1. Nature Materials：近中性電解質中高效解耦水分解的電化學和化學循環利用可再生電力通過水分解生產綠色氫氣對于實現凈零碳排放至關重要。近日，以色列理工學院Avner Rothschild將析氫和析氧反應解耦，并在沒有膜和密封部件的情況下運行來降低系統成本。1) 該過程將析氫或析氧反應分為電化學和化學子反應，使其能夠實現高轉換效率。作者介紹了一種新工藝，該工藝可在單獨的電池中生產氫氣和氧氣，并且在無膜系統中連續運行。2) 在近中性電解質中，該工藝具有高法拉第效率和電解效率，其中溴化物在一個電池中被電氧化為溴酸鹽，同時析氫。而溴酸鹽在另一個電池的催化反應中被化學還原為溴化物，從而析氧。
Ilya Slobodkin, et al. Electrochemical and chemical cycle for high-efficiency decoupled water splitting in a near-neutral electrolyte. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-023-01767-yhttps://doi.org/10.1038/s41563-023-01767-y2. Nature Materials：用易收縮陽極材料實現固態電池中金屬鋰的快速循環在固體電池中，鋰（Li）和陽極材料之間的界面反應仍不明確。近日，哈佛大學Li Xin利用易收縮陽極材料實現固態電池中金屬鋰的快速循環。1) 作者將重點放在陽極材料硅（Si）上，以證明微米大小硅的鋰化反應可以在固-固界面顯著抑制，而不是在傳統的固-液界面進行強的鋰-硅合金化，因此由于反應誘導的擴散限制過程，它只發生在硅顆粒的薄表面位置。2) 作者通過約束系綜計算方法預測以Si、銀（Ag）和鎂（Mg）合金為代表的一系列陽極材料的表面鋰化和Li鍍層之間的動態相互作用，因此其可以更均勻地分布電流密度，使Li金屬在高面積容量下快速循環，這對固態電池的應用十分重要。
Luhan Ye, et al. Fast cycling of lithium metal in solid-state batteries by constriction-susceptible anode materials. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-023-01722-xhttps://doi.org/10.1038/s41563-023-01722-x3. Nature Synthesis：酸引發的乙烯基單體自由基聚合 可逆加成-斷裂鏈轉移（RAFT）聚合是有效的受控自由基聚合方法之一，因為它具有廣泛的材料范圍和對各種官能團和雜質的高耐受性。然而，為了操作RAFT聚合，需要恒定的自由基供應，通常通過外源性熱自由基引發劑，這些引發劑不僅難以運輸和儲存，而且主要導致末端和端基的不均勻性。近日，蘇黎世聯邦理工學院Athina Anastasaki、Nghia P. Truong、弗林德斯大學Michelle L. Coote報道了酸引發的乙烯基單體自由基聚合。1) 作者提出了一種酸引發的RAFT聚合，它可在黑暗中操作，并且沒有任何傳統的自由基引發劑。作者發現，豐富的酸（例如硫酸）具有引發和加速聚合的雙重作用。2) 因此，作者制備的聚合物具有低分散性。該方法與多種乙烯基單體和溶劑相容，可應用于控制良好的高分子量嵌段共聚物的合成以及自由基聚合。
Maria-Nefeli Antonopoulou, et al. Acid-triggered radical polymerization of vinyl monomers. Nature Synthesis 2024 DOI: 10.1038/s44160-023-00462-9https://doi.org/10.1038/s44160-023-00462-94. Nature Commun.：低維鐵電體中極性氣泡的運動和隱形傳態電氣泡是電偶極子的亞10納米球形渦流，可以在超薄鐵電體中自發形成。雖然電泡的靜態特性已經被很好地確立，但對這些粒子狀結構的動力學卻知之甚少。新南威爾士大學Q. Zhang和阿肯色大學S. Prokhorenko等揭示了在超薄Pb(Zr0.4Ti0.6)O3薄膜中實現電氣泡的自發和受控動力學的途徑。1）在低屏蔽條件下，作者發現電泡表現出熱驅動的混沌運動，產生類似液體的狀態。在高屏蔽制度，作者表明，氣泡保持靜止，但可以不斷地被局部電場取代。此外，作者預測并通過實驗證明了氣泡隱形傳態的可能性，這是一個通過PFM尖端的單個電場脈沖將氣泡轉移到新位置的過程。2）最后，作者將發現的現象歸因于能源景觀的層級結構。
