1. Chem. Soc. Rev.：使用先進多孔材料的非CO2溫室氣體分離
CO2是一種主要的溫室氣體，人們正在努力減少CO2排放。然而，其他非CO2溫室氣體的貢獻不可忽視，包括甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、氟碳化合物、全氟氣體等。為了減少非CO2溫室氣體的排放，急需高效低能耗的先進分離技術，如吸附分離或膜分離。近日，北京工業大學Li Jianrong、Zhang Xin綜述研究了非CO2溫室氣體分離的多孔材料。
本文要點：
1) 多孔材料（APM）包括金屬-有機框架（MOFs）、共價有機框架（COFs），氫鍵有機框架（HOFs）和多孔有機聚合物（POPs）等，由于其具有可調的孔結構和表面功能，已被開發用于促進吸附和膜分離。
2) 作者綜述了APM吸附劑和膜用于非CO2溫室氣體分離的進展，并討論了材料的設計和制造策略，以及分子水平的分離機制。此外，作者還分析了各種APM材料對每種類型非CO2溫室氣體的最新分離性能和挑戰，為未來的研究提供了重要指導。此外，作者還討論了工程方面的實際工業挑戰和機遇，以促進用于非CO2溫室氣體分離的APM的工業實施。
Yan-Long Zhao, et al. Non-CO2 greenhouse gas separation using advanced porous materials. Chem. Soc. Rev. 2024
DOI: 10.1039/D3CS00285C
https://doi.org/10.1039/D3CS00285C
2. Nature Commun.：Ga2O3表面氫氣均裂增強加氫催化活性
在氧化物表面的覆蓋度和活性負氫的催化活性導致催化加氫反應面臨困難。有鑒于此，中國科學院上海有機化學研究所Sicong Ma、復旦大學朱義峰、中國科學院大連化物所/復旦大學包信和院士等研究Ga2O3氧化物的氫氣異裂，通過定量的區分長期未得到清楚認識的氫氣均裂/異裂，發現氫氣的均裂對于氧化物加氫催化的能力非常重要。
本文要點：
1）通過紅外光譜表征、質譜表征、反應的瞬態動力學，發現配位不飽和的Ga3+位點是氫氣的均裂位點，同時這個配位不飽和Ga3+位點是在氫氣異裂過程中原位產生。這個配位不飽和Ga3+位點非常容易在比較低的溫度切斷氫氣分子，因此導致Ga2O3表面具有非常高的負氫覆蓋度（H/表面Ga3+=1.6，H/OH=5.6）。
2）Ga2O3表面的氫氣均裂能力與Ga-Ga原子間距密切相關，同時Ga-Ga間距與起始Ga3+的配位情況有關。通過調控Ga3+位點的配位以及負氫的覆蓋度和反應活性，實現增強CO2加氫生成CO、甲醇、烯烴的性能達到4-6倍。
Yang, C., Ma, S., Liu, Y. et al. Homolytic H2 dissociation for enhanced hydrogenation catalysis on oxides. Nat Commun 15, 540 (2024)
DOI: 10.1038/s41467-024-44711-7
https://www.nature.com/articles/s41467-024-44711-7
3. Nature Commun.：基于異質集成微諧振器的高速高能效非易失性硅光子存儲器
最近，人們對可編程光子集成電路的興趣日益增長，將其作為深度神經網絡、量子計算和現場可編程陣列（FPGAs）的潛在硬件框架。然而，這些電路受到所用移相器的有限調諧速度和大功耗的限制。惠普實驗室Bassem Tossoun等介紹了作為非易失性硅光子移相器的憶阻器，一種與微環諧振器異質集成的金屬氧化物憶阻器。
本文要點：
1）這些器件的保持時間為12小時，開關電壓低于5 V，持續時間為1000個開關周期。此外，這些微諧振器已經使用300 ps長的電壓脈沖進行了開關，其開關能量為0.15 pJ。
2）此外，這些諧振器是在異質III-V-on-Si平臺上制造的，該平臺能夠直接在芯片上集成豐富的有源和無源光電子器件系列，以實現內存光子計算并進一步提高集成光子處理器的可擴展性。
