1. Nature Materials：柔性合金的獨特自組裝機制
膠束、細胞或肥皂泡等柔軟的結構在密集堆疊時容易形成球形，通常其堆疊能夠形成的結構不會超出金屬剝離、準晶、晶體能夠形成的結構。有鑒于此，華南理工大學/Akron大學程正迪(Stephen Z. D. Cheng)院士、孔憲、Xiao-Yun Yan等在5重對稱的五角星分子自組裝過程中發現兩個Frank-Kasper晶相。作為超合金的一種重要中間體，μ晶相是一種具有柔性的物質狀態，但是?晶相結構與Frank-Kasper晶相具有明顯的區別。1）我們在五角星分子的自組裝過程中發現多種多樣的尺寸和形貌，但是能夠在形成獨特堆疊結構的時候達到平衡。發現了μ和?兩種晶相在組裝過程中的變化，其中μ晶相（W6Fe7型）在1935年被首次發現，?晶相還未曾在實驗中發現原型結構。我們發現五角星分子首先形成分布較寬的尺寸和形貌，這種現象在其他對稱晶體結構體系中并不存在，這說明柔性物質的堆疊過程可能遵循未曾發現的規律。2）這項工作有助于人們調控柔性物質在堆疊過程中形成球形之外的結構，有助于發展以往金屬合金材料未曾報道的新型“柔性合金”結構。 Liu, XY., Yan, XY., Liu, Y. et al. Self-assembled soft alloy with Frank–Kasper phases beyond metals. Nat. Mater. (2024)DOI: 10.1038/s41563-023-01796-7https://www.nature.com/articles/s41563-023-01796-72. Nature Commun.：通過界面主-客體超分子橋聯的光響應MXene凝膠生活在全球變化的時代，能夠感知環境并在需要時回收或重新編程的智能和環保電子元件對于可持續發展至關重要。與固態電子學相比，多功能復合水凝膠是有前途的候選材料。臺灣陽明交通大學Jiun-Tai Chen等通過橋聯含偶氮苯的超分子復合物和MXene納米片的自組裝，制備了一種MXene基復合凝膠，即MXenegel，具有可逆的光調制相行為。1）MXenegel可以分別在紫外光和可見光照射下進行可逆的液化和固化，同時保持其導電性質不變，可以集成到傳統的固態電路中。2）這項工作中提出的策略提供了一個通過超分子橋接的光響應導電材料的例子，并展示了一個令人興奮的功能軟電子平臺。Lin, YL., Zheng, S., Chang, CC. et al. Light-responsive MXenegel via interfacial host-guest supramolecular bridging. Nat Commun 15, 916 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45188-0https://doi.org/10.1038/s41467-024-45188-0
3. Nature Commun.：電催化還原CO2反應中的Pd/PdH轉化
電催化還原CO2反應為制備燃料和化學品提供一種符合可持續發展前景的路線。Pd催化劑能夠在比較低的過電勢將CO2轉化為甲酸，在比較高的過電勢轉化為CO/H2，但是目前人們對于在反應條件過程的Pd催化劑形貌和晶相的變化以及電催化機理并不十分清楚。有鑒于此，麥克馬斯特大學Drew Higgins、丹麥技術大學Georg Kastlunger等通過原位液相TEM表征和選區衍射表征，研究反應條件和不同過電勢的催化劑形貌變化和Pd/PdHx晶相轉變。 1）我們通過表征驗證催化劑的失活機理，包括催化劑的毒化以及結構變化。使用恒定過電勢DFT理論計算，研究真實反應條件時的PdHx結構和反應機理。微動力學建模發現*H插嵌Pd是生成甲酸的關鍵。2）當過電勢增加時，電化學還原CO2的產物選擇性從甲酸轉變為CO/H2，這是因為電極電勢影響反應能量的變化，而不是形貌和晶相變化導致。 Abdellah, A.M., Ismail, F., Siig, O.W. et al. Impact of palladium/palladium hydride conversion on electrochemical CO2 reduction via in-situ transmission electron microscopy and diffraction. Nat Commun 15, 938 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-45096-3 https://www.nature.com/articles/s41467-024-45096-34. Chem. Soc. Rev.