1. Chem. Soc. Rev.：通過維度調(diào)制打破無鉛鈣鈦礦太陽能電池的瓶頸鈣鈦礦太陽能電池（PSC）技術(shù)因其在薄膜光伏技術(shù)中的高功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）而備受關(guān)注。然而，鉛的毒性和鹵化鉛材料的較差穩(wěn)定性阻礙了其商業(yè)化。近日，北京大學(xué)Xiao Lixin、Qu Bo、河北工業(yè)大學(xué)Wu Cuncun綜述研究了無鉛鈣鈦礦太陽能電池的多維調(diào)控。1) 作者回顧了不同類別無鉛鈣鈦礦和類鈣鈦礦材料的尺寸變化，并發(fā)現(xiàn)尺寸是決定無鉛PSC性能的關(guān)鍵指標之一。此外，作者總結(jié)了結(jié)構(gòu)維度和電子維度的調(diào)控，以及不同類別中增強的光電特性。2) 最后，作者對無鉛鈣鈦礦和類鈣鈦礦光伏材料的未來發(fā)展前景進行了展望。該篇綜述將為研究人員提供這些新興材料的簡要概述，并幫助他們利用維度調(diào)控來打破光伏應(yīng)用瓶頸。
Wenjin Yu, et al. Breaking the bottleneck of lead-free perovskite solar cells through dimensionality modulation. Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS00728F
2. JACS：通過倍半硅氧烷POSS構(gòu)筑COF
框架化學(xué)（Reticular chemistry）可以構(gòu)筑明確拓撲結(jié)構(gòu)的多孔材料，并且實現(xiàn)廣泛的應(yīng)用前景。低聚倍半硅氧烷多面體（POSS, Polyhedral oligomeric silsesquioxane）是對稱性為Oh的結(jié)構(gòu)，使用POSS構(gòu)筑新型拓撲結(jié)構(gòu)3D COF材料受到人們的廣泛興趣。立方烷POSS具有較大的柔性和密集的運動，導(dǎo)致構(gòu)筑3D結(jié)構(gòu)變得非常困難。有鑒于此，吉林大學(xué)于吉紅院士、徐吉靜、金恩泉等將三個或者四個POSS從比較合理的方向和角度與剛性芳烴分子相連，從而得到一系列scu拓撲結(jié)構(gòu)與“the”拓撲結(jié)構(gòu)的3D晶化COF。 1）我們通過實驗和理論計算驗證說明生成的產(chǎn)物為3D POSS COF。得到的復(fù)合結(jié)構(gòu)具有非常大的比表面積，同時保留有機成分和無機成分的特點，包括與無機鹽之間的相容性較好、豐富的電化學(xué)位點、優(yōu)異的熱力學(xué)穩(wěn)定性、多級納米通道結(jié)構(gòu)。2）合成的立方烷COF表現(xiàn)優(yōu)異的固體電解質(zhì)性質(zhì)，離子導(dǎo)電性高達1.23×10-4 S m-1，在室溫時的Li離子傳輸數(shù)目達到0.86。這項工作有助于設(shè)計和構(gòu)筑豐富拓撲結(jié)構(gòu)的晶格有序柔性結(jié)構(gòu)材料。
Guan-Yu Qiao, et al, Unlocking Synthesis of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane-Based Three-Dimensional Polycubane Covalent Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c12650https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c126503. JACS：鈣鈦礦型異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化CO2強化還原中從II型向Z-型轉(zhuǎn)變的研究制備具有理想電荷轉(zhuǎn)移特性的鈣鈦礦基異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能力是制備一組具有可調(diào)光電性能的鈣鈦礦型材料和器件的重要努力。然而，由于II型和ZSCHEM型異質(zhì)結(jié)的材料選擇和能帶排列相似，獲得具有良好電子轉(zhuǎn)移途徑的鈣鈦礦型異質(zhì)結(jié)用于光催化仍然具有挑戰(zhàn)性。在這里，南京大學(xué)Yingfang Yao，鄒志剛院士，天津大學(xué)Bin Liu報道了一種有效的鈣鈦礦基異質(zhì)結(jié)構(gòu)中電荷轉(zhuǎn)移途徑的有效定制，通過類型II到Z方案的轉(zhuǎn)換，用于高效和選擇性地光催化二氧化碳還原。