1. Nature Sustainability：安培級電流密度下的超穩定電催化海水裂解長期以來，氫一直被視為碳中和可持續未來的關鍵能源載體，大規模生產氫氣的一個有效途徑是使用可再生能源電解海水。然而，由于復雜的離子環境，海水的直接電解面臨著重大挑戰，尤其是氯的析出、電極的腐蝕和其他副反應。在這里，南京大學Li Zhaosheng、Feng Jianyong報道了一種層狀雙氫氧化物電催化劑，它能～1.25 A.?cm?2的超高電流密度下?穩定電解海水2800 h。1) 將碳酸鹽離子引入其中間層和石墨烯量子點的表面錨定阻止了氯離子的不利吸附，并有助于提高電催化劑對氯離子腐蝕的抵抗力。2) 通過采用電催化劑作為析氧和析氫催化劑的光伏電解裝置，作者在整個海水分解中實現了18.1%的太陽能-氫氣效率，以及在超過440 mA的高工作電流下超過200 h的良好穩定性。? Rongli Fan, et al. Ultrastable electrocatalytic seawater splitting at ampere-level current density. Nature Sustainability 2024DOI: 10.1038/s41893-023-01263-whttps://doi.org/10.1038/s41893-023-01263-w2. Nature Sustainability：海水選擇性電合成氯消毒劑作為使用最廣泛的消毒劑之一，活性氯主要通過飽和氯化鈉溶液的電解合成，這是一種被稱為氯堿法的工業過程，并且其能耗高。海水是一種豐富的氯化物來源，因此是一種理想的替代電解質。然而，由于海水中存在豐富的陽離子，需要解決競爭性析氧反應和漸進式陽極鈍化。近日，華中師范大學Zhang Lizhi、Sun Hongwei、上海交通大學Li Hao報道了直接從天然海水中進行持久有效的活性氯電合成，其周轉頻率和質量活性比現有技術高出兩個數量級。1) Fe摻雜Ti4O7陽極增強了晶格氧的親電性，以允許在低析氧反應動力學過電位下進行位點選擇性氯活化，同時也阻礙了堿土金屬陽離子在Ti4O7.表面上的沉淀。2) 集成商用硅光伏電池的海水分離裝置可提供3.15?mg?min?1的活性氯生產率。在不影響消毒劑大規模生產合成性能的情況下，該工作能夠大幅提高氯堿工藝的可持續性。Shengxi Zhao, et al. Selective electrosynthesis of chlorine disinfectants from seawater. Nature Sustainability 2024DOI: 10.1038/s41893-023-01265-8 https://doi.org/10.1038/s41893-023-01265-83. Nature Sustainability：使用綠色可回收溶劑大規模生產羧化纖維素納米纖維纖維素納米纖維由植物可再生資源生產，是一類具有良好機械性能的可持續材料。由于表面化學修飾的可行性，它們經過羧化可以被更廣泛地應用。然而，目前羧化纖維素納米纖維（C-CNF）的制備工藝需要苛刻的反應條件，導致產率低、環境影響和實用價值低下。近日，哥廷根大學Zhang Kai、東北林業大學Yu Haipeng通過使用由氯化膽堿、檸檬酸和水組成的水合多羧酸深共晶溶劑來生產超細的長C-CNF。1) 所得的C-CNF具有約3.4 nm的直徑，縱橫比高達2500，羧基含量高達1.5?mmol ?g?1，質量收率高達90.12%。C-CNFs懸浮液即使在高濃度下也具有優異的穩定性，使其便于儲存、運輸、加工和利用。2) 此外，該溶劑的可重復使用性提高了十倍，從而突出了其可回收性和經濟可行性。作者進一步報道了大面積、高性能C-CNF的大規模生產。 Xiaochao Shi, et al. Scalable production of carboxylated cellulose nanofibres using a green and recyclable solvent. Nature Sustainability 2024DOI: 10.1038/s41893-024-01267-0
https://doi.org/10.1038/s41893-024-01267-04. Chem. Soc. Rev.：用于膜分離的氫鍵有機框架氫鍵有機框架（HOFs）是一類新型的晶體多孔材料，通過分子間氫鍵將有機或金屬-有機構建單元互連而形成。氫鍵具有靈活性和可逆性，加上有機單元的可定制性質，賦予HOFs溫和的合成條件、高結晶度、溶劑可加工性以及易于自修復和再生的特性。近日， 浙江師范大學Shen Liguo、Lin Hongjun、福建師范大學陳邦林對用于膜分離的氫鍵有機框架進行了綜述研究。 1) 作者概述了HOF膜的最新進展，包括其制備策略和在膜分離中的應用。為了獲得所需的HOF膜，作者系統分析了其中的關鍵因素，如HOF的孔徑、穩定性、親水性/疏水性和表面電荷。2) 此外，作者還分析了HOF膜的各種制備方法，包括共混、原位生長、溶液處理和電泳沉積。作者還介紹了HOF膜在氣體分離、水處理、燃料電池和其他領域的應用。最后，作者指出了HOF膜的挑戰和前景。Cheng Chen, et al. Hydrogen-bonded organic frameworks for membrane separation. Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS00866E
