1. Nature Commun.：廢舊鋰離子電池正極材料消減轉化為低鈷5V級正極材料 添加額外的原材料進行直接回收或升級回收對于電池回收來說是有前景的，但忽視預先減去特定成分可以促進回收到自給自足的可持續生產模式。在此，中國科學院深圳先進技術研究院成會明院士，清華大學深圳國際研究生院Guangmin Zhou，Junxiong Wang提出了將降解的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiMn2O4減成轉化為5V級無序尖晶石類LiNi0.5Mn1.5O4正極材料的策略。1）從降解材料中選擇性提取等量的Co和Ni，剩余的過渡金屬直接轉化為Ni0.4Co0.1Mn1.5(CO3)2前驅體，用于制備原位Co摻雜的正極材料。2）正極材料具有改進的導電性和粘合強度，可提供高倍率（10 C 和 20 C）和高溫（60 °C）循環穩定性。3）這種無需額外前驅體輸入的策略可以推廣到實際降解的黑色物質，并減少當前陰極生產對稀有元素的依賴，顯示出從廢舊陰極材料升級為下一代 5 V 級陰極材料的潛力，用于可持續鋰離子電池電池行業。 Ma, J., Wang, J., Jia, K. et al. Subtractive transformation of cathode materials in spent Li-ion batteries to a low-cobalt 5 V-class cathode material. Nat Commun 15, 1046 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-45091-8
2. Nature Commun.：光熱耦合增強RuMnOMn3O4上 CO2加氫生成 CH4
利用幾乎無限的太陽能將二氧化碳升級為燃料，為解決能源危機和氣候變化的重大挑戰提供了最終的解決方案。在這項工作中，中科院化學所韓布興院士，華東師范大學Mingyuan He，Haihong Wu，上海交通大學Baowen Zhou報道了一種由明確的 Ru/MnO/Mn3O4 組成的高效納米結構 Ru/MnOx 催化劑，用于光熱催化 CO2 加氫為 CH4，這是外部加熱和輻照相結合的結果。1）值得注意的是，在 200 °C 相對溫和的條件下，CH4 生產率達到 166.7 mmol g?1 h?1，CO2 轉化率為 66.8%，選擇性高達 99.5%。 2）相關光譜和理論研究表明，通過協調光子能與熱能來降低反應活化能并促進催化劑上關鍵中間體COOH*物種的形成，可以提高CH4的產率。Zhai, J., Xia, Z., Zhou, B. et al. Photo-thermal coupling to enhance CO2 hydrogenation toward CH4 over Ru/MnO/Mn3O4. Nat Commun 15, 1109 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-45389-7https://doi.org/10.1038/s41467-024-45389-73. Nature Commun.：電容趨勢概念與監督機器學習一起用于電池和贗電容器材料的電化學行為分類近幾十年來，超過10萬篇科學文章致力于超級電容器和電池電極材料的開發。然而，圍繞法拉第反應中電化學行為的確定標準仍存在激烈的爭論，因為各種電極材料產生的電化學信號及其不同的物理化學性質常常使問題復雜化。困難在于無法通過簡單的二元分類來確定這些材料屬于哪種電極類型（電池還是偽電容器）。靜岡理工科大學Olivier Fontaine等將圖像分類的監督機器學習應用于電化學形狀分析（超過5500條循環伏安曲線和2900條恒電流充放電曲線），預測的置信百分比反映了曲線的形狀趨勢。 1）該預測器不僅超越了基于人類的分類的局限性，還提供了有關電化學行為的統計趨勢。2）值得注意的是，對于每周發布一百多篇文章的電化學儲能社區來說尤為重要的是，作者創建了一個在線工具來輕松對它們的數據進行分類。