1. Chem. Rev.：微波與離子液體的協同作用機理、合成及新興應用
微波（MW）能量應用技術的進步刺激了離子液體（ILs）的制造和高質量應用的發展，離子液體通常用作化學工程中的新型介質。近日，天津大學Gao Xin、Li Hong綜述研究了微波與離子液體的協同作用機理、合成及新興應用。1) 微波輔助離子液體（MAIL）技術是一種微波能量和離子液體相結合的新興技術。與依靠介質傳熱的傳統途徑相比，非接觸式和獨特的MW加熱利用電磁波-離子相互作用將能量輸送到IL分子，加速材料合成、催化反應等過程。除了離子液體的固有優勢，MAIL技術還包括優異的溶解性和良好的熱物理性質，其在工藝強化方面表現出巨大應用潛力，以滿足高效、經濟的化學生產需求。2) 作者首先介紹了MW的加熱原理，強調了基于離子液體的MW誘導過程強化的基本機制。作者概述了材料合成中使用的MW能量和離子液體的協同作用及其優點。作者將概述MAIL技術的新興應用，包括腫瘤治療、有機催化、分離和生物轉化。最后，作者討論了這一新興技術的當前挑戰和未來機遇。
Zhenyu Zhao, et al. Microwave Encounters Ionic Liquid: Synergistic Mechanism, Synthesis and Emerging Applications. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00794https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00794
2. Matter：分子水平的離子門控晶體管材料設計
離子門控晶體管 (IGT) 是離子電子器件，其中溝道層與電解質直接接觸，利用離子和電子通量的耦合性質。這一功能使它們能夠提供高效的柵極通道電容耦合，并充當低壓傳感器放大器以及生物和電子學之間的交互接口。近日，中科院化學所劉云圻院士，郭云龍研究員綜述了分子水平的離子門控晶體管材料設計的研究進展。 1）作者首先討論離子門控的基本機制。回顧了用作通道層的不同類型的有機材料。具體來說，總結了在分子水平上提供了對通道材料設計策略的見解，以闡明這與器件性能的關系。2）作者還重點介紹了幾種電解質材料，因為它們的化學結構以及與納米級通道層的相互作用在調節 IGT 的運行中發揮著關鍵作用。隨后，總結了涉及材料自組裝的生化檢測的有前景的應用。
Liu et al., Design of ion-gated transistor materials at the molecular level, Matter (2023)DOI：10.1016/j.matt.2023.11.024https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.11.024
3. JACS：閃速焦耳熱合成石墨烯復合氣凝膠
閃速焦耳加熱(flash Joule heating)方法將塊狀多孔石墨烯氧化物氣凝膠快速加熱到超高溫度制備功能氣凝膠材料符合低碳要求。有鑒于此，利茲大學Robert Menzel等首次通過300 K min-1升溫速度閃速焦耳加熱方法將氣凝膠加熱到3000 K，通過這種方法能夠快速并且節能的加熱處理。1）通過使用超高溫Joule加熱技術用于對水熱合成的石墨烯氧化物氣凝膠快速（30-300 s）石墨化能夠顯著降低能源的消耗。進一步的通過這種閃速氣凝膠加熱處理方法應用于原位合成多種修飾超小尺寸納米粒子（Pt, Cu, MoO2）的氣凝膠復合物。2）這種沖擊加熱方法能夠快速合成尺寸均一的納米粒子，而且通過改變焦耳熱的時間（1-10 s）能夠控制納米粒子的尺寸。這種超高溫度焦耳熱合成方法對于石墨烯氣凝膠材料的合成以及應用非常重要，能夠用于3D熱電材料、極端溫度傳感器、流動相電化學催化劑。
Dong Xia, et al, Electrothermal Transformations within Graphene-Based Aerogels through High-Temperature Flash Joule Heating, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06349https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06349
4. Angew：集成多金屬氧酸鹽和納米酶的納米馬達用于自推進促進的光熱-催化腫瘤治療