5. Nature Commun.：定制膠原功能化的無藥物心血管支架用于支持血管組織的原位愈合
藥物洗脫支架可通過抑制平滑肌細胞的過度增殖減少支架內再狹窄。然而，藥物洗脫支架的療效仍會因延遲的再內皮化、受損的內膜重塑和潛在的晚期再狹窄增加等問題而受到限制。有鑒于此，四川大學王云兵教授開發了一種用定制的重組人源化III型膠原功能化的無藥物包覆層制劑，其能夠在支架植入后響應損傷組織以實現“一產多”效應。1）該“一產多”包覆層具有抗凝、抗炎和抑制內膜增生的功能。研究者通過轉錄組分析發現，該無藥物包覆層有利于內皮化過程，并且能夠誘導平滑肌細胞向收縮表型的轉化。2）實驗結果表明，與藥物洗脫支架相比，該無藥物支架能夠在兔和豬模型中有效減少支架內再狹窄，并且可在兔模型中顯著改善血管新生內膜愈合。綜上所述，該研究構建的“一產多”無藥物系統能夠為開發新一代支架提供新的借鑒和參考。 Haoshuang Wu. et al. A drug-free cardiovascular stent functionalized with tailored collagen supports in-situ healing of vascular tissues. Nature Communications. 2024https://www.nature.com/articles/s41467-024-44902-2
6. JACS：單原子Ru調控OH吸附增強堿性電解水性能
人們發現非貴金屬過渡金屬催化劑具有價格較低的優勢，因此是重要的堿性分解水電催化劑，但是通常非貴金屬的過渡金屬催化劑與吸附OH之間的結合能非常強，這種現象將阻礙催化活性位點。有鑒于此，中國科學技術大學吳宇恩、Huang Zhou、華中科技大學楊利明等報道單原子催化位點能夠緩解吸附OH物種阻礙催化活性位點的問題，因此能夠顯著增強堿性HER催化活性。 1）將碳化鎢（WC）上修飾單原子Ru，隨后堿性HER電催化在10 mA cm-2電流密度的過電勢能夠降低130 mV（從159 mV降至21 mV），同時質量活性提高達到Pt/C催化劑的16倍（MA100=17.3 A mgRu-1，Pt/C的MA100=1.1 A mgPt-1）。將這種電催化劑構筑堿性陽離子交換膜電解水器件，器件的電壓僅為1.79 V，而且在1.0 A cm-2的工業量級電流密度表現非常高的穩定性。2）DFT理論計算結果說明Ru單原子能夠降低周圍OH結合能，因此避免OH阻擋催化活性位點的現象，并且在Ru和基底之間形成雙功能催化劑界面，促進水分解反應速率。這項研究工作可能拓展應用于Mo等其他過渡金屬催化劑，并且促進工業級分解水器件的發展。Xingen Lin, et al, Alleviating OH Blockage on the Catalyst Surface by the Puncture Effect of Single-Atom Sites to Boost Alkaline Water Electrolysis, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c13676 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c136767. Angew：通過調節光誘導質子轉移實現高度穩定的光輔助鋅離子電池光輔助離子電池利用光來提高容量，但由于光照下復雜的電荷/離子轉移而面臨循環不穩定的問題。近日，東南大學Li Tao，ZhengMing Sun發現光誘導質子轉移（光誘導 PT）是廣泛使用的 V2O5 基鋅離子電池光（放電）充電的一個重要過程，有助于增強光照下的容量，但會損害光穩定性。1）光激發后 100 ps 發生光誘導 PT，誘導質子快速提取到 V2O5 光電極中。這個過程在表面產生了一個缺質子的微環境，導致每個循環中重復的陰極溶解和陽極腐蝕。通過陽極合金化策略，使光誘導 PT 產生的嵌入質子可可逆地用于充放電過程，從而實現電池的高光穩定性。2）因此，基于 V2O5 的鋅離子電池在光照下實現了約 54% 的容量增強，并且在 4000 次循環后容量保持率為約 90%。這將光穩定性記錄延長了 10 倍。這項研究通過解決光輔助離子電池的不穩定性問題，在能量存儲方面取得了有希望的進展。 Wenwen Zha, et al, Highly Stable Photo-Assisted Zinc-Ion Batteries via Regulated Photo-Induced Proton Transfer, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202400621https://doi.org/10.1002/anie.2024006218. Angew：具有同步可見光/紅外偽裝和信息加密的高導熱芳綸納米纖維復合薄膜開發集可見光/紅外偽裝和信息加密于一體的高導熱復合材料，對于促進5G通信技術在軍事領域的應用具有重要意義。