：滲透劑在微孔聚合物膜中的增塑作用滲透劑誘導的塑化阻止了許多用于膜基氣體分離聚合物的工業應用。隨著微孔聚合物的出現，其可以在受控的實驗室條件下獲得新的結構設計特征和獨特的性能，但其性能往往會因塑化而惡化。因此，需要對微孔聚合物塑化的起源進行批判性的理解，并制定減輕這種影響的策略，以推進這一研究領域。近日，麻省理工學院Zachary P. Smith綜述研究了滲透劑在微孔聚合物膜中的增塑作用。1) 作者對開創性的塑化理論和氣體傳輸模型進行了綜合討論，并將這些理論和模型與微孔聚合物塑化特性的數據庫進行了比較。2) 作者介紹了聚合物的特定性能與塑化行為之間的關系，包括純聚合物和復合膜的純氣體滲透試驗和混合氣體滲透試驗的塑化壓力分析。最后，作者對緩解塑化的常見策略進行了評估，并對該領域的基礎和應用研究方向進行了展望。 Katherine Mizrahi Rodriguez. et al. Penetrant-induced plasticization in microporous polymer membranes. Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS00235G可拉伸導體的印刷使可拉伸電子器件的制造和快速原型制作成為可能。對于此類應用，通常有特定的工藝和材料要求，如打印分辨率、最大應變和電/離子電導率。近日，北卡羅萊納州立大學Michael D. Dickey綜述研究了生產可拉伸導體的常見印刷方法和油墨。1) 作者比較了每種方法的性能、優點和局限性，以為預期應用選擇合適的工藝和油墨提供指導。作者還討論了設計和制造具有所需材料特性（如電導率、粘度、可印刷性）的油墨復合材料的方法。2) 該綜述有助于為正在進行的工作提供重要指導信息，其可為可穿戴設備、軟機器人、電子皮膚和傳感器中柔軟、可拉伸的電子設備提供研究指南。Tushar Sakorikar, et al. A Guide to Printed Stretchable Conductors Chem. Rev. 2024DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00569https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c005696. Joule：通過電解質調節實現的可充電非水錳金屬電池由于其高容量、低的氧化還原電位和高經濟效益，錳金屬電池（MnMB）是具有高性價比的電池技術。然而，由于Mn2+/Mn氧化還原對的低氧化還原電位以及電荷密集的Mn2+離子與溶劑之間的強相互作用，沒有合適的電解質能有效實現可逆的Mn電鍍/剝離，因此MnMBs的發展在很大程度上受到了限制。近日，中國科學技術大學Chen Wei、Hou Zhiguo通過電解質調節實現可充電非水錳金屬電池。1) 作者開發了一種鹵素介導的非水電解質（HM-NAE），以實現高度可逆的Mn電鍍/剝離。得益于這種鹵素介導機制，不對稱Mn電池可以穩定循環超過1000小時，庫侖效率接近100%。2) 此外，作者構建并充分理解了具有高電化學性能的Mn|HM-NAE|Mo6S8全電池。該工作為通過電解質工程開發可充電非水性MnMB提供了一條新途徑，也可以為其他多價金屬電池和電鍍行業提供借鑒。Dongyang Shen, et al. A rechargeable, non-aqueous manganese metal battery enabled by electrolyte regulation. Joule 2024 DOI: 10.1016/j.joule.2024.01.012https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.0127. Joule：開路電位衰減瞬態量化了高電流密度氫電催化過程中界面pH的波動許多能量轉換技術包括在電極表面消耗/產生質子的質子耦合電子轉移反應，從而產生與本體顯著不同的界面pH環境。這些界面pH波動的量化是設計高效能量轉換系統的先決條件。在此，麻省理工學院Yogesh Surendranath開發了一種使用開路電位（OCP）瞬態來量化界面pH的方法。