Cheng Qian，Long Li，南昌航空大學(xué)Qing Sun開發(fā)了一種 Ir/Zn 共催化的 1,6-二炔和炔胺的逆向選擇性 [2+2+2] 環(huán)加成反應(yīng)，以一般良好到優(yōu)異的產(chǎn)率（高達(dá) 99%）鍛造出各種官能化的 C─N 軸向手性吲哚和吡咯。）、優(yōu)異的化學(xué)選擇性和高對(duì)映體選擇性（高達(dá) 98% 對(duì)映體過量），底物范圍廣泛。1）該共催化策略不僅為不對(duì)稱炔[2+2+2]環(huán)三聚反應(yīng)提供了一種有前途且可靠的簡(jiǎn)便方法，而且解決了以往[Rh(COD)2]BF4催化體系構(gòu)建C─N的問題。軸向手性存在操作復(fù)雜、底物范圍有限、效率低等問題。2）此外，對(duì)照實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，Zn(OTf)2顯著降低了遷移插入勢(shì)壘，從而顯著提高了反應(yīng)效率，這與之前路易斯酸通過加速氧化加成和還原消除來提高反應(yīng)收率的工作明顯不同。
Jian Yang, et al, Ir/Zn-cocatalyzed chemo- and atroposelective [2+2+2] cycloaddition for construction of C─N axially chiral indoles and pyrroles, Sci. Adv. 9 (51), eadk1704.DOI: 10.1126/sciadv.adk1704https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk17044. JACS：來自受控結(jié)晶驅(qū)動(dòng)的單膠束組裝的介孔 TiO2 單晶顆粒作為高效光催化劑具有晶體骨架的介孔材料由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和晶體特征而在許多領(lǐng)域得到了廣泛的探索，但對(duì)主要由不受控制的多晶型物組成的晶體支架的精確操作仍然缺乏。在此，復(fù)旦大學(xué)趙東元院士，內(nèi)蒙古大學(xué)Kun Lan探索了一種受控結(jié)晶驅(qū)動(dòng)的單膠束組裝方法，以構(gòu)建一種具有原子排列的單晶框架的均勻介孔 TiO2 顆粒。1）所得介孔 TiO2 單晶顆粒具有直徑約 80 nm 的角形、良好的介孔性（高表面積 112 m2 g?1 和平均孔徑 8.3 nm）和高度定向的銳鈦礦骨架。2）通過調(diào)節(jié)組裝過程中的蒸發(fā)速率，這種簡(jiǎn)便的溶液處理策略進(jìn)一步能夠調(diào)節(jié)顆粒尺寸和介孔尺寸，而不破壞定向微晶。3）有序介孔性和晶體取向的這種組合提供了有效的質(zhì)量和電荷傳輸，導(dǎo)致氫氣產(chǎn)生速率顯著增加。可以實(shí)現(xiàn) 12.5 mmol g?1 h?1 的最大析氫速率，并且在太陽光下具有良好的穩(wěn)定性。研究旨在將介孔單晶生長的可能性擴(kuò)展到一系列功能陶瓷和半導(dǎo)體，以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的應(yīng)用。
Sixing Yin, et al, Mesoporous TiO2 Single-Crystal Particles from Controlled Crystallization-Driven Mono-Micelle Assembly as an Efficient Photocatalyst, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c12727https://doi.org/10.1021/jacs.3c127275. JACS：納米尖端上溴自由基介導(dǎo)的環(huán)氧氯丙烷的無膜電合成環(huán)氧氯丙烷(ECH)的工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常面臨過量的腐蝕性氯和多步驟的過程。在這里，天津大學(xué)張兵教授報(bào)道了一種無膜Br自由基介導(dǎo)的ECH電合成。1）Br?離子電氧化的溴自由基引發(fā)反應(yīng)，然后從溴醇中消除HBr，得到ECH并釋放Br?離子以供重復(fù)使用。*OH氧化的高能壘和孤立的Br吸附位點(diǎn)使NiCo2O4能夠抑制競(jìng)爭(zhēng)性的氧氣和溴析出反應(yīng)。電場(chǎng)增強(qiáng)的高曲率納米尖端可集中Br?和OH?離子，以加速ECH電合成。2）該策略在100 mA cm?2的高電流密度下提供了47%的法拉第效率和1.4 mol h?1 gcat?1的反應(yīng)速率的ECH，超過了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的盈利目標(biāo)。因此，這種經(jīng)濟(jì)有利可圖的電合成、方法的通用性和環(huán)氧化物藥物嵌段的擴(kuò)展合成凸顯了它們的巨大潛力。