Deebansok, S., Deng, J., Le Calvez, E. et al. Capacitive tendency concept alongside supervised machine-learning toward classifying electrochemical behavior of battery and pseudocapacitor materials. Nat Commun 15, 1133 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45394-w https://doi.org/10.1038/s41467-024-45394-w4. Angew：全固態鋰金屬電池中通過現場形成的固體電解質界面調節鋰沉積/剝離的納米級可視化鋰（Li）沉積/剝離行為與全固態鋰金屬電池（ASSLB）中固體電解質界面（SEI）的演變直接相關。然而，固-固界面的復雜過程嵌入在固體電解質之下，這使得原位分析實時和動態過程具有挑戰性。在這里，中科院化學所文銳研究員使用原位電化學原子力顯微鏡和光學顯微鏡，直接可視化鋰電鍍/剝離/再電鍍行為，并測量了納米級現場形成的SEI的形態/機械性能。1）鋰球在銀汞礦固體電解質（Li6PS5Cl）/Li電極界面處的電鍍/剝離/再電鍍與其表面SEI的形成/起皺/膨脹耦合。結合原位X射線光電子能譜，獲得了鋰球上SEI的逐步形成細節和物理化學性質。2）結果表明，高運行率會減少 SEI 中的 Li+ 傳導網絡，并使鋰沉積/剝離可逆性惡化，而低運行率會減少鋰沉積位點。因此，通過調節施加的電流速率，可以有效提高鋰成核位點的數量和電鍍/剝離過程的可逆性，以降低過電位并延長循環壽命。對固-固界面現場形成的 SEI 進行原位分析，提供了 ASSLB 中界面演化與電化學性能之間的相關性。 Zhen-Zhen Shen, et al, Nanoscale Visualization of Lithium Plating/Stripping Tuned by On-site Formed Solid Electrolyte Interphase in All-Solid-State Lithium-Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202316837DOI: 10.1002/anie.202316837https://doi.org/10.1002/anie.2023168375. Angew：在有氧的情況下促進共價有機框架上的 CO2 電還原化石燃料的大量使用產生了大量的二氧化碳，造成能源危機。研究人員致力于尋求和開發方便有效的策略來降低大氣中二氧化碳濃度，緩解環境和能源問題。近日，中科院福建物構所Yuan-Biao Huang提出了一種含氧物質協調策略，以在 O2 存在的情況下促進 CO2 電還原。1）二維 (2D) 共軛金屬共價有機骨架 (MCOF)，表示為 NiPc-Salen(Co)2-COF，由具有明確 NiN4-O 位點的 Ni-酞菁 (NiPc) 單元和開發并合成了具有雙核 Co-N2O2 位點的 salen(Co)2 部分，用于增強有氧條件下的 CO2RR。 2）在O2存在的情況下，NiPcSalen(Co)2-COF中與ORR中間體*OOH配位的Co位點之一可以降低CO2分子活化的能壘并穩定關鍵中間體*COOH CO2RR 位于鄰近的 Co 中心上空。此外，氧物種軸向配位的Ni-N4-O位點有利于降低CO2RR中間體*COOH形成的能壘。3）因此，NiPcSalen(Co)2-COF 表現出高耐氧 CO2RR 性能，與可逆氫電極 (RHE) 相比，在 -1.0 V 時實現了 97.2% 的出色 CO 法拉第效率 (FECO) 和 40.3 mA cm–2 的高 CO 部分電流密度在存在 0.5% O2 的情況下，–1.1 V 時，優于純 CO2 原料氣中的值（FECO = 94.8%，jCO = 19.9 mA cm–2 ）。值得注意的是，NiPc-Salen(Co)2-COF在-0.8 V、0.5% O2的流通池反應器中實現了128.3 mA cm-2的工業級電流密度，高于純CO2氣氛中的電流密度（ jCO = 104.8 mA cm–2 )。值得注意的是，在 -1.0 V 下，在 5% O2 存在的情況下，仍能實現 86.8% 的優異 FECO。這項工作提供了一種有效的策略，通過利用 ORR 的 *OOH 中間體來提高 CO2 在 O2 氣氛下實現 CO2RR電還原。 