Prokhorenko, S., Nahas, Y., Govinden, V. et al. Motion and teleportation of polar bubbles in low-dimensional ferroelectrics. Nat Commun 15, 412 (2024).DOI: 10.1038/s41467-023-44639-4https://doi.org/10.1038/s41467-023-44639-45. Nature Commun.：部分還原鎳酸鹽薄膜中強表面重構的直接觀察表面的極性可以通過靜電效應影響氧化物薄膜的電子和結構性質。理解這些效應背后的機制需要了解表面的原子結構和靜電特性。馬克斯·普朗克固態研究所Chao Yang等使用環形明場成像來研究Pr0.8Sr0.2NiO2+x (0 < x < 1)薄膜的表面結構。1）作者在完全氧化的Pr0.8Sr0.2NiO3樣品中觀察到與八面體旋轉相耦合的極性畸變，并且在部分還原的樣品中觀察到更強的極性畸變。它的空間深度范圍是離表面大約三個單位單元。此外，我們使用四維掃描透射電子顯微鏡(4D-STEM)直接成像表面附近Ni原子周圍的局域原子電場，并發現Ni原子的不同價態變化，這通過原子分辨率電子能量損失譜(EELS)得到證實。2）作者的結果表明，還原樣品中的強表面重構與由局部化學還原形成的氧空位密切相關。這些發現為在原子水平上理解和進化表面極性提供了見解。
Yang, C., Pons, R., Sigle, W. et al. Direct observation of strong surface reconstruction in partially reduced nickelate films. Nat Commun 15, 378 (2024).DOI: 10.1038/s41467-023-44616-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-44616-x6. Nature Commun.：可拉伸的負泊松比多孔超材料 高度可拉伸的多孔材料有希望用于柔性電子器件，但是它們的制造是一個巨大的挑戰。同濟大學Guoqing Zu等通過單軸、雙軸和三軸熱壓策略獲得了幾種具有低或負泊松比的高拉伸性導電多孔彈性體。1）通過單軸熱壓獲得的具有折疊多孔結構的還原氧化石墨烯/聚合物納米復合材料彈性體表現出高達1200%應變的高拉伸性。此外，通過雙軸(或三軸)熱壓，獲得了結合了高雙軸(或三軸)拉伸性和負泊松比的具有凹入多孔結構的準彈性體。所得的基于彈性體的可穿戴應變傳感器表現出超寬的響應范圍(0-1200%)。該材料可用于智能熱管理和電磁干擾屏蔽，這是通過拉伸調節多孔微結構來實現的。2）這項工作為高拉伸性和負泊松比多孔材料提供了一種通用的策略，這些材料具有用于各種應用的有前途的特征，例如柔性電子器件、熱管理、電磁屏蔽和能量存儲。
Zhang, X., Sun, Q., Liang, X. et al. Stretchable and negative-Poisson-ratio porous metamaterials. Nat Commun 15, 392 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-44707-3https://doi.org/10.1038/s41467-024-44707-37. Nature Commun.：高溫下穩定的近黑體太陽能吸收的可擴展納米結構通過納米結構增強光捕獲在工程應用中普遍存在，例如，在改進高效聚光太陽能熱(CST)技術中。