酶驅動的納米馬達具有自推進和生物催化的性能，其在生物醫學領域（尤其是腫瘤催化治療方面）表現出了良好的應用前景。然而，天然酶的脆弱性仍會嚴重限制其對環境的適應能力及其用于腫瘤催化治療的療效。有鑒于此，東北林業大學陳春霞教授、孫鐵東教授、哈爾濱工業大學王磊教授和馬星教授設計合成了基于多金屬氧酸鹽-納米酶的光驅動納米馬達(POMotors)，并將其用于靶向協同光熱-催化腫瘤治療。1）在該結構中，基于P2W18Fe4多金屬氧酸鹽的納米馬達具有類過氧化物酶活性，使其能夠在弱酸性的腫瘤微環境中實現自推進，并促進其產生活性氧以殺傷腫瘤細胞。此外，共軛的聚多巴胺也使得該納米馬達具有光驅動的自推進性能。2）近紅外(808 nm)光照射10 min后，在表皮生長因子受體抗體的幫助下，該納米馬達能夠在腫瘤內靶向聚集和穿透，以實現高效的協同光熱催化治療。綜上所述，該研究設計的方法能夠克服酶驅動納米馬達在生理環境中的脆弱性問題，并提供了一種由運動行為促進的協同抗腫瘤策略。
Minglu Tang. et al. Polyoxometalate-Nanozyme-Integrated Nanomotors (POMotors) for Self-Propulsion-Promoted Synergistic Photothermal-Catalytic Tumor Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202315031 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2023150315. AM：薄膜鋰離子電池用微層氧化硅基電極與一般電極結構的相似設計使用真空沉積技術開發小型化薄膜鋰離子電池(TF-LIBs)對于小規模應用至關重要，但解決低能量密度仍然是一個挑戰。忠南國立大學Hyun-Suk Kim等設計了類似于SiOx基薄膜電極的結構，與傳統的LIB漿料配方非常相似，包括活性材料、導電劑和粘合劑。1）該薄膜是使用中頻(MF)濺射和由SiOx納米顆粒、碳納米管和聚四氟乙烯(PTFE)組成的單一混合靶制備的。薄膜SiOx/PPFC包括等離子聚合碳氟化合物(PPFC)基體中SiOx和導電碳的組合。與傳統的純SiOx基薄膜相比，這導致了增強的電子導電性和優異的彈性和硬度。2）由SiOx/PPFC薄膜組成的半電池的電化學性能表現出顯著的循環穩定性，在0.5 C下直到第1000次循環的容量保持率為74.8%。此外，使用LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2薄膜作為陰極材料的全電池表現出0.1 C下優異的120 mAh·g–1的初始容量和循環性能，從第一次循環到第500次循環在1.5 C下的容量保持率為90.8%。
J. H. Kim, et al, Analogous Design of a Microlayered Silicon Oxide-Based Electrode to the General Electrode Structure for Thin-film Lithium-Ion Batteries. Adv. Mater. 2023, 2309183.DOI: 10.1002/adma.202309183https://doi.org/10.1002/adma.2023091836. AM：用于具有靈活操作溫度的燃料電池的雙質子導體質子導體的特性決定了燃料電池的工作溫度范圍。通常，磷酸(PA)質子導體由于其高的質子離解和自擴散能力而表現出優異的質子傳導性。然而，在低溫或高電流密度下，水誘導的PA損失會導致電池性能快速下降。在靈活的溫度范圍內保持有效和穩定的質子傳導率可以顯著降低摻雜PA的質子交換膜燃料電池的啟動溫度。北京航空航天大學Haining Wang、Yan Xiang和Shanfu Lu等開發了一種用于質子交換膜的雙質子導體，由有機膦酸(乙二胺四亞甲基膦酸，EDTMPA)和無機PA組成。 1）所提出的雙質子導體可以在80–160°C的靈活溫度范圍內工作，這得益于EDTMPA和PA之間的強相互作用以及增強的質子離解。具有EDTMPA-PA雙質子導體的燃料電池在80°C時表現出優異的電池穩定性。2）特別是，在160°C時1.5 A cm-2的高電流密度下，具有雙質子導體的燃料電池的電壓衰減率是僅具有PA質子導體的燃料電池的千分之一，表明了優異的穩定性。
