鎳電極Nature Energy，霍爾效應Nature Electronics | 頂刊日報20240607
1. Nature Energy：外延輔助包覆改善高鎳電極的應力人們通常認為，表面重構以及材料內(nèi)部的應力傳播是導致快充和長期充放電循環(huán)過程電極失效的主要原因。研究者雖然進行廣泛的努力嘗試解決這個問題，但是目前仍未曾找到能夠在不損失能量密度和功率密度的條件下改善電化學不穩(wěn)定和機械化學不穩(wěn)定問題的方法。有鑒于此，美國阿貢國家實驗室Khalil Amine、徐桂良、Yuzi Liu、李璐熹等報道通過Wadsley–Roth相和層狀氧化物之間的定向吸附反應，發(fā)展了一種外延熵輔助包膜處理高含量Ni的LiNixCoyMn1?x?yO2 (x?≥?0.9)電極，表現(xiàn)優(yōu)異的電化學性能和機械穩(wěn)定性，并且改善充放電性能。1）發(fā)現(xiàn)得到的電極具有優(yōu)異抗開裂能力和抗腐蝕以及快速傳輸離子的能力，因此改善電極的快速充放電。此外發(fā)展高含量Ni電極具有耐高溫和熱穩(wěn)定性的能力。2）通過原位同步輻射X射線表征技術對一次粒子和二次粒子進行詳細深入分析，說明其中晶格位錯、各向異性晶格應力、釋放氧的現(xiàn)象得以緩解，而且體相/局部結構穩(wěn)定性得以增強。甚至充電量超過層狀電極充電閾值的75 %的時候仍表現(xiàn)優(yōu)異性能。 Zhao, C., Wang, C., Liu, X. et al. Suppressing strain propagation in ultrahigh-Ni cathodes during fast charging via epitaxial entropy-assisted coating. Nat Energy (2024)DOI: 10.1038/s41560-024-01465-2https://www.nature.com/articles/s41560-024-01465-22. Nature Electronics：鉍金屬的室溫非線性霍爾效應具有時間反演對稱性特點的非線性霍爾效應（Nonlinear Hall effect）是一種二階電子輸運現(xiàn)象，這種效應能夠導致頻率加倍，其一般在具有大貝里曲率的非中心對稱晶體中發(fā)現(xiàn)。具有這種二階電子輸運現(xiàn)象的光電器件非常罕見，這是因為二階電子輸運現(xiàn)象一般在非常低的溫度，并且存在于Dirac或Weyl材料。有鑒于此，薩萊諾大學Carmine Ortix、亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫研究中心Denys Makarov等報道在中心對稱的多晶Bi薄膜中發(fā)現(xiàn)室溫非線性霍爾效應。1）作者發(fā)現(xiàn)Bi(111)表面的電子具有三倍貝里曲率，可激活側跳變和斜散射，因此產(chǎn)生非線性橫向電流。由于非線性霍爾效應的外在幾何經(jīng)典對應物，零場非線性橫向電壓可以在弧形鉍條紋中得到提升。2）彎曲幾何中的電倍頻可以擴展到太赫茲光譜范圍內(nèi)的光二次諧波產(chǎn)生。電學倍頻信號能夠拓展至太赫茲區(qū)間并產(chǎn)生二次諧波。我們發(fā)現(xiàn)多晶鉍薄膜和鉍基異質(zhì)結構能夠在包括太赫茲頻率的廣泛范圍產(chǎn)生三次諧波。Makushko, P., Kovalev, S., Zabila, Y. et al. A tunable room-temperature nonlinear Hall effect in elemental bismuth thin films. Nat Electron (2024)DOI: 10.1038/s41928-024-01118-yhttps://www.nature.com/articles/s41928-024-01118-y由于固態(tài)電池電極的固態(tài)放電生成的產(chǎn)物聚集形成三相界面，導致難以得到高品質(zhì)的鋰-氧固態(tài)電池。人們研究發(fā)現(xiàn)光輔助的固態(tài)鋰-氧電池是一個非常巧妙的體系，但是目前人們對于固態(tài)電極的機理仍并不清楚。有鑒于此，哈爾濱工業(yè)大學王家鈞、姜再興等報道光輔助作用能夠增強固態(tài)電池的電極實現(xiàn)快速的內(nèi)球電荷轉移，能夠通過表面生長模型調(diào)節(jié)球型顆粒放電過程中生成的產(chǎn)物。1）固態(tài)電池電極具有的光電子激發(fā)和傳輸能力可以通過避免結構損壞導致的電極性能衰減和電壓降。通過光的作用使得電極表現(xiàn)優(yōu)異的穩(wěn)定性（170 圈循環(huán)），而且極化過電勢非常低（僅為0.27 V）。2）發(fā)展的透明的固態(tài)鋰-氧電池具有優(yōu)異的柔性，機械穩(wěn)定性，能夠搭建多種多樣的形狀。這項研究為太陽能引入能源存儲體系提供幫助和更多的發(fā)展機會。
