1. Science Advances：使用超材料在無源表面上進行環境健康傳感
環境傳感器可以在日常環境中持續、不引人注目地監測人的健康和福祉。在各種傳感方式中，無線射頻傳感器具有卓越的靈敏度、不受光照條件影響以及隱私優勢。然而，現有的無線傳感器容易受到環境干擾，無法從多個身體部位捕獲詳細信息。在這里，新加坡國立大學John S. Ho提出了一種使用超材料將環境中的被動表面轉變為高度敏感和局部健康傳感器的技術。1）利用紡織品的普遍性，設計了超材料紡織品，可以調節無線信號和身體之間的近場相互作用，從而實現非接觸式、無干擾的傳感。2）研究人員證明，由這些超材料功能化的被動表面可以提供長達數小時的心肺監測，其精度可與黃金標準相媲美。3）研究人員還展示了分布式傳感器和機器學習在連續血壓監測方面的潛力。該方法使被動環境表面能夠用于環境傳感和數字健康應用。
Dat T. Nguyen, et al, Ambient health sensing on passive surfaces using metamaterials, Sci. Adv. 10 (1), eadj6613.DOI: 10.1126/sciadv.adj6613https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj6613
2. Science Advances：用于水下觸覺傳感的多模態磁致彈性人造皮膚
未來以可持續和生態友好的方式開發海洋資源需要具有類人感知的自主水下機器人。然而，由于缺乏足夠的水下觸覺傳感技術，這種智能機器人的發展目前受到阻礙。受人類觸覺系統群體編碼策略的啟發，加州大學洛杉磯分校Jun Chen利用軟聚合物系統中的巨磁彈性作為創新平臺技術，構建了一種多模態水下機器人皮膚，用于海洋物體識別，具有內在的防水性和簡單的配置。1）仿生磁彈性人造皮膚在每個紫杉醇中實現了多重觸覺模式，并在識別七種海洋生物和海洋垃圾時獲得了令人印象深刻的 95% 的分類率。2）通過在水下觸覺傳感中引入另一個自由度，這項工作代表了可持續海洋資源開發的里程碑。
Yihao Zhou, et al, A multimodal magnetoelastic artificial skin for underwater haptic sensing, Sci. Adv. 10 (1), eadj8567.DOI: 10.1126/sciadv.adj8567https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj85673. Science Advances：鋅銅雙離子電解質可抑制鋅離子電容器中的枝晶生長并提高陽極利用率阻礙可充電鋅電化學電池性能的主要瓶頸是其有限的循環壽命和能量密度。為了克服這些限制，加州大學圣地亞哥分校Tse Nga Ng研究了雙離子鋅銅電解質抑制枝晶形成并延長器件循環壽命的機制，同時提高鋅的利用率，從而提高鋅離子電容器（ZIC）的能量密度。 1）ZIC 實現了每公斤 41 瓦時的一流能量密度，負正極 (n/p) 電極容量比為 3.10。2）在 n/p 比為 5.93 時，該器件表現出 22,000 次完全充放電循環的卓越循環壽命，相當于 557 小時的放電時間。累積容量達到每克約 581 安培小時，超越了鋰離子和鈉離子電容器的基準，凸顯了雙離子電解質在提供高性能、低維護電化學能源方面的前景。
Chanho Shin, et al, Zinc-copper dual-ion electrolytes to suppress dendritic growth and increase anode utilization in zinc ion capacitors, Sci. Adv. 10 (1), eadf9951.DOI: 10.1126/sciadv.adf9951https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf99514. Nature Commun.：用于長循環固態鋰硫電池的界面自修復聚合物電解質 將高容量正極和鋰負極與固態電解質耦合已被證明是提高可充電電池能量密度和安全性的有效策略。然而，有限的離子電導率、大的界面電阻和不受約束的鋰枝晶生長阻礙了固態鋰金屬電池的應用。近日，華中科技大學黃云輝教授，Henghui Xu ，Zhen Li設計了一種具有自愈能力的聚（醚-氨基甲酸酯）基固態聚合物電解質，以降低界面電阻并提供高性能固態鋰金屬電池。1）憑借其動態共價二硫鍵和氫鍵，所提出的固態聚合物電解質表現出優異的界面自修復能力并保持良好的界面接觸。2）全電池由兩個集成電極/電解質組裝而成。結果，Li||Li對稱電池表現出超過6000小時的穩定長期循環，固態鋰硫電池在0.3 C下表現出700次循環的延長循環壽命。3）超聲成像技術的使用表明集成結構的界面接觸比傳統層合結構的界面接觸要好得多。這項工作為設計高性能固態鋰金屬電池提供了一種有趣的界面雙集成策略。