Tossoun, B., Liang, D., Cheung, S. et al. High-speed and energy-efficient non-volatile silicon photonic memory based on heterogeneously integrated memresonator. Nat Commun 15, 551 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-44773-7
https://doi.org/10.1038/s41467-024-44773-7
4. Nature Commun.：硅中壓力誘導非晶-非晶轉變和結晶的微觀機制
一些低配位材料，包括水、二氧化硅和硅，表現出多晶現象，具有多種無定形形式。然而，非晶-非晶轉變（AAT）的微觀機制和動力學途徑仍然鮮為人知。東京大學Hajime Tanaka等使用最先進的機器學習潛力和局部結構分析來研究快速壓力變化后硅中AAT的微觀動力學。
本文要點：
1）作者發現，從低密度非晶（LDA）到高密度非晶（HDA）的轉變通過成核和生長發生，導致非球形界面，這強調了AAT的機械性質。相反，相反的轉變通過旋節分解發生。進一步加壓將LDA轉化為密度極高的無定形態（VHDA），HDA作為中間態。值得注意的是，最終的非晶態本質上是不穩定的，會轉變為晶體。
2）作者的發現表明，AAT和結晶是由熱力學和力學不穩定性共同驅動的，并由無擴散發生的預序輔助。這種獨特的機械和無擴散性質使AAT不同于液-液轉變。
Fan, Z., Tanaka, H. Microscopic mechanisms of pressure-induced amorphous-amorphous transitions and crystallisation in silicon. Nat Commun 15, 368 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-023-44332-6
https://doi.org/10.1038/s41467-023-44332-6
5. Nature Commun.：溶質原子如何控制鋁合金的水腐蝕
鋁合金在循環冶金中發揮著重要作用，因為它們具有良好的可回收性和95%的能量增益。它們的低密度和高強度線性轉化為運輸過程中的低溫室氣體排放，其出色的耐腐蝕性延長了產品壽命。鋁合金的耐久性源于牢固結合在表面的致密氧化膜，防止進一步退化。然而，盡管經過幾十年的研究，多組分鋁合金腐蝕過程中的單個元素反應及其對氧化膜納米級特征的影響仍是未解決的問題。馬克斯 -普朗克鐵研究所公司Dierk Raabe和Huan Zhao等在高強度Al-Zn-Mg-Cu合金的水腐蝕中的腐蝕氧化膜的近原子圖像和溶質反應性之間建立了直接關聯。
本文要點：
1）作者揭示了納米晶氧化鋁的形成，并強調了氧化物和基體之間的溶質分配以及內部界面的偏析。峰時效合金中Mg分配含量的急劇下降強調了熱處理對氧化物穩定性和腐蝕動力學的影響。通過氘的H同位素標記，作者提供了氧化物作為這種元素的陷阱的直接證據，指出了Al氧化物可能作為防止H脆化的動力學屏障的重要作用。
2）作者的發現推進了進一步提高氧化鋁穩定性的機理理解，指導了潛在應用的耐腐蝕合金的設計。
Zhao, H., Yin, Y., Wu, Y. et al. How solute atoms control aqueous corrosion of Al-alloys. Nat Commun 15, 561 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-44802-5
https://doi.org/10.1038/s41467-024-44802-5
6. EES：原子界面可逆氫溢出促進堿性高效析氫