然而，大多數納米工程涂層和亞表面無法擴展到大表面(> 100 m2)，并且在高溫(> 850°C)下不穩定，這阻礙了它們在CST中的廣泛采用。澳大利亞國立大學Juan F. Torres等提出了一種可擴展的層納米架構，可以顯著增強任意材料的太陽能吸收。 1）作者的電磁學模型預測，尖端光吸收劑的吸收率可以進一步提高70%以上，即在沒有納米結構的情況下，相對于基線值的黑體吸收有所改善。在實驗中，納米結構產生的太陽能吸收器在光學上更接近黑體35%，即使在空氣中長期(1000小時)高溫(900攝氏度)老化后也是如此。據作者所知，穩定的太陽能吸收率超過97.88±0.14%，這是迄今為止在這些極端老化條件下報道的最高值。2）層納米結構的可擴展性通過輔助沉積得到進一步證明，為現有和新開發的CST吸收材料的簡單而顯著的太陽能吸收率提升和維護方法鋪平了道路。
Guo, Y., Tsuda, K., Hosseini, S. et al. Scalable nano-architecture for stable near-blackbody solar absorption at high temperatures. Nat Commun 15, 384 (2024).DOI: 10.1038/s41467-023-44672-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-44672-38. JACS：一種成分簡單的無鉛薄膜中的超高效率卓越儲能現代電子設備和電力系統非常需要介電電容器來存儲和回收電能。然而，同時實現高能量密度和效率仍然是一個挑戰。在這里，北京科技大學Shiqing Deng，He Qi，Jun Chen報道了在理論和相場模擬的指導下，能夠在鈦酸鍶（SrTiO3）（一種線性電介質）中實現90?94%的超高效率和85?90 J cm?3的高能量密度的優異綜合性能。1）通過引入 Ti/O 缺陷來操縱局部對稱性，從而獲得簡單的化學成分。2）原子尺度表征證實，這些 Ti/O 缺陷會導致局部對稱性破缺和局部晶格應變，從而導致形成尺寸從 2 到 8 nm 不等的孤立超細極性納米團簇。這些納米團簇造成相當大的介電極化和可忽略的極化滯后。本研究開辟了設計高性能介電電容器的新領域，利用一大系列現成的線性電介質和非常簡單的化學物質。
Tianyu Li, et al, Ultrahigh-Efficiency Superior Energy Storage in Lead-Free Films with a Simple Composition, J. Am. Chem. Soc., 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c08903https://doi.org/10.1021/jacs.3c089039. JACS：氟離子電池中涉及 O?O 鍵形成的高容量雙層鈣鈦礦氟氧化物陰極開發電化學高能量存儲系統對于綠色和可持續的能源供應至關重要。一個有前途的候選者是氟離子電池（FIB），它可以提供比鋰離子電池更高的體積能量密度。然而，具有轉化型反應的典型金屬氟化物陰極導致低倍率性能。最近，據報道，與具有轉化型反應的典型金屬氟化物陰極相比，層狀鈣鈦礦氧化物和氟氧化物，例如LaSrMnO4和Sr3Fe2O5F2，表現出相對較高的倍率性能和循環穩定性，但它們的放電容量（~118 mAh/g）低于鋰離子電池中使用的典型陰極。在這里，京都大學Kentaro Yamamoto使用雙層 Ruddlesden?Popper 型鈣鈦礦氟氧化物 La1.2Sr1.8Mn2O7?δFx 證明了氟離子的電化學嵌入具有優異的可逆性、循環性和倍率性能。1）有趣的是，除了 0 < x < 2 的常規 Mn 氧化還原外，這種氟氧化物還可以通過形成 O?O（陰離子氧化還原）將過量的氟離子 (2 < x < 4) 納入鈣鈦礦塊中。盡管La1.2Sr1.8Mn2O7?δFx通過形成O?O鍵而表現出高容量，但其容量仍然與富鋰正極相當。因此，利用相同的反應機理開發比La1.2Sr1.8Mn2O7?δFx具有更高容量的新型陰極。 2）需要強調的是，與LIB一樣，目前的FIB在循環穩定性、倍率特性、氟離子擴散等電化學性能方面還有進一步改進的空間；可用的策略包括用其他過渡金屬進行化學取代、氧空位控制、電極混合物成分的優化、調整顆粒形態以及控制電極和電解質之間的界面接觸。