W. Li, et al, Dual-proton Conductor for Fuel Cells with Flexible Operational Temperature. Adv. Mater. 2023, 2310584. DOI: 10.1002/adma.202310584https://doi.org/10.1002/adma.2023105847. AM：光和磁在可編程軌跡中協調水生污染物降解機器人界面漂浮機器人在載體、環境監測、水處理等方面有著廣闊的應用前景。盡管如此，設計具有精確高效導航和長期消除水污染物的智能機器人仍然是一個挑戰，因為超疏水性大大降低了水生運動的阻力，同時犧牲了表面的化學反應性。四川大學Jianshu Li、Chunmei Ding和中國科學院理化技術研究所Yahong Zhou等報告了一種集成了組裝良好的氧化鐵-硫化鉍異質結復合礦物的清除污染物的超疏水機器人，該機器人提供了光和磁兩種推進，以及催化降解的能力。1）在光的配合下，機器人的運動速度在僅300 ms的加速時間內達到51.9 mm s?1，并且在關燈后迅速制動(200-300 ms)。磁力使機器人可以在任何可編程的軌跡中在大范圍的表面張力下工作。此外，在光引發的光熱行為與磁感應耦合的作用下，污染水的凈化可以在原位有效實現，降解效率提高了8倍，克服了催化超疏水性的有效運動的困境。2）本文提出的策略為探索高性能智能設備提供了指導。
H. Zhang, et al, Light and Magnetism Orchestrating Aquatic Pollutant-Degradation Robots in Programmable Trajectories. Adv. Mater. 2023, 2311446.DOI: 10.1002/adma.202311446https://doi.org/10.1002/adma.2023114468. AEM：用三功能鈍化劑調制高效穩定的鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池鈣鈦礦/硅串聯太陽能電池（TSC）近年來受到了人們的廣泛關注。實現高效穩定TSC的關鍵之一是保證有效的電荷轉移，特別是在粗糙紋理的硅襯底上，因為夾層之間的粘附性較差。近日，中國工程物理研究院Cui Xudong、電子科技大學Liu Mingzhen、中國科學院上海微系統與信息技術研究所Liu Zhengxin在鈣鈦礦前體中使用具有氟（-F）、羧酸（-COOH）和吡啶氮作為官能團的2-氟異煙酸（2-FNA）添加劑來輔助結晶過程。1) 2-FNA通過與不配位的Pb2+離子、甲脒（FA+）和鹵化物空位結合來有效減少缺陷并抑制鈣鈦礦層的非輻射復合，從而顯著延長載流子壽命。作者發現2-FNA有助于在鈣鈦礦和頂部C60層之間形成更好的界面接觸，從而增強其中的界面電子提取。2) 此外，鈣鈦礦/硅TSS的功率轉換效率（PCE）從對照的27.08%提高到28.61%。該工作為進一步提高鈣鈦礦/硅TSS的光伏性能和適用性提供了一條有效途徑。
Tian Yang, et al. Efficient and Stable Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells Modulated with Triple-Functional Passivator. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303149 https://doi.org/10.1002/aenm.2023031499. AEM：金屬化卟啉基共價有機骨架對硝酸鹽電催化還原的內在活性電催化硝酸鹽還原（NO3RR）合成氨是傳統Haber–Bosch工藝的一種有效替代方法。了解NO3RR的結構-活性相關性對于開發高效催化劑至關重要。近日，江南大學Lu Shuanglong使用含有可選金屬中心和連接單元的金屬化卟啉基共價有機框架（COFs）來揭示NO3RR的反應途徑和內在結構-性能關系。1) 在具有不同金屬中心的COFs中，鐵卟啉基COFs具有最高的活性和氨選擇性（FENH3=85.4%，NH3產率=188.3.6μmol h?1 mg?1）。理論計算證實，反應途徑和*NO到*NHO是電位依賴性步驟。2) 此外，NO在金屬中心的吸附能（G*NO）可用作評估催化性能的熱力學描述符，并且可以擴展到更多的NO3RR催化劑。該工作闡明了金屬化COFs對NO3RR的內在結構-活性關系，這為設計高效的電催化劑提供了重要指導。
Hongyin Hu, et al. Intrinsic Activity of Metalized Porphyrin-based Covalent Organic Frameworks for Electrocatalytic Nitrate Reduction. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302608https://doi.org/10.1002/aenm.20230260810. AEM：定向納米片組成的各向異性聚苯并咪唑離子溶液化膜用于高效的酸堿兩性水電解酸堿性兩性水電解（AAA-WE）可以在降低電壓和能耗的情況下生產綠色氫氣。然而，它對離子交換膜同時具有高離子電導率和H+/OH?阻隔性能的矛盾要求阻礙了其發展。