Liping Ren, Ming Zheng, Fanpeng Kong, Zhenjiang Yu, Nan Sun, Menglu Li, Qingsong Liu, Yajie Song, Jidong Dong, Jinli Qiao, Nengneng Xu, Jian Wang, Shuaifeng Lou, Zaixing Jiang, Jiajun Wang, Light Enables the Cathodic Interface Reaction Reversibility in Solid‐State Lithium‐Oxygen Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202319529https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2023195294. Angew：磷酸鹽配位金屬-有機層二級構建單元可延長藥物保留以實現(xiàn)協(xié)同的放射-化學治療放射-化學治療能夠將放療與化療進行同步結合以實現(xiàn)增強的抗腫瘤活性，但其往往也會加重毒性，并且會導致與癌癥患者衰弱相關的副作用。有鑒于此，芝加哥大學林文斌教授將具有納米尺度的金屬-有機層(MOL)作為二維納米放療增敏制劑和緩釋化療藥物的儲存器，以提高放療的抗腫瘤效應。1）實驗將含磷酸鹽的藥物與MOL二級構建單元進行配位，以延長其在腫瘤內(nèi)的保留時間，并使得吉西他濱單磷酸鹽(GMP)能夠被持續(xù)釋放，從而實現(xiàn)有效的局部化療。與此同時，MOL也會使癌細胞對X射線更加敏感，因此能夠產(chǎn)生有效的放射治療效應。研究發(fā)現(xiàn)，負載GMP的MOL(GMP/MOL)的細胞毒性是游離GMP的2倍，并且能夠在體外提高放射治療的效果。2）在結腸癌模型中，GMP/MOL可實現(xiàn)GMP的瘤內(nèi)長期保留（超過4天）；與低劑量放療結合后，其能夠產(chǎn)生高達98%的腫瘤生長抑制效率。實驗結果表明，GMP/MOL可通過聯(lián)合放射-化學治療實現(xiàn)50%的治愈率，從而提高荷瘤小鼠的生存率，并改善腫瘤增殖的組織學標志物。 Taokun Luo. et al. Phosphate Coordination to Metal-Organic Layer Secondary Building Units Prolongs Drug Retention for Synergistic Chemoradiotherapy. Angewandte Chemie International Edition. 2024DOI: 10.1002/anie.202319981https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2023199815. Nature Communications：利用葡萄糖構建多色碳纖維彩色結構 碳纖維（CFs）在汽車、航空和航天工業(yè)中的應用引起了人們的關注。然而，CFs的著色由于其脆性、慣性、復雜性和時間或能量密集型過程而具有挑戰(zhàn)性。鑒于此，武漢紡織大學徐衛(wèi)林和夏良君受孔雀背部羽毛綠色中心表面自然生長的突起納米結構的啟發(fā)，研究出一種在CFs表面開發(fā)碳球（CSs）以實現(xiàn)顏色調(diào)節(jié)的原位自生長方案。1) 該研究開發(fā)的這一方案是通過使用葡萄糖作為喂養(yǎng)材料的CSs的動態(tài)生長來實現(xiàn)，結合著色過程，CSs和CFs之間的相互作用促進了整體成型中穩(wěn)定的界面力；2) 研究證實這種方案允許著色系統(tǒng)以指定的方式連續(xù)地改變其顏色，從而賦予其出色的機械堅固性、耐酸性和耐光性，并且，由于其制造成本低，該方法在多色碳纖維的顏色構建中具有潛在的競爭力。 Zhou, S., Zhang, C., Fu, Z. et al. Color construction of multi-colored carbon fibers using glucose. Nat. Commun. (2024).10.1038/s41467-024-46395-5https://doi.org/10.1038/s41467-024-46395-56. Chem. Soc. Rev.