這次在140℃下測量電池性能主要是因為所使用的固體電解質的氟離子電導率較低。因此，開發具有高離子電導率和電化學窗口的新型固體電解質是必要的。3）鑒于傳統鈣鈦礦材料已知的結構和成分多種多樣，通過形成 O?O 鍵捕獲過量氟離子的能力為鈣鈦礦工程增加了一個新維度，不僅適用于電池研究，也適用于其他學科。事實上，具有“密堆積”結構的鈣鈦礦 ABO3 中分子狀 O2 的形成并不明顯，總體上可能是一個有趣的研究課題。此外，這項研究充分提高了人們的認識，即電化學是獲得新型氟氧化物的強大工具，更廣泛地說，是獲得可能對各種物理和化學功能產生影響的混合陰離子化合物。
Hidenori Miki, et al, Double-Layered Perovskite Oxyfluoride Cathodes with High Capacity Involving O?O Bond Formation for Fluoride-Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c10871 https://doi.org/10.1021/jacs.3c1087110. JACS:通過離子共結晶實現的無高氯酸鹽高能氧化劑為了實現更可持續的固體火箭發動機，尋找合適的氧化劑高氯酸銨（AP）替代品是當務之急。氧化鹽硝酸銨（AN）和二硝酰胺銨（ADN）被認為是AP的潛在綠色替代品，但存在大量的處理和加工問題，包括穩定性差和針狀晶體形態抑制致密堆積；這些都阻礙了它們的廣泛使用。近日，密歇根大學安娜堡分校Adam J. Matzger報道了利用離子共結晶來產生這些氧化鹽與高能共形成物的第一個共晶體，并且第一個這樣的共晶體保持正氧平衡。1）氮唑基含能分子5,5'-二硝基-2H,2H'-3,3"-bi-1,2,4-三唑(DNBT)成功與AN共晶，生成共晶2AN:DNBT。2）差示掃描量熱法數據證實，AN 在共晶中穩定，其純態存在固態相變問題。3）將這種共結晶策略應用于 ADN 可以生成 2ADN:DNBT，它是所有有機共晶中氧平衡最高的。
Andrew J. Bennett, et al, Perchlorate-Free Energetic Oxidizers Enabled by Ionic Cocrystallization, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c12023https://doi.org/10.1021/jacs.3c12023多金屬氧酸鹽(POMs)是一種具有獨特物理化學性質的分子金屬氧化物簇，在可再生能源體系中為創造高效、穩定的電催化劑做出了重要貢獻。由于POMs的基本優點，如分子結構的多樣性和大量的氧化還原活性位點，許多努力都致力于擴展其應用領域。到目前為止，已經開發了將POM分子組裝成超結構、將POM支撐在多相基底上以及POM衍生的金屬化合物的各種策略來合成電催化劑。四川大學Chong Cheng和Shuang Li等系統地總結了POM結構材料的最新進展，特別關注它們的分子基礎，電催化作用，以及POM和POM衍生的電催化劑的最新突破。1）值得注意的是，作者集中于揭示POM結構材料如何影響其電催化活性的當前狀態、本質和機制，并揭示未來發展的關鍵要求。未來的挑戰，目標，比較和創造聚甲醛結構材料的前景也進行了系統的討論。2）作者預計這篇綜述將對促進多酸結構材料在電催化中的繁榮和廣泛應用的跨學科努力產生重大影響。
T. Ma, R. Yan, X. Wu, M. Wang, B. Yin, S. Li, C. Cheng, A. Thomas, Polyoxometalate-Structured Materials: Molecular Fundamentals and Electrocatalytic Roles in Energy Conversion. Adv. Mater. 2024, 2310283.DOI: 10.1002/adma.202310283https://doi.org/10.1002/adma.202310283