Pei, F., Wu, L., Zhang, Y. et al. Interfacial self-healing polymer electrolytes for long-cycle solid-state lithium-sulfur batteries. Nat Commun 15, 351 (2024).DOI：10.1038/s41467-023-43467-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-43467-w5. Nature Commun.：仿生Bouligand手性纖維陣列實現強超彈性陶瓷氣凝膠當需要隔熱材料時，經常使用陶瓷氣凝膠；然而，它們仍然受到熱沖擊下機械穩定性差的困擾。自然界中發現的螳螂蝦的指狀棒的啟發，其通過定向組裝形成具有優異機械性能的分級、手性和Bouligand(扭曲膠合板)結構，東華大學丁彬和Yang Si等提出了一種成分和結構工程策略，以開發具有類似Bouligand結構的手性纖維陣列的高強度、超彈性和抗疲勞陶瓷氣凝膠。1）受益于微/納米級Bouligand陣列的應力耗散、裂紋扭轉和機械增強，這些氣凝膠的拉伸強度(170.38 MPa)比最先進的納米纖維氣凝膠高一至兩個數量級。此外，開發的氣凝膠具有低密度和導熱性，良好的壓縮性能，可從80 %的應變中快速恢復，熱穩定性高達1200°C，使其成為隔熱應用的理想選擇。2）這些結果表明，BcF-CAs是隔熱材料的最佳候選材料，用于要求苛刻的應用，如航空航天、發電和高溫制造工藝。
Wang, H., Cheng, L., Yu, J. et al. Biomimetic Bouligand chiral fibers array enables strong and superelastic ceramic aerogels. Nat Commun 15, 336 (2024).DOI: 10.1038/s41467-023-44657-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-44657-2 高價過渡金屬可以克服線性標度關系的限制，并加快反應動力學，從而為析氧反應（OER）提供高的本征活性。近日，中國石油大學（華東）Chai Yongming、Dong Bin制備了硝酸根配位的鈷摻雜氫氧化鎳（Co-NiNH）。1) 物理表征和電化學測量表明，Co-NiNH的雙自增強配位調制有助于形成穩定的高密度Ni4+。配位的硝酸鹽可以建立一種穩定的電催化構型，該構型調用電子吸收橋接羥基來穩定Ni4+。豐富的Ni4+將空穴推進到氧配體中，以進行直接分子間氧偶聯，從而在Co-Ni雙位點處使晶格氧參與OER過程。2) 作為驗證，Co-NiNH在100mA cm-2下具有優異的OER活性，并具有115.8 mV的超低過電位。在200 mV過電位下的轉換頻率和質量活性分別高達2.41s-1和15.77mg-1。
Ya-Nan Zhou, et al. Double self-reinforced coordination modulation constructing stable Ni4+ for water oxidation. EES 2024https://doi.org/10.1039/D3EE02627B7. Angew：用于無梭鋅-碘電池的全能離子液體水性鋅碘電池（ZIB）的實際應用受到猖獗的鋅枝晶生長、寄生腐蝕和多碘化物穿梭的阻礙。在這項工作中，南洋理工大學范紅金教授報道了離子液體EMIM[OAc]被用作全方位解決方案，以減輕鋅陽極和碘陰極側的挑戰。1）首先，EMIM+嵌入的貧水內亥姆霍茲平面（IHP）和由OAc調制的惰性溶劑化鞘有效地排斥H2O分子遠離Zn陽極表面。EMIM+在Zn金屬上的優先吸附通過空間位阻效應促進均勻的Zn成核。2）其次，EMIM+可以通過阻礙碘溶解并形成EMIM+–I3-主導相來減少多碘化物穿梭。3）這些效應從整體上提高了循環壽命，Zn||Zn對稱電池和Zn-I2全電池都體現了這一點。與不含離子液體EAc添加劑的ZIB相比，在4 A g-1下經過18,000次循環后，含有EAc的ZIB的容量衰減率僅為0.01‰，并且自放電更低，日歷壽命更長。
Tao Xiao, et al, All-Round Ionic Liquids for Shuttle-Free Zinc-Iodine Battery, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202318470DOI: 10.1002/anie.202318470https://doi.org/10.1002/anie.202318470
8. Angew：用于水系鐵液流電池的具有超高循環能力的鐵絡合物陽極電解液的雙配體螯合策略
水系全鐵液流電池（AIFB）因其極低的成本和安全特性而對于大規模和長期儲能具有吸引力。為了加速商業應用，長循環和可逆鐵陽極電解液有望解決關鍵障礙，即鐵枝晶生長和析氫反應（HER）。在此，北京化工大學Yuanhui Cheng報道了一種具有三乙醇胺（TEA）和2-甲基咪唑（MM）雙配體的強鐵絡合物。1）通過將兩個配體引入一個鐵中心，復合物的結合能增加，使其在充放電反應中更加穩定。Fe(TEA)MM絡合物在Fe3+和Fe2+之間實現了可逆且穩定的氧化還原，沒有金屬鐵生長和HER。2）基于這種陽極電解液的 AIFB 在 80 mA cm-2 下具有 80.5% 的高能效，并且在已報道的 AIFB 中表現出創紀錄的耐用性。1400次循環后效率和容量保持近100%。該 AIFB 的資本成本為 33.2 kW h-1 美元（例如，持續時間 20 小時），比鋰離子電池和釩液流電池便宜。這種雙配體螯合策略不僅解決了AIFB當前面臨的問題，而且為進一步提高其他液流電池的循環穩定性提供了思路。