Hui Guo, et al, Boosting CO2 Electroreduction over a Covalent Organic Framework in the Presence of Oxygen, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319472https://doi.org/10.1002/anie.2023194726. Angew：揭示等離激元介導的電催化二氧化碳還原中的光電和光熱效應等離激元介導的電催化依賴于局域表面等離激元共振（LSPR）和電化學活化的耦合能力，成為一個有趣且蓬勃發展的領域。然而，其發展嚴重受到等離子體衰變引起的光電效應和光熱效應之間的糾纏，特別是在施加電勢的影響下。在此，復旦大學Wen-Bin Cai，廈門大學Chao Zhan使用銀電催化劑上的LSPR介導的CO2還原作為模型系統，定量地揭示了在寬電位窗口內對CO2還原反應的主導光電效應，與相對負電位下對H2析出反應的主要光熱效應形成對比。1）研究發現，局域表面等離激元共振的激發選擇性地提高CO法拉第效率（-0.6 VRHE時17倍）和部分電流密度（-0.6 VRHE時100倍），抑制不需要的H2法拉第效率。2）此外，原位衰減全反射表面增強紅外吸收光譜（ATR-SEIRAS）揭示了等離激元通過含羰基的 C1 中間體在 Ag 表面促進橋鍵 CO 的形成。目前的工作展示了通過耦合等離激元和電化學對界面反應選擇性調節的深刻機制理解。Yan Wei, et al, Uncovering Photoelectronic and Photothermal Effects in PlasmonMediated Electrocatalytic CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202317740DOI: 10.1002/anie.202317740https://doi.org/10.1002/anie.2023177407. Angew：使用 CO2 結合酶進行光催化 CO2 還原要實現循環碳經濟并最大限度地減少環境問題，需要利用二氧化碳的新概念。為了實現這些目標，光催化、電催化、熱催化和生物催化是實現這一目標的關鍵工具，特別是在水溶液中。然而，在水中有效運行的催化系統卻很少。在這里，格賴夫斯瓦爾德大學Uwe T. Bornscheuer, 萊布尼茨催化研究所Matthias Beller提出了基于潛在二氧化碳結合位點和后續突變的結構分析來鑒定適合二氧化碳還原的酶的一般策略。1）在釕光敏劑和抗壞血酸鈉存在的情況下，來自枯草芽孢桿菌 (BsPAD) 的酚酸脫羧酶可選擇性地促進水相光催化 CO2 還原為一氧化碳。通過 BsPAD 的工程變體，TON 高達 978，選擇性高達 93%（有利于生成所需的 CO，而不是生成 H2）。2）BsPAD 活性位點區域的突變進一步提高了 CO 生成的周轉數。這也表明電子轉移是速率限制的并且通過多步隧道發生。這種方法的通用性通過使用其他八種酶得到了證明，所有酶都顯示出所需的活性，強調了一系列蛋白質能夠光催化二氧化碳還原。Henrik Terholsen, et al, Photocatalytic CO2 Reduction Using CO2-Binding Enzymes, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319313DOI: 10.1002/anie.202319313https://doi.org/10.1002/anie.2023193138. Angew：鈷基Co3Mo3N/Co4N/Co金屬異質結構作為堿性整體水分解的高活性電催化劑堿性水電解有望大規模生產氫氣，但它遇到了高電壓和較高電流密度下穩定性有限等挑戰，這主要是由于電子傳輸動力學效率低下。在此，德累斯頓工業大學Alexander Eychmüller，河北工業大學Xiaoming Zhang設計了一種新型鈷基金屬異質結構（Co3Mo3N/Co4N/Co），具有出色的水電解性能。1）操作拉曼實驗表明，Co3Mo3N/Co4N異質界面的形成促進了自由水的吸附和解離，增加了用于后續氫氣生產的可用質子。