1）具體地說，合成了CsPbBr3/TiO2和CsPbBr3/Au/TiO2異質(zhì)結(jié)，并用超快光譜對其進行了研究。此外，以CsPbBr3/TiO2和CsPbBr3/Au/TiO2為例，操作實驗和理論計算證實，通過建立低阻歐姆接觸，第二類異質(zhì)結(jié)構(gòu)可以很容易地轉(zhuǎn)變?yōu)閆SCHEME異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這表明快速電子轉(zhuǎn)移路徑在Z-SCHEME結(jié)構(gòu)中是至關(guān)重要的，CsPbBr3/Ag/TiO2和CsPbBr3/MoS2異質(zhì)結(jié)構(gòu)進一步證明了這一點。2)與純CsPbBr3和CsPbBr3/TiO2光催化還原相比，CsPbBr3/Au/TiO2光催化還原電子消耗速率分別提高了5.4倍和3.0倍。密度泛函理論計算和原位漫反射紅外傅里葉變換光譜表明，較低的*CO脫附能比*HCO加氫脫附能具有更高的CO選擇性。這一細致的設(shè)計為鈣鈦礦型多功能材料的改性提供了啟示，并啟發(fā)了具有理想電荷轉(zhuǎn)移的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)在催化和光電應(yīng)用中的有意識的優(yōu)化。
Wentao Song, et al, Unraveling the Transformation from Type-II to Z?Scheme in Perovskite-Based Heterostructures for Enhanced Photocatalytic CO2 Reduction, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c12073https://doi.org/10.1021/jacs.3c120734. JACS：高壓電芬頓在常溫下驅(qū)動氧氣轉(zhuǎn)化甲烷將甲烷電化學(xué)轉(zhuǎn)化為易運輸和高附加值的液體燃料對于高效利用甲烷具有極大的吸引力，但由于甲烷在電解液中的低反應(yīng)性和溶解性，這一過程具有挑戰(zhàn)性。在這里，中科院大連化物所Dehui Deng，Liang Yu，Xiaoju Cui報道了一種高壓電Fenton(HPEF)策略，以建立一個在室溫下O2電催化CH4轉(zhuǎn)化的非均相過程。1）與提高反應(yīng)壓力以加速反應(yīng)動力學(xué)相結(jié)合，它提供了前所未有的甲酸產(chǎn)率11.5 mmol h?1gFe?1，比常壓下提高了220倍。當(dāng)超低的陰極過電位為0.38V時，HCOOH的法拉第效率可達81.4%。2）升高的壓力不僅促進了O2的電催化還原為H2O2，而且增加了CH4與·OH的反應(yīng)碰撞幾率，這是由于Fe2+促進了H2O2的原位分解而產(chǎn)生的。
Yao Song, et al, High-Pressure Electro-Fenton Driving CH4 Conversion by O2 at Room Temperature, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c10825https://doi.org/10.1021/jacs.3c108255. JACS：用于穩(wěn)定水電池的超薄和半結(jié)晶聚合物中間相形成的自適應(yīng)離子通道水系鋅電池最近成為大規(guī)模儲能的有希望的候選者，這是因為對具有足夠能量密度和容易獲得的電極材料的安全和經(jīng)濟有效的技術(shù)的需求。然而，鋅電池的能量密度和循環(huán)壽命受到電極?電解液界面固有的化學(xué)、形態(tài)和機械不穩(wěn)定性的限制，在那里會發(fā)生不受控制的反應(yīng)。為了抑制不受控制的反應(yīng)，康奈爾大學(xué)Lynden A. Archer，Rong Yang為兩個電極設(shè)計了一種結(jié)晶聚合物界面，它通過自適應(yīng)形成離子通道來快速和選擇性地傳輸鋅，從而同時提高電極的可逆性。1）該界面包括一層超薄的結(jié)晶聚(1H，1H，2H，2H-全氟十二烷基丙烯酸酯)，利用引發(fā)化學(xué)氣相沉積(ICVD)一步合成并應(yīng)用于保形涂層。對結(jié)晶度進行了優(yōu)化，以改善相間穩(wěn)定性和鋅離子傳輸。2）優(yōu)化的界面能使鋅對稱電池的循環(huán)壽命達到9500次，鋅錳電池的循環(huán)壽命達到11000次以上。以銅和鋰為例，進一步證明了這種界面設(shè)計的普適性，提高了它們的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了兩者的可逆循環(huán)。3）ICVD方法和分子設(shè)計釋放了使用儲量豐富的鋅負極材料的高度可逆和成本效益高的水基電池的潛力，指向了網(wǎng)格規(guī)模的能量存儲。
