1. Nature Commun.：酸性介質能夠從模擬煙氣中耐氧電解合成多碳產品
可再生電力驅動的電化學二氧化碳減排（CO2R）為關閉碳循環和減少我們對化石燃料的過度依賴提供了一種有價值的方法。然而，通常需要高純度CO2作為原料，這可能會降低該工藝的可行性和經濟可行性。煙道氣的直接轉化是一個有吸引力的選擇，但由于CO2濃度低和O2雜質的存在而具有挑戰性。因此，高達99%的外加電流可能會因不希望的氧還原反應（ORR）而損失。新加坡國立大學Yanwei Lum和Bingqing Wang等發現酸性電解質可以顯著抑制銅的ORR，使模擬煙氣產生多碳產物成為可能。1）使用復合銅和碳負載的單原子鎳串聯電催化劑，作者在200 mA cm-2下實現了46.5%的多碳法拉第效率，這比堿性條件下的裸銅高出約20倍。作者還展示了24小時的穩定性能，多碳產品的全電池能效為14.6%。引人注目的是，這一結果與先前報道的使用純CO2的酸性CO2R系統相當。2）作者的發現展示了設計高效電解槽的潛在途徑，可將煙氣直接轉化為增值化學品和燃料。 Wang, M., Wang, B., Zhang, J. et al. Acidic media enables oxygen-tolerant electrosynthesis of multicarbon products from simulated flue gas. Nat Commun 15, 1218 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45527-1https://doi.org/10.1038/s41467-024-45527-12. Nature Commun.：一種3D打印的組織粘合劑組織粘合劑是縫合和釘的有前途的替代品，用于連接組織、密封缺損和固定裝置。然而，現有的粘合劑大多采用膠水或水凝膠的形式，其通用性有限。麻省理工學院Xuanhe Zhao和Hyunwoo Yuk等報告了一種直接墨水書寫的3D可打印組織粘合劑，可用于制造具有可編程結構的生物粘合貼片和設備，釋放了特定應用設計的新潛力。1）該粘合劑是適形的和可拉伸的，在幾秒鐘內實現與濕組織的牢固粘合，并表現出良好的生物相容性。體內大鼠氣管和結腸缺損模型證明了印刷貼片的不透流體的組織密封能力，其在4周內保持粘附。此外，結合排斥血液的疏水基質使得印刷貼片能夠主動封閉出血組織。除了傷口閉合之外，3D可打印粘合劑還廣泛適用于各種組織接口設備，代表性的概念驗證設計突出了這一點。2）總之，該平臺為開發先進的組織粘合劑技術提供了一個有前途的策略。Wu, S.J., Wu, J., Kaser, S.J. et al. A 3D printable tissue adhesive. Nat Commun 15, 1215 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45147-9https://doi.org/10.1038/s41467-024-45147-93. JACS：鈉離子競爭配位用于反應速度快的高壓鈉金屬電池 不穩定的電極-電解質界面和普通電解質窄的電化學窗口阻礙了高壓鈉金屬電池的潛在應用。這些問題實際上與電解質的溶劑化結構有關，溶劑化結構是由與陰離子或溶劑分子配位的陽離子之間的競爭決定的。在這里，中科院沈陽金屬所李峰，Huicong Yang設計了一種含有碳酸乙酯和碳酸氟亞乙酯的電解質，它通過焓變化促進溶劑化鞘內陽離子-陰離子配位的顯著水平，以減少陽離子-溶劑的整體配位并增加對鹽濃度的敏感性。1）這種通過競爭配位調節的電解質可實現高度可逆的鈉沉積/剝離，并具有延長的循環壽命和高達98.0%的庫侖效率，這是迄今為止在酯基電解質的Na||Cu電池中報道的最高值。2）此外，4.5V高壓Na|| Na3V2(PO4)2F3電池表現出高達20 C的高倍率性能和令人印象深刻的循環穩定性，在有限的Na循環250次后容量保持率為87.1%。所提出的通過調節陽離子競爭配位來修飾溶劑化結構的策略為實現高能量密度的穩定鈉金屬電池提供了新的方向，并且可以通過控制溶劑化結構的焓變化進一步擴展到其他電池系統。Yaozu Wang, et al, Competitive Coordination of Sodium Ions for High-Voltage Sodium Metal Batteries with Fast Reaction Speed, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11952https://doi.org/10.1021/jacs.3c11952
4. JACS：石墨炔基底擔載Pd增強電致熒光