作為鉑的替代品，釕基電催化劑在堿性析氫反應（HER）催化中極具應用潛力，然而，Ru催化劑需要進一步優化其氫結合能力，并且其面臨緩慢水離解動力學的挑戰。在這里，清華大學李亞棟院士、上海科技大學胡培君、溫州大學Chen Wei、Li Xinhua報道了一種新型的雙位點協同催化劑Ru1-Mo2C，并且其通過可逆的氫溢出模式實現對HER的高催化活性和高穩定性。
本文要點：
1) 電子-金屬-載體相互作用顯著調節了Ru1-Mo2C的電荷性質，并優化了H*的d帶中心和結合強度。密度泛函理論（DFT）計算表明，水在Mo2C上進行離解，生成的氫原子隨后轉移到相鄰的Ru單原子位點以形成和釋放H2。
2) 因此，Ru1-Mo2C具有優異的HER性能，在10mA cm-2下具有10.8mV的超低過電位和8.67A mgPGM-1（@100mV）的質量活性。以Ru1-Mo2C為陰極催化劑的堿性交換膜水電解（AEMWE）在1.83 V下達到1.0 A cm?2，并在500 mA cm?2下保持穩定運行超過200小時。
Tingting Chao, et al. Reversible Hydrogen Spillover at Atomic Interface for Efficient Alkaline Hydrogen Evolution. EES 2024
DOI: 10.1039/D3EE02760K
https://doi.org/10.1039/D3EE02760K
7. EES：通過集成高表面積Ti4O7負載的Pt和Ir@IrOx構建高度耐用的抗反陽極
在燃料電池運行過程中，燃料的匱乏會導致高電位陽極，并導致碳腐蝕和催化劑層坍塌，從而影響質子交換膜燃料電池的耐久性。近日，南方科技大學曾林、趙天壽院士、紐約州立大學Wu Gang通過集成高表面積Ti4O7負載的Pt和Ir@IrOx構建高度耐用的抗反陽極。
本文要點：
1) 作者合成了具有高比表面積的Ti4O7，并將其用于取代碳作為陽極催化劑載體。作者通過縮短電子轉移途徑和增加金屬覆蓋率來優化Ti4O7負載的陽極催化劑，并制備了抗反陽極來驗證Ti4O7載體的適用性。
2) 具有低Ir負載的Ir@IrOx/Pt/Ti4O7抗反陽極比傳統碳負載的抗反陽極具有長十倍的抗反時間（6小時）和低兩個數量級的降解率。該工作旨在促進無碳陽極的發展，并為高性能和低降解的抗反陽極制備提供指導。
Zheng Li, et al. Constructing highly durable reversal-tolerant anodes via integrating high-surface-area Ti4O7 supported Pt and Ir@IrOx for proton exchange membrane fuel cells. EES 2024
DOI: 10.1039/D3EE03921H
https://doi.org/10.1039/D3EE03921H
8. Joule：鋰電池快速充電、長時間儲存
使鋰（Li）電池能夠在幾分鐘的時間內快速充電，并保持高能量轉換效率和長時間存儲的電極材料對鋰電池的發展具有重要意義。它們受到陽極處緩慢界面離子傳輸、緩慢固態離子擴散和過快電還原反應動力學的挑戰。在此，康奈爾大學Lynden A. Archer、Yong Lak Joo報道了快速充電和長時間儲存的鋰電池。
本文要點：
1) 作者報道了基于銦（In）的鋰合金陽極，其具有快速的鋰表面和體擴散率，并具有中等的電還原反應速率。所得的LiIn陽極在極高的充電速率下表現出高的Li可逆性。
2) 作者使用LiIn陽極與一系列嵌入物（例如，LiFePO4和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）和轉化（例如，I2和O2）陰極配對的鋰離子電池來證明這種能力。作者表明，這種電池在一系列電解質溶劑中均具有優異的快速充電能力。
Shuo Jin, et al. Fast-charge, long-duration storage in lithium batteries. Joule 2024
DOI: 10.1016/j.joule.2023.12.022