Ying Gao, et al, Membrane-Free Electrosynthesis of Epichlorohydrins Mediated by Bromine Radicals over Nanotips, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c10585https://doi.org/10.1021/jacs.3c105856. AEM：利用液氮淬火誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)工程提高水凝膠的熱電性能準(zhǔn)固體熱電流水凝膠在獲取低品位熱能方面具有巨大應(yīng)用前景，但由于其功率輸出相對(duì)較低，它們?nèi)晕催_(dá)到實(shí)際應(yīng)用的需求。在此，南開大學(xué)Ma Runjun通過液氮淬火誘導(dǎo)的結(jié)構(gòu)工程，設(shè)計(jì)了一種比輸出功率密度為2227.5μW m?2 K?2、熱功率為4.5 mV K?1的高性能可拉伸熱電流水凝膠線。1) 與自然冷卻相比，液氮淬火使熱電能和電導(dǎo)率都有了很大提高。這種優(yōu)異性能歸因于液氮淬火誘導(dǎo)的晶粒細(xì)化和沉淀抑制。這是一種新型的、通用制備高性能、均勻熱電流水凝膠的方法。2) 最后，作者發(fā)現(xiàn)熱電流水凝膠陣列能夠驅(qū)動(dòng)低功率電機(jī)，并通過低級(jí)別的熱能收集為手機(jī)充電，這表明其在人類日常生活中具有巨大的實(shí)際應(yīng)用潛力。
Ding Zhang, et al. Boosting Thermoelectric Performance of Thermogalvanic Hydrogels by Structure Engineering Induced by Liquid Nitrogen Quenching. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303358https://doi.org/10.1002/aenm.2023033587. AEM：具有優(yōu)異延展性和熱電性能的高熵立方Ag2（S，Se，Te）材料韌性Ag2（S，Se，Te）材料為高性能柔性/異形熱電應(yīng)用開辟了一條新途徑。具體而言，立方結(jié)構(gòu)材料具有獨(dú)特的塑性、良好的熱電品質(zhì)因數(shù)（zT）和室溫以上無相變的性質(zhì)。受高熵原理的啟發(fā)，上海交通大學(xué)Shi Xun、Wang Tianran設(shè)計(jì)了一系列Ag2S-Ag2Se-Ag2Te合金，并構(gòu)建了成分-結(jié)構(gòu)-塑性-zT的關(guān)系。1) Ag2-xS1/3Se1/3Te1/3材料具有60–97%的伸長率，≈0.2 W m?1 K?1的超低晶格熱導(dǎo)率，以及在300 K下0.45和460 K下0.8的zT值。這些材料可以很容易地軋制成薄箔，并顯示出優(yōu)異的柔韌性。 2) 最后，作者制作了一個(gè)六腳平面內(nèi)器件，其在30 K的溫差下，輸出電壓為13.6 mV，最大功率為12.8μW，功率密度為14.3 W m?2。該研究極大豐富了立方韌性無機(jī)材料在柔性和異形能源和電子器件中的應(yīng)用。
Heyang Chen, et al. High-Entropy Cubic Pseudo-Ternary Ag2(S, Se, Te) Materials With Excellent Ductility and Thermoelectric Performance. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303473https://doi.org/10.1002/aenm.2023034738. AEM：低溫鋅離子電池中釩基陰極的策略、進(jìn)展與展望低溫釩基鋅離子電池（LT-VZIBs）由于其優(yōu)異的理論比容量、低成本和電化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，近年來備受關(guān)注。近日，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所Wang Jian、Lin Hongzhen、西安理工大學(xué)Zhang Jing、華東理工大學(xué)Zhang Yongzheng綜述研究了低溫鋅離子電池中釩基陰極的策略、進(jìn)展與展望。1) LT-VZIBs中的低工作溫度往往導(dǎo)致離子傳輸延遲，不僅在水性電解質(zhì)中，而且在陰極/電解質(zhì)界面處，這些都顯著限制了LT-VZIB在實(shí)際應(yīng)用中的性能。 2) 作者從設(shè)計(jì)原理到深入的表征和機(jī)理，對(duì)解決這些問題的各種策略進(jìn)行了分類討論和系統(tǒng)總結(jié)，主要包括陰極界面/體結(jié)構(gòu)工程和電解質(zhì)優(yōu)化。最后，作者展望了表征工具未來研究方向和進(jìn)展的幾個(gè)問題，旨在促進(jìn)LT-VZIB的科學(xué)和商業(yè)發(fā)展。