Shaocong Wang, et al, A Double-ligand Chelating Strategy to Iron Complex Anolytes with Ultrahigh Cyclability for Aqueous Iron Flow Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202316593DOI: 10.1002/anie.202316593https://doi.org/10.1002/anie.2023165939. Angew：在 Zn//V2O5 系統中同時實現密集鋅沉積和破壞副反應循環Zn//V2O5體系不僅面臨著鋅（Zn）枝晶的無法控制的生長，而且還承受著從正極側到Zn負極產生的副產物的串擾效應，誘發極間串擾，加劇電池失效。為了解決這些問題，北京理工大學陳人杰教授，Yongxin Huang構建了一種快速Zn2+導電水凝膠電解質（R-ZSO），以實現Zn//V2O5全電池中的鋅沉積調節和副反應抑制。1）聚合物基體和BN對SO42-表現出強大的錨定效應，加速Zn2+遷移并實現致密的Zn沉積行為。2）基于R-ZSO電解質的Zn//Zn對稱電池可以穩定運行超過1500h，比采用空白電解質的電池高6倍。更重要的是，R-ZSO水凝膠電解質有效地解耦了串擾效應，從而打破了副反應的無限循環。3）使用這種改性水凝膠電解質的Zn//V2O5電池表現出超過1000次循環的穩定運行，每個循環的容量損失率僅為0.028%。該研究提供了一種有前途的凝膠化學，為構建高性能和多功能水性鋅離子電池提供了有價值的指導。
Huirong Wang, et al, Toward Simultaneous Dense Zinc Deposition and Broken Side Reaction Loops in the Zn//V2O5 System, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202318928DOI: 10.1002/anie.202318928 https://doi.org/10.1002/anie.202318928
10. Angew：原子分散Ag-Co光催化劑介導的光自芬頓反應有效降解有機污染物
實現廢水中持久性污染物的完全礦化仍然是一個巨大的挑戰。在這里，上海理工大學Hexing Li，Zichao Lian提出了一種高效的光自芬頓反應，使用嵌入圖形氮化碳（AgCo-CN）中的高密度（Ag：22 wt％）原子分散的AgCo雙位點來降解不同的污染物。1）綜合實驗測量和密度泛函理論（DFT）計算表明，AgCo-CN中的Ag和Co雙位點分別在加速光致電荷分離和形成自芬頓氧化還原中心方面發揮著關鍵作用。2）即使在極端條件下，雙金屬AgCo-CN也對苯酚表現出優異的光催化性能，這是由于有效的降解途徑和原位產生過氧化氫產生主要活性氧物種（·OH和1O2），并在苯酚中表現出長期活性。研究發現為設計高效的基于單原子光催化劑的光自芬頓反應來處理頑固污染物鋪平了道路。
Zichao Lian, et al, Photo-self-Fenton Reaction Mediated by Atomically Dispersed Ag–Co Photocatalysts toward Efficient Degradation of Organic Pollutants, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202318927DOI: 10.1002/anie.202318927https://doi.org/10.1002/anie.202318927
11. Angew：通過穩定鋰金屬電池的多價低熵懲罰設計研究硝酸鋰在酯電解質中的本征溶解
LiNO3 是一種出色的添加劑，可以顯著提高鋰金屬陽極上醚基電解質的穩定性。然而，它長期以來因其與商業使用的酯電解質的不相容性而受到限制。在此，清華大學Chao Wang將熵的基本作用與有限的 LiNO3 溶解度聯系起來，并提出了一種新的低熵罰設計，通過采用多價直鏈酯實現了 LiNO3 在酯溶劑中的高固有溶解度。 1）該策略在概念上不同于依賴于外在高極性載流子的傳統焓方法。2）通過這種方式，LiNO3可以直接與主酯溶劑相互作用，從根本上改變電解質性能，從而顯著改善鋰金屬電池的高庫倫效率和循環穩定性。這項工作說明了調節溶劑化熵對于高性能電解質設計的重要性。
Zhekai Jin, et al, Intrinsic Solubilization of Lithium Nitrate in Ester Electrolyte by Multivalent Low-Entropy-Penalty Design for Stable Lithium-Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202318197DOI：10.1002/anie.202318197https://doi.org/10.1002/anie.202318197