https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.12.022
9. AEM：用于光伏應用的共蒸發Cu2AgBiI6薄膜中的成分轉變和雜質介導的光學躍遷
四元銅-銀-鉍-碘化物代表了用于光伏和光電探測器應用的有希望的新型寬帶隙（2 eV）半導體。英國牛津大學Henry J. Snaith、Harry C. Sansom和Laura M. Herz等使用氣相共蒸發制備Cu2AgBiI6薄膜和光伏器件。
本文要點：
1）研究結果表明，氣相沉積膜的性能高度依賴于加工溫度，表現出增加的針孔密度，并根據沉積后退火溫度轉化為四元相、二元相和金屬相的混合物。這種相位變化伴隨著光致發光（PL）強度和電荷載流子壽命的增加，以及在高能量（約3 eV）下出現額外的吸收峰。通常，增加的光致發光是太陽能吸收器材料的理想性能，但是光致發光的這種變化歸因于CuI雜質疇的形成，其缺陷介導的光學躍遷主導了薄膜的發射性能。通過光泵太赫茲探針光譜，揭示了CuI雜質阻礙Cu2AgBiI6薄膜中電荷載流子的傳輸。還揭示了Cu2AgBiI6材料的主要性能限制是短的電子擴散長度。
2）總的來說，這些發現為解決銅-銀-鉍-碘化物材料中的關鍵問題鋪平了道路，并指明了開發環境兼容的寬帶隙半導體的策略。
B. W. J. et al, Compositional Transformation and Impurity-Mediated Optical Transitions in Co-Evaporated Cu2AgBiI6 Thin Films for Photovoltaic Applications. Adv. Energy Mater. 2024, 2303313.
DOI: 10.1002/aenm.202303313
https://doi.org/10.1002/aenm.202303313
10. ACS Nano：具有精確的化學藥物-光敏劑比例的氫鍵聚合物納米藥物用于智能癌癥治療
腫瘤聯合治療的療效與各種藥物的負荷內容和貢獻有很大關系。然而，如何通過微調兩種共負載成分的比例以實現精準的癌癥治療仍是一項亟待解決的難題。有鑒于此，華中科技大學朱錦濤教授和陳森斌研究員開發了一種超分子聚合物支架，通過氫鍵(H-鍵)相互作用來優化化療藥物和光敏劑的負載比例，以最大限度地提高癌癥化學治療/光動力治療(CT/PDT)的療效。
本文要點：
1）實驗合成了一種胸腺嘧啶(THY)功能化的四苯基卟啉光敏劑(TTPP)，該光敏劑具有與化療藥物卡莫弗(如1-環己基氨基甲酰基-5-氟尿嘧啶，HCFU)相同的H-鍵陣列分子構型。與此同時，研究者也制備了六臂星形的兩親性聚合物載體P(DAPA-co-DPMA-co-OEGMA)6(聚(二氨基吡啶丙烯酰胺-co-2-(二異丙基氨基)甲基丙烯酸乙酯-co-寡聚(乙二醇)甲基丙烯酸單甲醚)6)，其包含親水性和生物相容性的POEGMA片段以及疏水性的PDAPA和PDPMA片段，具有隨機分散的雙重官能團，即異源互補的H-鍵DAP基序和對pH響應的質子化DPMA。
2）由于DAP/HCFU和DAP/TTPP具有相同的H-鍵結合能力，因此研究者可通過調整投料濃度直接實現HCFU和TTPP與六臂星形P(DAPA-co-DPMA-co-OEGMA)6載體的融合以及對負載比例的優化，從而產生氫鍵結合的超分子納米粒子(HCFU-TTPP-SPNs)，以實現對兩種成分的共遞送，有望能夠優化CT/PDT聯合治療的效果。
Yanggui Wu. et al. Deliver on a Promise: Hydrogen-Bonded Polymer Nanomedicine with a Precise Ratio of Chemodrug and Photosensitizer for Intelligent Cancer Therapy. ACS Nano. 2023
DOI: 10.1021/acsnano.3c08359
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c08359
