1.Nature Electronics：二維鈣鈦礦氧化物光活性介電材料能夠與二維半導體適配的高介電常數柵極介質層（gate dielectrics）是發展光電器件所必須的。但是傳統的三維結構介電材料通常難以與不含懸垂化學鍵的二維材料表面適配。有鑒于此，復旦大學方曉生等報道通過自上而下的方法合成Sr2Nb3O10二維鈣鈦礦氧化物，發現這種二維鈣鈦礦能夠與各種各樣的溝道材料匹配。1）Sr2Nb3O10具有非常高的介電常數（24.6）與合適的能帶結構，因此可以作為一種具有光活性的高介電常數光電晶體管，并且與多種多樣的二維溝道材料匹配，包括石墨烯、二硫化鉬、二硫化鎢、二硒化鎢等。2）構筑的二硫化鉬晶體管器件在2 V電壓下的開關比達到106，亞閾值擺幅（Subthreshold swing）為88 mV dec-1。二硫化鎢光電晶體管的光/暗電流比達到~106，紫外光的響應達到5.5×103 A W-1。作者發現這種具有光活性的光電晶體管具有紫外光-可見光雙波段光探測能力，而且能夠分別在不同終端區分紫外光和可見光。 Li, S., Liu, X., Yang, H. et al. Two-dimensional perovskite oxide as a photoactive high-κ gate dielectric. Nat Electron (2024)DOI: 10.1038/s41928-024-01129-9https://www.nature.com/articles/s41928-024-01129-92.Angew：Nb2O5缺陷位點提高光催化還原CO2人們對于光催化還原CO2反應中缺陷起到的作用一直沒有定論，有鑒于此，南洋理工大學劉政、南京理工大學狄俊等報道Nb-O缺陷位點（VNb-O）修飾為鈮酸（NA, niobic acid）原子層調控光催化還原CO2性能。 1）Nb-O缺陷位點導致O向Nb的本征電荷補償作用能夠調節催化活性位點的電子結構，導致不對稱電荷分布。這種對稱性打破的局域不對稱位點產生梯度變化電荷密度，從而對非極性CO2分子產生極化電場效應，并且能夠調節反應中間體物種的非共價相互作用。2）這種獨特的作用使得光催化還原CO2的性能提高9.3倍。而且VNb-O NA催化劑在光催化還原NO3-制備NH4+反應中表現優異，NH4+的光催化產率達到3443 μmol g-1 h-1。Jun Di, Chao Chen, Yao Wu, Hao Chen, Jun Xiong, Ran Long, Shuzhou Li, Li Song, Wei Jiang, Zheng Liu, Asymmetric Electron Redistribution in Niobic-Oxygen Vacancy Associates to Tune Non-Covalent Interaction in CO2 Photoreduction, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202401914https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.2024019143.JACS：化學發光共軛聚合物納米粒子用于實現深度組織炎癥成像和癌癥光動力治療對深部組織進行光學成像和光動力治療(PDT)是腫瘤診療面臨的一大挑戰。化學發光(CL)已發展成為一種重要的生物成像和體內治療工具。因此，開發具有高穩定性和高化學發光共振能量轉移(CRET)效率的共價結合化學發光制劑迫在眉睫。有鑒于此，陜西師范大學唐艷麗教授設計并合成了一種新型的化學發光共軛聚合物PFV-Luminol，其由共軛的polyfluorene vinylene（PFV）主鏈和異魯米諾修飾的側鏈所組成。1）研究發現，具有化學發光性能的異魯米諾基團可通過酰胺鍵與主鏈進行共價連接，從而極大地縮短它們的距離，以顯著提高CRET的效率。在有多種高水平ROS（尤其是單線態氧(1O2)）存在的病理條件下，PFV-Luminol能夠發出較強的熒光，并產生更多的ROS。此外，研究者也進一步將PFV-Luminol和兩親性共聚物DSPE-PEG/DSPE-PEG-FA進行自組裝，從而構建了PFV-L@PEG-NPs和PFV-L@PEG-FA-NPs等納米粒子。2）具有化學發光能力的PFV-L@PEG-NPs納米粒子可在不同的炎癥動物模型中表現出優異的活體成像性能，可實現良好的組織穿透性和分辨率。實驗結果表明，PFV-L@PEG-FA-NPs納米粒子能夠實現靈敏的體內化學發光成像和化學發光介導的高效PDT抗腫瘤作用。