1. Nature Materials：Fe–Ni基合金在堿性介質中作為高活性、低成本的析氧反應催化劑NiFe基含氧氫氧化物對析氧反應具有高催化活性，但其需要復雜的合成過程，并且當其沉積在外來載體上時耐久性較差。在此，格勒諾布爾-阿爾卑斯大學Marian Chatenet將Fe–Ni基合金作為高活性、低成本的堿性析氧反應催化劑。1) 易于加工且廉價的Fe–Ni合金會自發形成高度活性的NiFe氧代氫氧化物表面。雖然合金的制造工藝和初始表面狀態不影響析氧反應性能，但NiFe氧氫氧化物表面層的生長/組成取決于合金元素和初始Fe/Ni原子比，從而驅動析氧反應活性。2) 當表面Fe/Ni比例在0.2和0.4之間時，其具有最佳的析氧反應性能和耐久性，并具有許多活性位點和高催化效率。該工作為堿性水電解槽的高活性和高耐用的Fe–Ni合金析氧電極鋪平了道路。
Lucile Magnier, et al. Fe–Ni-based alloys as highly active and low-cost oxygen evolution reaction catalyst in alkaline media. Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-023-01744-5https://doi.org/10.1038/s41563-023-01744-52. Chem. Soc. Rev.：用于3D集成柔性和可拉伸電子器件的低維納米結構柔性/可拉伸電子器件具有超薄設計、輕質結構、優異的機械穩定性等特點，使其在醫療保健、先進機器人和人機界面技術方面極具應用潛力。與設計空間有限的傳統單層結構相比，三維（M3D）集成設備架構為電子設備提供了更大的靈活性和可拉伸性，從而實現了高水平的集成，以適應其特定的設計目標，如皮膚舒適性、小型化和多功能性。近日，北京理工大學Shen Guozhen對用于3D集成柔性和可拉伸電子器件的低維納米結構進行了綜述研究。 1) 低維納米結構具有小尺寸、獨特特性、柔性/彈性適應性和有效的垂直堆疊能力，推動了3D集成柔性/可拉伸系統的發展。作者總結了在半導體、互連和襯底材料中發現的典型低維納米結構，并討論了用于智能傳感和數據處理的柔性/可拉伸器件的設計規則。2) 此外，作者還對3D集成中的人工感覺系統進行了綜述，并強調了柔性/可拉伸電子器件的進步，這些器件具有高密度、高能效和多功能的特點。最后，作者討論了低維納米結構的設計和優化所涉及的技術挑戰和先進方法，以實現3D集成柔性/可拉伸的多傳感系統。
Qilin Hua and Guozhen Shen. Low-dimensional nanostructures for monolithic 3D-integrated flexible and stretchable electronics. Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS00918A3. Nature Commun.：自組裝樹枝狀聚酰胺納米膜，具有增強的有效孔面積，用于離子分離使用明確的孔隙結構的膜技術可以實現高離子純度和回收率。然而，微調分離納米膜的內部孔隙結構使其均勻并增加有效孔隙面積仍然具有挑戰性。在這里，河南師范大學Bingbing Yuan，深圳大學Q. Jason Niu報道了具有不同外圍基團的樹枝狀聚合物，它們優先在水相胺溶液中自組裝，以促進形成具有明確的有效孔范圍和均勻孔結構的聚酰胺納米膜。 1）通過形成不對稱的中空納米帶納米膜來保持高滲透性，并且其精心設計的離子有效分離孔隙范圍顯示出增強，并通過分子模擬合理化。2）自組裝樹枝狀聚酰胺膜的 Cl–/SO42–選擇性是原始聚酰胺膜的 17 倍以上，從 167.9 增加到 2883.0。3）此外，與當前最先進的膜相比，設計的膜實現了更高的鋰純度和鋰回收率。這種方法提供了一種可擴展的策略來微調離子分離納米膜中的亞納米結構。