1) 通過使用Pt上析氫的模型系統，作者量化了在與功能器件相關的各種條件下極化引起的pH波動。作者發現，即使是強緩沖溶液，在?30 mA cm?2的電流密度下也會經歷>2 pH單位的pH波動。2) 界面pH波動通過支持電解質和Nafion聚合物覆蓋層的添加而增加，導致波動>12個pH單位。分析輸運模型驗證了所開發的方法，并能夠定量預測穩態和瞬態界面的pH波動。 Ethan R. Sauvé, et al. Open circuit potential decay transients quantify interfacial pH swings during high current density hydrogen electrocatalysis. Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.01.004https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.0048. AM：用于高效高壓甲烷儲存的二溴甲烷針織高多孔超交聯聚合物超交聯聚合物（HCPs）具有超高的孔隙率、優異的物理化學穩定性和出色的成本效益，是甲烷存儲的誘人候選材料。然而，建造BET表面積超過3000 m2 g-1的HCPs仍然極具挑戰性。華中科技大學Bien Tan和Xiaoyan Wang等采用了一種新開發的具有慢編織速率的DBM編織方法來提高交聯度，其中二氯甲烷（DCM）被二溴甲烷（DBM）取代，既作為溶劑又作為親電交聯劑，從而產生高度多孔和物理化學穩定的HCPs。 1）使用相同的結構單元，DBM編織的SHCPs-Br的BET表面積比DCM編織的SHCPs-Cl高44%-120%。值得注意的是，SHCP-3-Br在已報道的HCP中顯示出前所未有的高孔隙率（SBET = 3120 m2 g–1），并顯示出在273 K時具有競爭力的191 cm3（STP）cm–3的體積5–100 bar工作甲烷容量，該容量是通過使用實際填充密度計算得出的，在可比條件下優于最先進的MOFs。2）這種簡單而通用的低編織速率策略能夠有效提高HCP的孔隙率，以滿足孔隙率要求的應用。S. Yang, Z. Zhong, J. Hu, X. Wang, B. Tan, Dibromomethane Knitted Highly Porous Hyper-Cross-Linked Polymers for Efficient High-Pressure Methane Storage. Adv. Mater. 2024, 2307579.DOI: 10.1002/adma.202307579https://doi.org/10.1002/adma.202307579 9. AM：γ射線輻照顯著增強聚合物介電薄膜的電容儲能性能聚合物電介質電容器是先進電子設備和電網的基礎，但能量密度低，阻礙了緊湊型電氣系統的小型化。中國科學技術大學Xiaoguang Li、Shengchun Shen和Yuewei Yin等發現高能量和強穿透性γ輻照顯著增強了聚合物電介質的電容儲能性能。1）經γ輻照的雙軸取向聚丙烯（BOPP）薄膜在968MV m-1下表現出10.4J cm-3的極高能量密度，效率為97.3%。特別是，在600MV m-1下，經過20，000次充放電循環后，仍能可靠地保持4.06J cm-3的能量密度和98%的超高效率。在125°C時，經γ輻射的BOPP薄膜仍能提供5.88J cm-3的高放電能量密度，在770MV m-1時效率為90%。在150°C的高溫下，γ輻照的環烯烴共聚物也獲得了顯著的改善，驗證了該策略的可推廣性。實驗和理論分析表明，這種優異的性能應該與γ輻射在分子鏈中誘導的具有高電子親和力的極性官能團有關，這些官能團提供了深能量陷阱以阻止電荷傳輸。2）這項工作為開發高性能聚合物電介質提供了一種簡單且普遍適用的策略。 Y. Wang, et al, γ-Ray Irradiation Significantly Enhances Capacitive Energy Storage Performance of Polymer Dielectric Films. Adv. Mater. 2024, 2308597.DOI: 10.1002/adma.202308597https://doi.org/10.1002/adma.202308597