綜上所述，該研究能夠為化學發光探針的設計及其在疾病診斷和治療中的應用奠定重要的基礎。Ling Li. et al. Chemiluminescent Conjugated Polymer Nanoparticles for Deep-Tissue Inflammation Imaging and Photodynamic Therapy of Cancer. Journal of the American Chemical Society. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c12132https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c121324.Nature Commun.：氯離子動態吸附改善Ir單原子電解海水性能電解海水是一種符合經濟效益和可再生需求，并且能夠進行擴大生產的綠色制氫技術。Cl-對陽極腐蝕作用是電解海水商業化面臨的挑戰。有鑒于此，北京化工大學孫曉明、鄺允、香港城市大學劉彬等報道設計一種與傳統催化劑不同的能夠阻礙Cl-吸附的催化劑，這種催化劑在CoFe-LDH上修飾Ir單原子調節Cl-吸附，并且實現調節單原子Ir位點的電子結構，構筑獨特的Ir-OH/Cl配位環境用于堿性電解海水。1）通過原位表征和理論計算結果說明，Ir-OH/Cl的獨特配位結構有助于將OER活化能降低1.93倍，Ir/CoFe-LDH在6 M NaOH+2.8 M NaCl電解液的表現優異的OER電催化活性，過電勢為202 mV，TOF達到7.46 O2 s-1，這個性能優于不含Cl-的6 M NaOH（過電勢為236 mV，TOF為1.05 O2 s-1）。在連續1000 h的高電流密度（400-800 mA cm-2）進行電催化反應，選擇性和穩定性保持100 %。 2）通過原位實驗和理論計算分析，說明Cl-離子在OER電催化反應過程中動態吸附在Ir單原子位點，這能夠顯著降低生成*OOH的能壘（該步驟為電催化OER的決速步驟），從而顯著提高OER催化活性，同時保持競爭性的ClOR反應在較高的能壘。Duan, X., Sha, Q., Li, P. et al. Dynamic chloride ion adsorption on single iridium atom boosts seawater oxidation catalysis. Nat Commun 15, 1973 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-46140-y https://www.nature.com/articles/s41467-024-46140-y5.Nature Commun：采用無鹵溶劑加工的高效全小分子有機太陽能電池具有良好批次重現性的全小分子有機太陽能電池與非鹵素溶劑加工相結合，顯示出巨大的商業化潛力。然而，全小分子有機太陽能電池的無鹵溶劑加工鮮有報道，其光電轉換效率也很難提高。在此，香港理工大學Ruijie Ma，Gang Li，四川大學Hongxiang Li，香港城市大學Alex K.-Y. Jen設計并合成了一種小分子供體BM-ClEH，它可以利用分子內氯-硫非共價相互作用誘導的強聚集特性來改善分子在四氫呋喃中的預聚集以及成膜后相應的微形貌。1）基于BM-ClEH:BO-4Cl的四氫呋喃制備的全小分子有機太陽能電池在熱退火處理下，二元器件和三元器件的功率轉換效率分別達到15.0%和16.1%。相比之下，沒有氯硫非共價鍵的弱聚集BM-HEH在相同的加工條件下幾乎是低效的，因為預聚集不良導致無序π-π堆積、不明顯的相分離和激子解離。該工作促進了全小分子有機太陽能電池無鹵溶劑加工的發展，并提供了進一步的指導。 Gao, W., Ma, R., Dela Pe?a, T.A. et al. Efficient all-small-molecule organic solar cells processed with non-halogen solvent. Nat Commun 15, 1946 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-46144-86.Nature Commun：用于增強水性銨離子電池贗電容容量的醋酸鹽電解質銨離子電池具有成本低、安全性高、環境友好、電化學性能優異等優點，在儲能領域有著廣闊的應用前景。不幸的是，負極材料的缺乏限制了它們的發展。在此，東南大學孫正明教授，胡林峰教授利用密度泛函理論計算來探索V2CTx MXene作為一種有前途的低工作電位陽極。