Yuan, B., Zhang, Y., Qi, P. et al. Self-assembled dendrimer polyamide nanofilms with enhanced effective pore area for ion separation. Nat Commun 15, 471 (2024).DOI：10.1038/s41467-023-44530-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-44530-24. Nature Commun.：表面活性劑誘導的介觀纖維狀組裝透明聚（甲基倍半硅氧烷）氣凝膠的異常柔韌性 以氣凝膠為代表的高性能隔熱材料被認為是最有前途的節能材料之一。然而，極低的機械強度一直是氣凝膠應用于各種社會領域的障礙，如房屋、建筑和工業工廠。在這里，京都大學Kazuyoshi Kanamori報道了一種基于聚倍半硅氧烷(PMSQ)網絡的合成策略，以實現具有異常高彎曲柔韌性的高透明度氣凝膠。1）通過四甲基氫氧化銨(TMAOH)的相分離抑制和非離子聚氧乙烷-b-聚氧丙烷-b-聚環氧乙烷(PEO-b-PPO-b-PEO)型表面活性劑的介觀纖維組裝，研究人員在PMSQ凝膠中構建了不同尺寸的介觀纖維狀結構。2）優化的PMSQ凝膠的介觀結構實現了高度透明和彈性的整體氣凝膠，與以前的工作相比具有更高的彎曲性能。這項工作將提供一種具有玻璃般的透明度和高機械靈活性的高度絕緣材料的方法。
Ueoka, R., Hara, Y., Maeno, A. et al. Unusual flexibility of transparent poly(methylsilsesquioxane) aerogels by surfactant-induced mesoscopic fiber-like assembly. Nat Commun 15, 461 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-44713-5https://doi.org/10.1038/s41467-024-44713-55. Nature Commun.：鋰化多孔硅納米線刺激牙周再生牙周病是口腔健康的一個重要負擔，對牙齒的支持結構造成漸進的和不可逆的損害。這種復雜的結構，牙周組織，由相互連接的軟組織和礦化組織組成，對再生方法提出了挑戰。硅和鋰結合的材料在牙周再生中被廣泛研究，因為它們通過硅酸釋放刺激骨修復，同時通過Wnt/β-連環蛋白途徑的鋰激活提供再生刺激。然而，用于鋰和硅組合釋放的現有材料對離子釋放量和動力學的控制有限。多孔硅可以提供受控的硅酸釋放，誘導成骨以支持骨再生。預鋰化是為電池技術開發的一種策略，它可以在多孔硅中引入大量可控的鋰，但會產生一種不適合生物醫學的高活性材料。倫敦國王學院Ciro Chiappini等首次提出了鋰化多孔硅納米線(LipSiNs)的策略，這產生了生物相容和生物可吸收的材料1）LipSiNs將鋰結合到硅含量的1%到40%之間，以可定制的方式從幾天到幾周釋放鋰和硅酸。LipSiNs結合成骨、牙骨質形成和Wnt/β-連環蛋白刺激，在鼠牙周缺損中再生骨、牙骨質和牙周韌帶纖維。2）開發適用于生物學應用的類似有效的鋰化方法是有吸引力的。
Kaasalainen, M., Zhang, R., Vashisth, P. et al. Lithiated porous silicon nanowires stimulate periodontal regeneration. Nat Commun 15, 487 (2024).DOI: 10.1038/s41467-023-44581-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-44581-56. Nature Commun.：通過雙陽離子共嵌入策略改進可充電鎂電池陰極基質材料中二價鎂離子的低遷移率阻礙了有競爭力的可充電鎂電池的發展。德國烏爾姆大學亥姆霍茲研究所Zhenyou Li等探索了雙陽離子共插層策略來減輕模型TiS2材料中Mg2+的惰性。 1）該策略包括在雙鹽電解質中將Mg2+與Li+或Na+配對，以利用后者更快的移動性，從而達到更好的電化學性能。實驗和理論計算的結合詳述了共嵌入陽離子電荷載體的電荷儲存和氧化還原機理。比較評估表明，Mg2+的氧化還原活性可以在雙陽離子共插層策略的幫助下顯著提高，盡管伴隨的單價離子的離子半徑在該策略的可行性中起著關鍵作用。更具體地，在TiS2中，與Na+相比，顯著更高的Mg2+量與Li+插入。原因是在前一種情況下不存在相變，這能夠改善Mg2+的儲存。2）作者的結果強調了雙陽離子共嵌入策略作為一種替代方法，通過打開通向多價電池應用的高級陰極材料豐富領域的途徑，來提高可充電鎂電池的電化學性能。
Roy, A., Sotoudeh, M., Dinda, S. et al. Improving rechargeable magnesium batteries through dual cation co-intercalation strategy. Nat Commun 15, 492 (2024).DOI: 10.1038/s41467-023-44495-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-44495-2