近日，西北工業大學Junwei Gu以芳綸納米纖維（ANF）為基體，原位生長制備的異質結構銀納米線@氮化硼納米片（AgNWs@BNNS）為填料，組合制備三明治結構的導熱電絕緣材料（BNNS/采用“過濾自組裝、空氣噴涂、熱壓”方法制備ANF)-(AgNWs@BNNS)-(BNNS/ANF)（記為BAB）復合薄膜。1）當AgNWs@BNNS與BNNS的質量比為1:1且總質量分數為50 wt%時,BAB復合膜具有最大的面內導熱系數(λ∥為10.36 W/(m·K)),優異的電絕緣性（擊穿強度和體積電阻率分別為41.5 kV/mm和1.21×1015 Ω·cm）和機械性能（拉伸強度為170.9 MPa）。2）50 wt%的BAB復合薄膜可以有效降低全功率工作的中央處理器（CPU）的平衡溫度，比直接集成ANF的CPU低7.0℃。此外，BAB復合膜還具有水泥路、叢林環境下的自適應可見光/紅外雙重迷彩性能，以及24秒內快速加密二維碼信息的功能。Yixin Han, et al, Highly Thermally Conductive Aramid Nanofiber Composite Films with Synchronous Visible/Infrared Camouflages and Information Encryption, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202401538https://doi.org/10.1002/anie.202401538
9. Angew：具有多種顏色變化的柔性鋅離子電致變色電池
電致變色電池作為新興的智能能源設備，由于其通過視覺顏色轉換進行實時能源監測而備受追捧。然而，它們的大規模應用受到容量不足、循環穩定性不足和顏色變化有限的阻礙。在此，東華大學Feng Yan，Yingjie Zhou報道了柔性鋅離子電致變色電池（ZIEB）由釩酸鈉（VONa+）陰極、離子重新分布水凝膠電解質和鋅陽極組裝而成，以應對這些挑戰。1）該電解質含有錨定的-SO3-和-NH3+，可促進離子傳輸并通過促進Zn2+在Zn（002）表面上定向沉積來防止Zn枝晶形成。2）ZIEB表現出連續可逆的顏色過渡，范圍從完全充電的橙色到中等充電的棕色和耗盡的綠色。它還在0.05 A·g-1下表現出302.4 mAh·g-1的高比容量，在3A·g-1下循環500次后容量保持率為96.3%。此外，即使在彎曲、滾動、打結和扭曲的情況下，ZIEB也能保持穩定的能量輸出。這項工作為可穿戴電子產品中智能能源設備的設計奠定了新的策略。Qinbo Liu, et al, Flexible Zn-ion Electrochromic Batteries with Multiple-color Variations, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202317944https://doi.org/10.1002/anie.20231794410. Angew：sp-碳共軛有機聚合物作為超長無枝晶鋰金屬電池的多功能界面層鋰金屬陽極（LMA）的致命問題，例如在鋰電鍍/剝離過程中有害的鋰枝晶生長和脆弱的固體電解質界面（SEI），通常會阻礙鋰金屬電池（LMB）的實際應用。在此，上海大學Yong Wang構建了鈷配位sp-碳共軛有機聚合物（Co-spc-COP）作為調節LMA界面穩定性的保護層。1）有機官能團（C=C鍵、C=N單元和芳香環）和Co位點獨特的協同有益作用不僅可以調節Li+配位環境并重新排列Li+濃度，通過優化電子密度、增強相容性來促進其傳輸具有電解質界面并提供“外磁驅動策略”，同時還通過高楊氏模量增強界面剛度，以更好地承受機械應力。2）各種原位/異位實驗技術和理論計算也揭示了均勻鍍鋰和快速Li+遷移對Co-spc-COP的這些有益效果以及相關的潛在工作模式和機制。基于 Co-spc-COP 的電池在 1 C 下循環 1000 次后具有 6600 小時的非凡壽命和 78.3% (111.9 mAh g -1 ) 的超高容量保留率。這種協同有機聚合物的協同策略可能會獲得新的見解調節高度穩定的 LMB 的均勻和非枝晶沉積/溶解行為。 Xiao-Meng Lu, et al, sp-Carbon-Conjugated Organic Polymer as Multifunctional Interfacial Layers for UltraLong Dendrite-Free Lithium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202320259https://doi.org/10.1002/anie.202320259