1）V2CTx MXene展示了銨離子存儲的贗電容行為，在1 A g?1下提供115.9 mAh g?1的高比容量，并在5 A g?1下循環5000次后仍具有100%的出色容量保持率。2）原位電化學石英晶體微天平測量驗證了醋酸銨電解質中這種獨特的贗電容存儲行為的兩步電化學過程。理論模擬揭示了[NH4+(HAc)3]·O配位鍵的可逆電子轉移反應，從而產生優異的銨離子存儲能力。這種乙酸根離子增強效應的普遍性也在MoS2基銨離子電池系統中得到證實。這些發現為通過醋酸根離子增強實現高容量銨離子存儲打開了新的大門，突破了法拉第和非法拉第儲能的容量限制。Bao, Z., Lu, C., Liu, Q. et al. An acetate electrolyte for enhanced pseudocapacitve capacity in aqueous ammonium ion batteries. Nat Commun 15, 1934 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-46317-57.Joule：克服高效、柔性鈣鈦礦太陽能模塊的穩定性限制盡管鈣鈦礦光伏技術取得了顯著發展，但柔性鈣鈦礦太陽能組件（f-PSM）的性能和穩定性仍低于商業水平，并且其明確原因仍未闡明。近日，韓國科學技術院Jangwon Seo、韓國化學技術研究所Nam Joong Jeon、成均館大學Seong Sik Shin克服了高效、柔性鈣鈦礦太陽能模塊的穩定性限制。1) 作者發現，當使用SnO2納米顆粒作為電子傳輸層（ETL）時，由于表面覆蓋率和電荷傳輸特性之間的失衡，柔性鈣鈦礦太陽能電池（f-PSC）在效率和穩定性之間存在權衡。為了解決這種權衡，作者新設計了一種ETL，它增強了電荷傳輸特性并減輕了分流位點，從而提高了效率和操作穩定性。2) 因此，作者實現了f-PSC 21.8%和f-PSM 16.4%的功率轉換效率。此外，作者發現，不完全覆蓋會導致分流路徑的形成，并導致電流擁擠效應，從而對長期運行穩定性產生重大影響。Da Seul Lee et.al Overcoming stability limitations of efficient, flexible perovskite solar modules Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.02.008https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.02.0088.Adv Mater：雙重光激活增強In2O3的NO2氣體傳感性能能夠通過光激活的化學電阻傳感器是具有前景的高靈敏度的低溫氣體傳感技術，但是目前人們對于光激發電荷如何增強靈敏度并不十分清楚，這阻礙人們發展不利用紫外光或者高能量光的具有實用前景的高性能傳感器。 有鑒于此，韓國科學技術院Il-Doo Kim等報道一種調控金屬氧化物電子結構提高傳感性能的方法，將摻雜Bi的In2O3納米纖維修飾Au納米粒子，實現了優異的NO2傳感性能。1）Bi摻雜In2O3能夠對帶隙引入中間能級，因此能夠實用藍色可見光激活。此外，Au plasmonic納米粒子吸收綠光，這能夠增強電子穿過異質結，因此光活性區間拓展至綠光區域。這種氣體吸附/脫附過程包括光生電荷的現象對于增強氣體傳感性能至關重要。2）通過Bi和Au納米粒子之間的協同相互作用，Au-BixIn2-xO3 (x=0.04)構筑的氣體傳感層在綠光照射下表現優異的響應值，0.6 ppm NO2的Rg/Ra=104，作者使用模擬光考察了Au-BixIn2-xO3的傳感性能，發現性能比其他可見光活化的NO2氣體傳感器更好。Seyeon Park, Minhyun Kim, Yunsung Lim, DongHwan Oh, Jaewan Ahn, Chungseong Park, Sungyoon Woo, WooChul Jung, Jihan Kim, Il-Doo Kim, Dual-Photosensitizer Synergy Empowers Ambient Light Photoactivation of Indium Oxide for High-performance NO2 Sensing, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202313731https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202313731