Pengyu Chen, et al, Adaptive Ion Channels Formed in Ultrathin and Semicrystalline Polymer Interphases for Stable Aqueous Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c10638https://doi.org/10.1021/jacs.3c10638
6. JACS：從頭合成的綠色熒光蛋白發(fā)色團基探針可通過便攜式系統(tǒng)捕獲潛在指紋
實現(xiàn)對潛在指紋（LFP）及其起源點的快速可視化對于有效評估犯罪現(xiàn)場而言非常重要。有鑒于此，上海師范大學(xué)Tony D. James教授、黃楚森教授和吳廬陵博士開發(fā)了一類新的基于綠色熒光蛋白的熒光染料(LFP-Yellow和LFP-Red)，它們可在10 s內(nèi)實現(xiàn)對LFP的實時可視化。1）與傳統(tǒng)的LFPs化學(xué)試劑相比，這些熒光染料完全水溶，且細胞毒性較低，對使用者無害。研究發(fā)現(xiàn)，該熒光染料能夠通過“關(guān)-開”熒光信號讀數(shù)清晰地顯示LFPs的1 ~ 3級細節(jié)。2）此外，由于這些熒光染料是以咪唑啉酮為核心構(gòu)建的，因此不含吡啶基團和金屬離子，從而能夠確保染料處理后的LFPs在提取和鑒定時不會污染DNA。與用于捕獲LFPs的便攜式系統(tǒng)相結(jié)合后，LFP-Yellow和LFP-Red可實現(xiàn)對LFPs的快速捕獲。綜上所述，該研究開發(fā)的基于綠色熒光蛋白發(fā)色團的探針能夠為快速識別出現(xiàn)在犯罪現(xiàn)場的個體提供一種新的途徑。
Nanan Ruan. et al. De Novo Green Fluorescent Protein Chromophore Based Probes for Capturing Latent Fingerprints Using a Portable System. Journal of the American Chemical Society. 2024 DOI: 10.1021/jacs.3c11277https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c112777. AM：用于X射線成像的多態(tài)性依賴的有機室溫磷光閃爍有機磷光閃爍材料由于其對激子的有效利用而在射線照相術(shù)和輻射探測中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。然而，揭示分子堆積和閃爍體的磷光放射發(fā)光之間的關(guān)系仍然具有挑戰(zhàn)性。西北工業(yè)大學(xué)黃維院士等報道了兩種具有多態(tài)性依賴性磷光放射發(fā)光的吩噻嗪衍生物。1）實驗表明，分子堆積顯著影響閃爍體三重態(tài)激子的非輻射衰減，這進一步?jīng)Q定了X射線照射下的磷光閃爍性能。這些磷光閃爍體具有高放射性穩(wěn)定性，檢測下限為278 nGys-1。此外，作者證明了這些閃爍體在X射線照相術(shù)中的潛在應(yīng)用，基于其X射線激發(fā)的放射發(fā)光特性。2）作者的發(fā)現(xiàn)為通過闡明晶體堆積對有機分子放射性發(fā)光的影響來獲得高性能磷光閃爍材料提供了指導(dǎo)。M. Dong, et al, Polymorphism-Dependent Organic Room Temperature Phosphorescent Scintillation for X-ray Imaging. Adv. Mater. 2024, 2310663.DOI: 10.1002/adma.202310663https://doi.org/10.1002/adma.2023106638. AM：實現(xiàn)光熱水二極管蒸發(fā)器的自適應(yīng)水能平衡保持太陽能輸入和供水管理所需能量之間的匹配是實現(xiàn)高效界面太陽能驅(qū)動蒸發(fā)的關(guān)鍵（ISDE）。實際上，太陽輻射通量在一天中不斷變化，因此保持ISDE的動態(tài)水能平衡是一個巨大的挑戰(zhàn)。陜西科技大學(xué)Chengbing Wang等通過集成的親水/疏水Janus吸收器提出了光熱水二極管（WD）蒸發(fā)器概念以克服該問題。1）由于不對稱潤濕性導(dǎo)致的獨特的單向水傳輸特性，光熱能量輸入和水吸收之間建立了自適應(yīng)平衡，從而實現(xiàn)了能量匹配和利用最大化。實驗和模擬結(jié)果表明，隨著日照強度的增加，補水的動態(tài)管理和自我調(diào)節(jié)顯著加快了供水速度。因此，在一個太陽光照下，可實現(xiàn)高達2.14kg m–2h–1的出色蒸發(fā)率和93.7%的高效率。2）這種具有Janus潤濕性的水二極管工程提供了一種新穎的策略，并為設(shè)計具有不同供水特性的太陽能蒸發(fā)系統(tǒng)擴展了路徑，在不同的環(huán)境條件下顯示出巨大的潛力。