：可充電電池亞納米孔/通道中的電化學耦合 亞納米孔/通道（SNPCs）在調(diào)節(jié)可充電電池的電化學氧化還原反應中起著至關重要的作用。SNPCs中的多孔結構不僅為離子存儲提供了充足空間，還有助于離子在電池電極內(nèi)的有效擴散，從而大大提高電化學性能。然而，由于目前的技術限制，在亞納米尺度上合成和控制納米孔的質(zhì)量、儲存和運輸，以及理解SNPCs與性能之間的關系仍極具挑戰(zhàn)性。近日，悉尼科技大學Wang Guoxiu、北京理工大學Sun Kening、上海理工大學Wang Yunxiao綜述了可充電電池亞納米孔/通道中的電化學耦合。1) 文章從結構的角度對具有SNPCs的材料進行了系統(tǒng)分類和總結，并將其分為一維（1D）SNPCs、二維（2D）SNPCs和三維（3D）SNPCs。文章還揭示了SNPCs的獨特物理化學性質(zhì)。2) 文章分析了可充電電池中SNPCs的電化學耦合，包括陰極、陽極、電解質(zhì)和功能材料。最后，討論了SNPCs在電池電化學反應中面臨的挑戰(zhàn)，并提出了未來的研究方向。 Yao-Jie Lei et.al Electrochemical coupling in subnanometer pores/channels for rechargeable batteries Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS01043K7. Chem：一種具有化學可回收性的丁二烯衍生半結晶聚烯烴聚烯烴占塑料垃圾的大部分，但由于碳氫化合物聚合物主鏈的高熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性，其解聚仍極具挑戰(zhàn)性。近日，普林斯頓大學Paul J. Chirik、Emily C. Davidson報道了一類聚烯烴，它在低聚和聚合階段可經(jīng)過清潔和選擇性的化學回收。1) 鐵催化丁二烯[2+2]環(huán)加成形成遙爪低聚物（1，n′-二乙烯基）-低聚環(huán)丁烷（DVOCB），其經(jīng)歷脫聚反應生成丁二烯。作者在低聚物DVOCB中使用無環(huán)二烯復分解（ADMET）進行鏈延伸，得到聚烯烴pDVOCB。pDVOCB的反向ADMET使遙爪低聚物能夠完全回收。2) pDVOCB聚合物是具有高熔融溫度（Tm>230°C）的半結晶碳氫化合物聚合物，并且具有優(yōu)異的化學和水解穩(wěn)定性，以及機械性能與聚丙烯和聚乙烯等聚烯烴相當。Cherish Nie et.al A butadiene-derived semicrystalline polyolefin with two-tiered chemical recyclability Chem 2024DOI: 10.1016/j.chempr.2023.11.006https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.11.0068. Chem：石墨烯納米帶合成中的可控催化劑轉移聚合對石墨烯納米帶（GNRs）中量子約束效應產(chǎn)生的獨特電子結構進行直接控制與帶結構施加的幾何邊界條件密切相關。除了取代摻雜原子的組成和位置外，GNR的晶胞對稱性、寬度、長度和端基決定了其電子結構。近日，加利福尼亞大學Felix Raoul Fischer提出了一種合理設計，即將這些相互依存變量中的每一個都集成在模塊化的組合中。1) 該混合化學方法依賴于對長度、寬度和端基進行良好控制的催化劑轉移聚合。通過表面輔助環(huán)脫氫步驟的補充，作者通過矩陣輔助直接實現(xiàn)轉移策略，并且聚合物模板中編碼的幾何結構和功能手柄被映射到相應GNR的結構上。2) 作者通過鍵分辨掃描隧道顯微鏡（BRSTM）和光譜學（STS）驗證了聚合物模板設計與GNR電子結構之間的相關性。Sai Ho Pun et.al Controlled catalyst-transfer polymerization in graphene nanoribbon synthesis Chem 2024DOI: 10.1016/j.chempr.2023.11.002https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.11.002
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