近日，溫州大學Xue Lixin、浙江工業大學Huang Fei將定向納米片組成的各向異性聚苯并咪唑離子溶液化膜用于高效的酸堿兩性水電解。1) 作者報道了由凝膠態PBI（PBI-gel）膜通過2D偏振/1D收縮工藝制備成由數百層納米片（PBI-aNS）制成的各向異性聚苯并咪唑（PBI）離子溶劑化膜（ISM），其中松散堆積的多層PBI納米纖維收縮成數百層緊密的納米片。所得到的PBI-aNS膜具有優異的雙離子導電性（H+和OH?）、良好的酸/堿阻隔能力和可靠的機械性能。2) 使用PBI-aNS隔膜的酸堿兩性水電解（AAA-WE）在1.4 V（帶iR校正）下，并在6.1 mV h?1的電壓增加率下，實現了1 A cm?2的高電流密度。這種新設計的ISM有助于開發具有高綠色氫氣生產效率的水電解裝置。
Zequan Huang, et al. Anisotropic Polybenzimidazole Ion-Solvating Membranes Composed of Aligned Nano-Sheets for Efficient Acid-Alkaline Amphoteric Water Electrolysis. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303481https://doi.org/10.1002/aenm.20230348111. Nano Letters：兩性聚合物隔膜分子級陰離子和Li+共調節高倍率穩定鋰金屬負極調節離子傳輸是抑制鋰枝晶生長的普遍策略，其中離子調節位點的分布起著重要作用。近日，寧波諾丁漢大學Hainam Do，武漢大學Chuang Peng報道了一種超支化聚酰胺胺（HBPA）接枝聚乙烯（PE）復合隔膜（HBPA-g-PE）。1）密集且均勻分布的正-NH2和負-CHNO-基團有效地限制了陰離子遷移并促進鋰金屬負極表面的Li+傳輸。2）所獲得的鋰箔對稱電池在20 mA cm?2的超高電流密度和5 mAh cm?2的實際面積容量下具有穩定的循環性能，130mV的低電壓滯后超過1500小時（3000次循環）。此外，HBPA-g-PE隔膜使實用的鋰硫電池能夠在4 mg cm?2的高硫負載量下實現超過200次循環的穩定性能，初始容量和保留容量分別為700和455mAhg?1，電解質含量/硫負載比低至8 μL mg?1。
Shizhen Li, et al, Molecular-Level Anion and Li+ Co-Regulation by Amphoteric Polymer Separator for High-Rate Stable Lithium Metal Anode, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04333https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c0433312. Nano Letters：Li鹽輔助高柔性碳質Ni3N@聚酰亞胺電極用于高效非對稱超級電容器 超級電容器因其高功率密度、低維護成本和出色的循環穩定性而作為儲能系統獲得了廣泛認可。最近，一系列過渡金屬氮化物，包括氮化鈦、氮化釩、氮化鈮、氮化鎵和氮化鎳，已被探索用于制造超級電容器器件。近日，印度魯克理工學院Ramesh Chandra使用高度柔性、可持續的聚酰亞胺膠帶作為基材來沉積用于超級電容器應用的延展性碳質Ni3N（C/Ni3N@聚酰亞胺）材料。1）研究人員采用共濺射技術制備了C/Ni3N，該方法還提供了電極材料在基板上更好的附著力，這有助于提高彎曲性能。濺射生長電極的延展性和聚酰亞胺帶的高柔韌性為C/Ni3N@聚酰亞胺基超級電容器提供了終極的柔韌性。2）為了實現最佳的電化學性能，在各種電解質存在下進行了一系列電化學測試。此外，通過使用C/Ni3N作為陰極和碳薄膜作為陽極組裝了柔性非對稱超級電容器（NC-FSC）（C/Ni3N//carbon@polyimide），并通過浸泡的GF/C-玻璃微纖維隔開。在優化的1 M Li2SO4水性電解質中，NC-FSC的電容為324 mF cm?2，面能量密度為115.26 μWh cm?2，功率密度為811 μW cm?2，具有理想的彎曲性能。
Ravikant Adalati, et al, Li Salt Assisted Highly Flexible Carbonaceous Ni3N@polyimide Electrode for an Efficient Asymmetric Supercapacitor, Nano Lett., 2023DOI：10.1021/acs.nanolett.3c04128https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c04128