7. JACS：氧化物-分子篩催化劑的ZnCrOx催化活性位點
我們研究發現氧化物-分子篩催化劑能夠解決合成氣催化領域的選擇性難題，但是對于金屬氧化物的活性位點以及CO/H2的活化機理還并不清楚。有鑒于此，中國科學院大連化物所包信和院士、潘秀蓮研究員首次實驗研究OXZEO催化劑的ZnZrOx的Cr在催化反應中的作用。1）我們首次通過STEM和EELS表征技術研究，使用表面碳物種作為描述符研究Cr的催化作用。研究發現ZnCr2O4尖晶石的原子厚度表面ZnOx覆蓋層具有非常強的切斷C-O化學鍵能力，尤其是在（311）和（111）晶面之間較窄的ZnCr2O4 (110)。2）當表面覆蓋聚集的ZnOx覆蓋層，或者純ZnO，化學計量比ZnCr2O4催化劑的催化活性顯著降低。通過同步輻射光源的真空紫外光電子質譜表征研究各種同位素標記的反應物（C18O, 13CO, D2）在ZnCrn氧化物表面活化CO分子、生成的CH2以及CH2CO中間體、體系含有H2反應物時生成烴的情況。在ZnCrn-SAPO-18復合催化劑中，ZnCrn氧化物的Cr/Zn比例與CO活化與加氫性能與生成烯烴產物的活性的變化規律相符。
Yuxiang Chen, et al, Visualization of the Active Sites of Zinc–Chromium Oxides and the CO/H2 Activation Mechanism in Direct Syngas Conversion, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c07332https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c07332
8. Angew：石墨炔Co電催化固氮制備HNO3
制備HNO3的過程通常需要消耗大量的能量，并且導致嚴重的環境污染。人們發現電催化制備HNO3是一種消除碳排放的路徑。有鑒于此，中國科學院化學所李玉良院士、山東大學薛玉瑞等報道控制Co金屬組裝在石墨炔基底，得到的催化劑能夠在溫和條件選擇性進行電催化還原N2制備NH3。1）石墨炔材料具有非常大的共軛結構，石墨炔分布豐富的sp C位點，這種sp C位點與金屬之間具有強相互作用，石墨炔與Co原子之間具有電荷轉移。2）通過實驗和理論計算，發現強氧化態的Co能夠活化N2分子，選擇性和高效率的將N2分子轉化為*NO中間體，因此促進N2還原為HNO3的性能。在比較低的過電勢，實現了192.0 μg h-1 mg-1的HNO3速率，法拉第效率達到21.5 %。
Xuchen Zheng, et al, Controllable Assembly of Highly Oxidized Cobalt on Graphdiyne Surface for Efficient Conversion of Nitrogen into Nitric Acid, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202316723https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2023167239. Angew：Cu/ZrO2催化劑下聚對苯二甲酸乙二醇酯選擇性升級回收制備高氧化學苯甲酸甲酯將聚對苯二甲酸乙二酯(PET)廢料升級為有價值的含氧分子是一個迷人的過程，但它仍然具有挑戰性。近日，中科院大連化物所李燦院士，Zelong Li開發了一種兩步法，即先將對苯二甲酸二甲酯(DMT)甲醇解成對苯二甲酸二甲酯(DMT)，然后在固定床反應器和Cu/ZrO2催化劑上將DMT加氫制得高價值的化工產品對甲基苯甲酸甲酯(MMB)。1）研究人員發現ZrO2的相結構顯著地調節了產物的選擇性。單斜晶型催化劑(5% Cu/m-ZrO2)負載的銅對DMT轉化為MMB的選擇性為86%，而四方晶型催化劑(5% Cu/t-ZrO2)負載的銅主要生成對二甲苯(PX)，選擇性為75%。MMB比Cu/m-ZrO2具有更好的選擇性，這是由于與t-ZrO2相比，m-ZrO2具有更弱的酸性中心。M-ZrO2的弱酸性導致了對MMB的中等吸附能力，有利于其解吸。2）密度泛函理論計算表明，與Cu/t-ZrO2催化劑相比，Cu/m-ZrO2催化劑具有更高的第二C-O鍵斷裂有效能壘，從而保證了MMB的高選擇性。該催化劑不僅提供了一種將聚酯廢料轉化為精細化學品的方法，而且為控制多步加氫反應中的一次產物提供了一種策略。