通過調控金屬-基底的相互作用控制電子結構受到催化領域的廣泛關注。但是人們對于催化劑的基底對于電致熒光的影響并不理解。有鑒于此，北京師范大學毛蘭群、中國人民大學張美寧等在石墨炔基底上沉積Pd納米粒子，發現相比于其他碳基底，石墨炔基底修飾的Pd納米粒子在溶解氧電致熒光體系表現最強的陽極信號增強。1）Pd/GDY催化劑的ORR電催化反應過程通過4電子路徑進行，在中性溶液中所需的過電勢僅為-0.059 V，催化反應過程生成ROS中間體。2）這項研究結果說明Pd和GDY之間的相互作用能夠增強ROS物種的數量和ROS的穩定性，促進ROS與熒光分子之間反應產生熒光，并且能夠顯著增強電致熒光的強度。這個體系基于ROS被抗氧化物消耗導致熒光信號的衰減，能夠用于探測抗氧化劑分子。 Nan Gao, et al, Electroless Deposition of Palladium Nanoparticles on Graphdiyne Boosts Electrochemiluminescence, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11009https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c110095. Angew：通過埃尺度距離依賴性協同催化光誘導精確合成雙原子 Ir1Pd1-In2O3 用于 CO2 加氫制甲醇具有充分原子利用率和明確的位點結構的原子分散金屬催化劑對于各種催化反應具有廣闊的前景。然而，單一金屬位點限制了大多數反應的綜合反應性能。在這里，江南大學Xiaohao Liu展示了一種光誘導鄰沉積策略，用于在In2O3上精確合成雙原子Ir1Pd1，應用于CO2加氫生成甲醇。 1）雙原子位點之間的鄰近協同作用使CO2轉化率(10.5%)和甲醇選擇性(97%)顯著提升，并且100小時運行穩定性良好。它導致甲醇時空產率破紀錄（187.1 gMeOH gmetal-1 hour-1）。2）促進作用主要源于Ir位點上更強的CO2吸附以及Pd位點的H溢出的幫助，從而導致*HCOO途徑的能壘較低。經證實，這種協同效應強烈依賴于埃尺度的雙位點距離，這歸因于隨著Pd-Ir距離的增加，*H溢出變弱以及從Pd-Ir位點的電子轉移減少。平均雙位點距離是通過我們首次提出的光電模型來評估的。因此，本研究引入了精確合成同核/異核雙原子催化劑的開創性策略，以通過雙原子協同催化促進所需的反應路線。Jie Chen, et al, Photoinduced Precise Synthesis of Diatomic Ir1Pd1-In2O3 for CO2 Hydrogenation to Methanol via Angstrom-Scale-Distance Dependent Synergistic Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202401168 DOI: 10.1002/anie.202401168https://doi.org/10.1002/anie.2024011686. Angew：聚多巴胺還原超氧自由基中間體以實現高效的過氧化氫光合作用人工光合作用合成過氧化氫是一種綠色、有前景的技術，具有可持續、經濟、安全等優點。然而，超氧自由基 (·O2 ) 是光催化氧還原生成 H2O2 的重要中間體，具有強氧化性，可能會破壞催化劑的穩定性。因此，避免·O2的積累并使其快速轉化為H2O2對于提高催化劑穩定性和H2O2產率具有重要意義。近日，三峽大學Liqun Ye，Wei Liu提出了一種實現·O2 快速轉化為H2O2 的解決方案。1）PDA上的吡咯N原子作為ORR的活性位點，·O2 - 迅速與質子化胺基的H+結合，穩定高效地生成H2O2。在沒有犧牲試劑的情況下，CN-PDA 表現出優異的 H2O2 生成率——比 CN 高 47 倍。2）PL 和 TRPL 光譜表現出低發射強度，以及延長的光生電荷壽命，證實 PDA 的存在有利于電荷載流子分離。此外，通過原位紅外光譜檢測了氨基的質子化。總而言之，這項工作可以為未來開發更環保、更穩定的光催化劑鋪平道路。 Yihan Deng, et al, Reduction of Superoxide Radical Intermediate by Polydopamine for Efficient Hydrogen Peroxide Photosynthesis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319216DOI: 10.1002/anie.202319216https://doi.org/10.1002/anie.2023192167. EES：一種在高壓下穩定LiCoO2的預疲勞訓練策略層陰極是用于高能量密度鋰離子電池的有效陰極之一，但在高電壓（高于4.5V）下由于體應變和表面氧損失而導致的結構退化阻礙了其發展。