D. Wei, et al, Enabling Self-Adaptive Water-Energy-Balance of Photothermal Water Diode Evaporator: Dynamically Maximizing Energy Utilization Under the Ever-Changing Sunlight. Adv. Mater. 2024, 2309507.DOI: 10.1002/adma.202309507https://doi.org/10.1002/adma.2023095079. AEM：用于全固態(tài)鋰金屬電池的超薄混合電解質(zhì)膜具有優(yōu)異Li+傳輸行為的超薄全固態(tài)電解質(zhì)對于開發(fā)高能量密度固態(tài)鋰金屬電池至關(guān)重要。然而，如何平衡電化學(xué)性能及其力學(xué)性能仍極具挑戰(zhàn)性。在此，上海大學(xué)Yuan Shuai、Zhang Haijiao、Wang Zhuyi通過集成單個功能化有機模塊和無機模塊構(gòu)建了厚度僅為3μm、重量為11.7 g m?2的超薄固體電解質(zhì)膜。1)混合電解質(zhì)膜具有一系列優(yōu)點，包括1.77×10?4 S cm?1的高室溫離子電導(dǎo)率、0.65的大Li+轉(zhuǎn)移數(shù)、強機械強度（強度為29 MPa，伸長率為95%）以及在180°C下可忽略的熱收縮。2) 膜中磺酸鋰功能化的介孔二氧化硅納米粒子在Li+通過陰離子捕獲和陽離子交換的選擇性傳輸中起著至關(guān)重要的作用。通過將其與高壓NCM陰極和薄鋰陽極組裝在一起，軟包全電池具有優(yōu)異的長期循環(huán)穩(wěn)定性、室溫下優(yōu)異的倍率性能和高安全性。
Kexin Liu, et al. A 3 μm-Ultrathin Hybrid Electrolyte Membrane with Integrative Architecture for All-Solid-State Lithium Metal Batteries. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202303940https://doi.org/10.1002/aenm.202303940 10. AEM：鋰基電池中高鎳層狀氧化物陰極析氣的影響因素高鎳層狀氧化物正極（>90% Ni）的氣體析出是其實際應(yīng)用的主要問題。在高充電狀態(tài)（SOC）下產(chǎn)生的氣體物質(zhì)會惡化電池的整體安全性，如CO2、O2和CO，因為電池內(nèi)的壓力積聚會導(dǎo)致電池破裂。由于這些氣體是在正極退化過程中產(chǎn)生的，跟蹤氣體的形成對診斷正極故障至關(guān)重要。近日，德克薩斯大學(xué)Arumugam Manthiram綜述研究了鋰基電池中高鎳層狀氧化物正極析氣的影響因素。1) 在線電化學(xué)質(zhì)譜（OEMS）是一種研究高壓充電過程中正極氣體析出的有效原位技術(shù)。基于OEMS結(jié)果，作者介紹了影響氣體析出的各種因素，重點是導(dǎo)致氣體析出的條件，并特別強調(diào)了活性氧的形成以及隨后與電解質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。2) 此外，作者重點介紹了抑制氣體析出的策略，如電解質(zhì)、成分調(diào)整和表面涂層。該工作提供了緩解正極退化和氣體析出的關(guān)鍵見解，以指導(dǎo)更安全、高能電池的開發(fā)。
Richard Sim and Arumugam Manthiram. Factors Influencing Gas Evolution from High-Nickel Layered Oxide Cathodes in Lithium-Based Batteries. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202303985https://doi.org/10.1002/aenm.202303985