Jianian Cheng, et al, Selective Upcycling of Polyethylene Terephthalate towards High-valued Oxygenated Chemical Methyl pMethyl Benzoate using a Cu/ZrO2 Catalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319896DOI: 10.1002/anie.202319896https://doi.org/10.1002/anie.202319896
10. Anal. Chem：基于主-客體識別增強魯米諾化學發光的光子發射以用于多巴胺的測定
通過引入功能化材料來調控魯米諾發光團的光子發射以提高化學發光(CL)響應對于構建高靈敏度傳感器而言至關重要。有鑒于此，中國科學院長春應化所汪爾康院士和李敬研究員通過Au-O鍵的簡單組裝策略將葫蘆[7]脲(CB[7])組裝到金納米粒子(AuNPs)的表面，以實現將發射體和共反應物加速器集成為一個實體的目的。1）在AuNPs上負載的CB[7]可提高其催化產生羥基自由基(?OH)的能力。此外，魯米諾與CB[7]之間的主-客體識別交互作用會使得魯米諾被更有效地捕獲到AuNPs上。研究發現，魯米諾與?OH之間的分子內電子轉移反應能夠在實體中更有效地誘導CL響應，從而大大提高光子發射（約為單獨的魯米諾/H2O2體系的100倍）。2）研究者通過傅里葉變換紅外光譜、電化學和熱重等表征手段揭示了魯米諾和CB[7]之間的主-客體識別交互作用。實驗結果表明，該CL系統可通過一種協同的淬滅機制成功地實現對多巴胺(DA)的靈敏、選擇性測定。綜上所述，該研究設計的放大策略將識別和放大的元素整合在一個實體中，進一步簡化了傳感過程，其在實現基于自增強策略的敏感性分析方面具有巨大的應用潛力。
Sipeng Tian. et al. Boosting Photon Emission from the Chemiluminescence of Luminol Based on Host?Guest Recognition for the Determination of Dopamine. Analytical Chemistry. 2023DOI: 10.1021/acs.analchem.3c04645https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.3c0464511. ACS Nano：超越 LiF：定制以 Li2O 為主的固體電解質中間相以實現穩定的鋰金屬電池固體電解質界面（SEI）的成分和結構對于鋰金屬電池（LMB）的穩定循環至關重要。LiF作為SEI的主要成分已被廣泛研究，但Li2O對Li+的擴散勢壘要低得多，因此很少被研究為SEI的主要成分。以Li2O為主的SEI對電化學性能的影響仍然難以捉摸。近日，南方科技大學Yonghong Deng，Shang-Sen Chi設計了一種超強配位共溶劑化稀釋劑2,3-二氟乙氧基苯(DFEB)，旨在調節溶劑化結構并定制以Li2O為主的SEI，以獲得穩定的LMB。1）在基于DFEB的LHCE(DFEB-LHCE)中，DFEB強烈參與第一個溶劑化殼層，并與FSI?協同作用，形成以Li2O為主的富含無機物的SEI，這與傳統LHCE中形成的以LiF為主的SEI不同。2）受益于這種特殊的SEI架構，Li||Cu半電池的庫侖效率(CE)高達99.58%、穩定的電壓分布、致密均勻的鋰沉積，以及有效抑制對稱電池中鋰枝晶的形成，都實現了。3）更重要的是，DFEB-LHCE可以與LFP、NCM811、S正極等各種正極以及Li||相匹配。使用DFEB-LHCE的LFP全電池在650個穩定循環后具有85%的容量保持率，CE為99.9%。尤其是1.5Ah實用型鋰金屬軟包電池，在250次循環后容量保持率高達89%，平均CE高達99.93%。這項工作揭示了以Li2O為主的SEI的優越性以及通過調節溶劑化結構來定制SEI組分的可行性。
Huipeng Zeng, et al, Beyond LiF: Tailoring Li2O?Dominated Solid Electrolyte Interphase for Stable Lithium Metal Batteries, ACS Nano, 2024DOI: 10.1021/acsnano.3c07038https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07038