此外，Co3Mo3N/Co4N異質界面的電子結構的改變優化了界面處氮原子的ΔGH。界面氮原子和金屬相鈷之間的協同效應為析氫反應（HER）創造了高效的活性位點，從而提高了整體HER性能。此外，異質結構表現出快速的OH吸附速率，加上強大的吸附強度，從而提高析氧反應（OER）性能。至關重要的是，金屬異質結加速了電子傳輸，加快了上述反應步驟并提高了水分解效率。 2）水電解槽中的Co3Mo3N/Co4N/Co電催化劑具有優異的性能，在10 mA cm-2下具有1.58 V的低電池電壓，并且在200 mA cm-2下100小時內保持100%的保留，超越了Pt/C| |RuO2電解槽。Yuanwu Liu, et al, Cobalt-based Co3Mo3N/Co4N/Co Metallic Heterostructure as a Highly Active Electrocatalyst for Alkaline Overall Water Splitting, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319239DOI: 10.1002/anie.202319239https://doi.org/10.1002/anie.2023192399. AFM：可穿戴和再生電化學織物傳感系統，用于實時壓力管理將生物傳感器無縫集成到衣服中，用于個性化壓力水平監測，特別是針對汗液中發現的壓力相關化合物皮質醇，顯示出有效監測和管理個人身心健康的巨大潛力。然而，實現織物生物傳感器面臨著一個顯著的挑戰，因為它涉及確保可重復使用性和可清洗性的持久障礙。鑒于此，哈爾濱工業大學(深圳) 何思斯、復旦大學彭慧勝院士和南方科技大學丘龍斌等人報道了一種由纖維電極構建的織物傳感系統，用于快速可靠的皮質醇檢測，具有高重復性、透氣性和穩定性。纖維由排列的碳納米管組裝而成，并用含有氧化還原活性納米報告子的分子印跡聚合物進行功能化。通過用乙醇洗滌，所制造的織物傳感器在檢測皮質醇的100多個循環中表現出高度的可重復使用性。關鍵是纖維電極中大的活性表面積和精心設計的通道距離，確保聚合物和纖維電極之間的穩定界面。由此產生的織物傳感系統可以方便地監測皮質醇水平，從而可以評估壓力水平，更好地了解情緒和健康狀況。X. Hu, et al, Wearable and Regenerable Electrochemical Fabric Sensing System Based on Molecularly Imprinted Polymers for Real-Time Stress Management. Adv. Funct. Mater. 2024, 2312897.https://doi.org/10.1002/adfm.202312897
10. ACS Nano：太赫茲光子可通過抑制納米端粒酶活性以實現對癌細胞的長期抑制
端粒是用于保護和穩定染色體的納米級DNA-蛋白質復合物。端粒酶在癌細胞中的重新表達是大多數癌細胞無限增殖和長期生存的關鍵決定因素。然而，目前用于腫瘤治療的端粒酶抑制劑往往存在特異性差、耐藥和細胞毒性等問題。有鑒于此，國防科技創新研究院劉國治院士、常超研究員和Zihua Song設計了一種非藥物、非侵入性的太赫茲調控策略，并證明其能夠通過抑制端粒酶活性以實現對癌細胞的長期抑制。1）研究者通過分子動力學模擬和頻率過濾實驗發現優化頻率（33 THz）的光子照射能有效抑制端粒酶活性。體外實驗表明，常規33 THz照射21天后，4T1和MCF-7細胞的端粒酶活性會分別下降77%和80%。2）此外，研究者也發現這兩種細胞在被照射后會發生衰老、凋亡和端粒危機引起的DNA雙鏈斷裂，從而嚴重影響癌細胞的生存。經33 THz波照射21天后，小鼠體內的4T1細胞的成瘤性會降低70%。綜上所述，該研究證明了太赫茲調控有望用于癌癥納米治療。 Junkai Yin. et al. Terahertz Photons Inhibit Cancer Cells Long Term by Suppressing Nano Telomerase Activity. ACS Nano. 2024DOI: 10.1021/acsnano.3c09216https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c09216