在此，武漢理工大學Zhang Lei、Sun Congli、洛桑聯邦理工學院Zhao Kangning報道了一種通過等離子體對層狀LiCoO2進行預疲勞訓練的策略，以重建連貫、柔軟的巖鹽層，從而實現高電壓性能。1) 重建的表層具有典型的巖鹽結構，并與體相具有良好的晶格相干性，從而為體相提供了物理釘扎效應。此外，表面層是機械柔軟的，這提供了粘合力以防止表面層在循環過程中從疲勞相剝離。界面具有典型的陽離子無序性，這將阻礙氧離子的體相傳輸。2)因此，具有柔軟和相干界面的預疲勞表面能夠在4.6V的高壓下以最小的電壓衰減實現超過1000次循環的優異循環性能，這優于LiCoO2性能。作者在LiCoO2電極上進行的預疲勞訓練策略可以擴展到其他具有陰離子氧化還原反應的層狀結構，這將促進高能鋰離子電池的發展。 Siyuan Qi, et al. A Pre-fatigue Training Strategy to Stabilize LiCoO2 at High Voltage. EES 2024https://doi.org/10.1039/D3EE03884J8. EES：過渡金屬摻入對羥基氧化鎳析氧電催化劑的電化學、結構和化學成分影響 了解電極材料在能量轉換和存儲設備中的演變對于優化其性能至關重要。近日，德克薩斯大學奧斯汀分校C. Buddie Mullins研究了原位金屬摻入對羥基氧化鎳析氧反應（OER）電催化劑的影響，包括四種多價陽離子：Fe、Co、Mn和Cu。1) 在堿性電解質中添加微量的陽離子會改變NiOxHy膜的電催化和儲能性能。與Fe誘導的OER活性增加相反，微量Co和Mn陽離子的原位摻入增加了氧化還原電容，而Cu的摻入沒有影響。作者發現，增加Fe和Co濃度會產生優異的電化學性能，這歸因于金屬吸收的飽和閾值。2) 深度剖面測量顯示，金屬被限制在膜的表面，并形成層間結構，該結構保留了表面活躍、無序的相。基于固態化學原理，作者深入討論了決定原位金屬摻入發生的四個關鍵因素，并強調了其在陽離子交換過程中的作用。 Raul A. Marquez, et al. Transition metal incorporation: electrochemical, structure, and chemical composition effects on nickel oxyhydroxide oxygen-evolution electrocatalysts. EES 2024https://doi.org/10.1039/D3EE03617K實現穩定的高放電深度（DOD）鋅陽極將提高可再充電鋅離子電池的實際應用能量密度，但仍然是一個巨大的挑戰。在此，西北工業大學Guan Cao報道了一種用于穩定鋅陽極的雙面工程策略，其中頂層抑制腐蝕、產氫并使Zn2+通量均勻，底層穩定電子傳輸路徑，降低應力集中并加速局部熱傳遞。1) 這種雙面工程協同產生了空間受限的可逆Zn沉積行為，這有效提高了高DOD下的Zn電鍍/剝離可逆性。所開發的陽極可以在85.5%的高DOD下穩定循環超過300小時。2) 基于NVO的全電池具有高比能量密度（177.1 Wh kg-1，基于電極的總質量）和高體積能量密度（202.3 Wh L-1，基于全電池），這為實用的鋅離子電池鋪平了道路。Yong Gao, et al. Double-sided engineering for space-confined reversible Zn anode EES 2024 https://doi.org/10.1039/D3EE04292H10. EES：通過界面水掩蔽減少陰極溶解以提高水性鋅離子電池的壽命水性鋅離子電池（AZIB）由于其固有的安全特性，在大規模儲能應用中具有巨大潛力。釩基陰極以其高比容量而聞名，主要由于陰極電解質界面處的水活性而面臨溶解問題。在此，浙江大學Lu Yingying、Cheng Hao通過使用界面水掩蔽劑（IWMA）來緩解陰極溶解。1) 作者以異山梨醇二甲醚（IDE）為主體，它優先吸附在陰極界面上，有效取代了表面活性水。同時，它與水的強氫鍵減少了Zn2+溶劑化結構中活性結合水分子的數量。這些優點大大增強了陰極的結構穩定性，從而提高了其可逆容量和循環穩定性。2) 此外，IWMA避免了溶劑化結構的參與，并有效降低了水合Zn2+的去溶劑化能量，從而使V2O5·nH2O和Zn0.25V2O5?nH2O陰極具有優異的倍率性能，在5 A g–1倍率下的壽命分別超過2500和4000次循環。 Wei Zhong, et al. Mitigating Cathodic Dissolution through Interfacial Water Masking to Enhance the Longevity of Aqueous Zinc-Ion Batteries. EES 2024https://doi.org/10.1039/D3EE04208A