Lujie Jia, et al. Toward Low-Temperature Zinc-Ion Batteries: Strategy, Progress, and Prospect in Vanadium-Based Cathodes. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202304010https://doi.org/10.1002/aenm.2023040109. AEM：微波準(zhǔn)固態(tài)與界面富電子Ru形成強(qiáng)金屬-載體相互作用用于陰離子交換膜電解調(diào)節(jié)錨定金屬納米團(tuán)簇的金屬-載體相互作用是通過調(diào)節(jié)界面電子結(jié)構(gòu)來優(yōu)化電催化性能的有效方法。近日，青島科技大學(xué)Wang Lei、Wu Zexing通過超快微波等離子體方法開發(fā)了錨定在磷摻雜硼化鉬（Ru/P-MoB）上的高分散釕（Ru）納米團(tuán)簇。1) 合成的Ru/P-MoB在堿性淡水、堿性海水和酸性介質(zhì)中以34、45和40mV的低過電位驅(qū)動(dòng)10 mA cm?2的電流密度。相對(duì)于Pt/C、Ru/C和Ru/MoB，它表現(xiàn)出優(yōu)異的轉(zhuǎn)換頻率和質(zhì)量/比活性。此外，基于Ru/P-MoB的陰離子交換膜（AEM）電解槽可以在1.71和1.78V的小電壓下實(shí)現(xiàn)500和1000mA cm?2的電流密度，并具有良好的耐久性。2) 實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論（DFT）分析表明，與界面富電子Ru結(jié)合的強(qiáng)金屬-載體相互作用（Ru─Mo和Ru─P鍵）有利于水分子的吸附/離解，并實(shí)現(xiàn)最佳的H中間體吸附自由能。。
Pengfei Yang, et al. Microwave Quasi-Solid State to Construct Strong Metal-Support Interactions with Interfacial Electron-Enriched Ru for Anion Exchange Membrane Electrolysis. Adv. Energy Mater. 2023 DOI: 10.1002/aenm.202303384https://doi.org/10.1002/aenm.20230338410. AEM：利用電化學(xué)機(jī)械耦合提高固態(tài)電池的可靠性使用鋰金屬陽極電池的一個(gè)關(guān)鍵障礙是金屬枝晶會(huì)穿透固體電解質(zhì)，導(dǎo)致短路和電池故障。近日，桑迪亞國家實(shí)驗(yàn)室Rémi Dingreville利用電化學(xué)機(jī)械耦合提高固態(tài)電池的可靠性。1) 作者使用相場(chǎng)模型和有針對(duì)性的斷裂實(shí)驗(yàn)，探索了利用電化學(xué)機(jī)械耦合來控制枝晶生長和提高電池可靠性的方法。結(jié)果表明，通過施加機(jī)械應(yīng)力或調(diào)整材料的斷裂韌性，可以有效減緩枝晶生長。2) 此外，作者還分析了作為過電位函數(shù)的偏轉(zhuǎn)枝晶壓應(yīng)力性質(zhì)，并討論了微觀結(jié)構(gòu)在這一過程中的作用。作者發(fā)現(xiàn)，這種策略可以引入局部壓縮應(yīng)力，并提高材料在宏觀和微觀尺度上的韌性。
Scott Monismith, et al. Harnessing Electrochemical-Mechanical Couplings to Improve the Reliability of Solid-State Batteries. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303567https://doi.org/10.1002/aenm.202303567
11. ACS Nano：Mn 單原子調(diào)節(jié) Fe-N-C 催化劑可實(shí)現(xiàn)高效、耐用的氧電催化和鋅空氣電池
Fe-N-C催化劑是鋅空氣電池（ZAB）中氧電催化反應(yīng)最有前途的候選者之一，但實(shí)現(xiàn)持續(xù)的高活性仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的問題。在此，中南大學(xué)Xiaoqing Qiu，Shanyong Chen證明，將Mn單原子引入Fe-N-C（Mn1@Fe-N-C/CNTs）中可以實(shí)現(xiàn)高效且持久的氧電催化性能并在ZAB中應(yīng)用。1）多重表征證實(shí) Mn1@Fe-N-C/CNTs 具有 Mn-N2O2 和 Fe-N4 位點(diǎn)以及 Fe 納米粒子。Mn-N2O2 位點(diǎn)不僅可以調(diào)節(jié) Fe-Nx 位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)以增強(qiáng)本征活性，而且還可以清除 Fe-Nx 位點(diǎn)的自由基攻擊，從而提高 ORR 耐久性。因此，Mn1@Fe-N-C/CNTs 比傳統(tǒng) Fe-N-C 催化劑表現(xiàn)出增強(qiáng)的 ORR 性能，與可逆氫電極 (RHE) 相比，E1/2 高達(dá) 0.89 V，并在 15 000 CV 后保持 ORR 活性。2）令人印象深刻的是，Mn1@Fe-N-C/CNTs還表現(xiàn)出優(yōu)異的OER活性，并且在10 mA cm?2 (Ej10)下ORR的E1/2和OER電勢(shì)之間的差異(ΔE)僅為0.59 V，優(yōu)于大多數(shù)報(bào)道的催化劑。此外，在 ZAB 中證明了 Mn1@Fe-N-C/CNT 的可維持雙功能活性，在長達(dá) 200 小時(shí)的循環(huán)電壓效率幾乎不變。這項(xiàng)工作凸顯了Mn單原子在增強(qiáng)ORR活性和穩(wěn)定性方面的關(guān)鍵作用，促進(jìn)了先進(jìn)催化劑的發(fā)展。
Lan Ran, et al, Mn Single-Atom Tuning Fe-N?C Catalyst Enables Highly Efficient and Durable Oxygen Electrocatalysis and Zinc?Air Batteries, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c09100https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09100
12. ACS Nano：了解抑制插入引起的相變?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)納米級(jí) LixMoO2 的快速充電
快速充電鋰離子電池對(duì)于交通電氣化和電網(wǎng)規(guī)模存儲(chǔ)的實(shí)施具有重要的技術(shù)意義，并且需要對(duì)高速率插入反應(yīng)有更多的基本了解，以克服當(dāng)前的速率限制。特別是，離子插入期間的相變已被假設(shè)為減慢充電速度。具有改進(jìn)的轉(zhuǎn)變行為的納米材料通常表現(xiàn)出更快的動(dòng)力學(xué)，但這些變化的機(jī)制及其對(duì)快速充電的具體貢獻(xiàn)仍然知之甚少。在這項(xiàng)工作中，加州大學(xué)洛杉磯分校Sarah H. Tolbert將原位同步加速器X射線衍射與電化學(xué)動(dòng)力學(xué)分析相結(jié)合，以說明納米級(jí)晶體尺寸如何導(dǎo)致抑制一階插入誘導(dǎo)的相變及其在隧道結(jié)構(gòu)主體材料MoO2中的負(fù)面動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。1）在由微米級(jí)顆粒制成的電極中，循環(huán)過程中較大的一級(jí)相變會(huì)降低容量、減慢電荷存儲(chǔ)并縮短循環(huán)壽命。在中等尺寸的納米多孔MoO2中，相變?nèi)匀皇且患?jí)的，但顯示出相當(dāng)小的混溶間隙和更短的兩相共存區(qū)域。最后，在小的MoO2納米晶體中，鋰化過程中的結(jié)構(gòu)演變完全變成單相/固溶體。2）對(duì)于所有納米結(jié)構(gòu)材料，相變動(dòng)力學(xué)的變化會(huì)導(dǎo)致容量、倍率性能和循環(huán)壽命的顯著改善。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了通過納米級(jí)尺寸效應(yīng)從散裝形式的動(dòng)力學(xué)受阻電池材料到快速充電贗電容材料的不斷演變。因此，它提供了關(guān)于如何使用納米級(jí)尺寸有效控制相變的關(guān)鍵見解，并強(qiáng)調(diào)了這些結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)對(duì)于納米結(jié)構(gòu)電極材料中觀察到的快速能力的重要性。
Daniel D. Robertson, et al, Understanding How the Suppression of Insertion-Induced Phase Transitions Leads to Fast Charging in Nanoscale LixMoO2, ACS NanoDOI: 10.1021/acsnano.3c10169https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10169
