1.內(nèi)蒙古大學(xué)Angew：硫化物Sb2S3光電催化硝酸鹽制備氨光電催化還原硝酸鹽制備氨（PEC NO3RR）目前成為具有前景的促進(jìn)自然界氮循環(huán)的途徑，PEC NO3RR能夠降低合成氨所需的電勢，將豐富的太陽能能源與可持續(xù)固氮實(shí)現(xiàn)結(jié)合。但是，光電化學(xué)PEC NO3RR過程受到緩慢的載流子動力學(xué)、較低的催化反應(yīng)選擇性、氨產(chǎn)率非常低的問題。目前，能夠在較低過電勢進(jìn)行PEC NO3RR電催化反應(yīng)的光電極非常少見。有鑒于此，內(nèi)蒙古大學(xué)王蕾教授、高瑞廷博士、武利民教授等報道CuSn合金助催化劑修飾Sb2S3，實(shí)現(xiàn)了高效率的選擇性PEC合成氨。1）CuSn/TiO2/Sb2S3光電極在光電催化PEC NO3RR反應(yīng)過程中具有超低的啟動電勢（0.62 V），當(dāng)過電勢為0.4 V，合成氨的法拉第效率達(dá)到97.82 %。在0 VRHE進(jìn)行PEC NO3RR，合成氨的產(chǎn)量達(dá)到16.96 μmol h-1 cm-2。2）動力學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論計算研究結(jié)果說明CuSn/TiO2/Sb2S3具有優(yōu)異的電荷分離效率和電荷傳輸性能，有助于光生電子參與PEC NO3RR。而且，NO2*吸附的強(qiáng)度比較合適，因此改善催化反應(yīng)效率，提高NH4+產(chǎn)量。這項(xiàng)研究結(jié)果有助于設(shè)計硫化物光電極用于合成氨。 Shijie Ren, Rui-Ting Gao, Jidong Yu, Yang Yang, Xianhu Liu, Limin Wu, Lei Wang, Enhanced Charge-carrier Dynamics and Efficient Photoelectrochemical Nitrate-to-ammonia Conversion on Antimony Sulfide-based Photocathodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202409693https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024096932.溫州大學(xué)Angew：Bi2Te4O11納米棒結(jié)構(gòu)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)全pH電催化CO2RR 電化學(xué)還原CO2生成甲酸等燃料有助于實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)，但是電催化還原CO2的實(shí)用面臨著生成CO以及HER競爭性反應(yīng)，而且目前缺少一種能夠在寬pH區(qū)間工作的催化劑。有鑒于此，溫州大學(xué)金輝樂教授、王舜教授、王娟副教授等報道通過Bi2Te4O11納米棒在CO2RR過程原位重構(gòu)形成Te修飾的Bi納米棒。1）這項(xiàng)研究說明Bi2Te4O11納米棒在CO2RR反應(yīng)過程中發(fā)生非常復(fù)雜的結(jié)構(gòu)重構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)重構(gòu)過程包括三個步驟：Bi2Te4O11納米棒的結(jié)構(gòu)破壞、生成Te/Bi相、Te溶解。重構(gòu)生成的Te-Bi納米棒在CO2RR反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異的生成甲酸性能，在非常寬的pH區(qū)間（酸性、中性、堿性）內(nèi)實(shí)現(xiàn)高活性、高選擇性、穩(wěn)定性。2）當(dāng)電流密度為300 mA cm-2，構(gòu)筑的流動相電解槽在中性、堿性、酸性生成HCOOH的法拉第效率分別達(dá)到94.3 %、96.4 %、91.0 %。DFT理論計算以及原位光譜表征結(jié)果說明Te能夠調(diào)節(jié)Bi位點(diǎn)形成缺電子態(tài)，增強(qiáng)*OCHO中間體的吸附，因此顯著阻礙競爭的HER反應(yīng)和CO副反應(yīng)。這項(xiàng)研究說明催化劑的結(jié)構(gòu)重構(gòu)的重要性，而且有助于設(shè)計高活性高穩(wěn)定性的CO2RR電催化劑。 jiadong chen, tingjie mao, juan wang, Jichang Wang, Huile Jin, shun wang, The Reconstruction of Bi2Te4O11 Nanorods for Efficient and pH-universal Electrochemical CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202408849https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024088493.南京大學(xué)JACS：多核Co團(tuán)簇配位聚合物電催化硝酸鹽合成氨 電催化硝酸鹽還原反應(yīng)（NITRR）在廢水凈化和制備NH3領(lǐng)域具有發(fā)展前景，但是目前仍然缺乏能夠選擇性制備NH3的NITRR催化劑。有鑒于此，南京大學(xué)金鐘教授、馬晶教授、南京理工大學(xué)蘇劍教授等設(shè)計合成了兩種多核Co團(tuán)簇配位聚合物催化劑 {[Co2(TCPPDA)(H2O)5]·(H2O)9(DMF)}（NJUZ-2）和{Co1.5(TCPPDA)[(CH3)2NH2]·(H2O)6(DMF)2}（NJUZ-3）。1）合成的多孔Co團(tuán)簇催化劑具有獨(dú)特的配位結(jié)構(gòu)和明確的孔結(jié)構(gòu)，高密度的催化位點(diǎn)，具有豐富可接觸的傳質(zhì)通道，而且提供了納米限域化學(xué)環(huán)境。由于多核MOF結(jié)構(gòu)的獨(dú)特特點(diǎn)，NJUZ-2和NJUZ-3在NITRR電催化反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異性能。使用H型電解槽進(jìn)行電催化，當(dāng)過電勢為-0.8 V，合成氨的法拉第效率達(dá)到98.5 %，而且表現(xiàn)長期穩(wěn)定。電催化合成氨反應(yīng)能夠在強(qiáng)酸體系進(jìn)行。2）在流動相電解池中，工業(yè)量級電流密度（469.9 mA cm-2）和-0.5 V過電勢時的NH3產(chǎn)量達(dá)到3370.6 mmol h-1 g-1cat，這個結(jié)果達(dá)到相同條件下在H型電解槽NH3產(chǎn)率的20.1倍。深入的實(shí)驗(yàn)表征分析以及理論計算，解釋說明NITRR活性增強(qiáng)的原因是催化劑能夠優(yōu)先吸附NO3-，而且*NO3和*NO2中間體加氫所需能量更低。 Miao Wang, Shufan Li, Yuming Gu, Wenjie Xu, Huaizhu Wang, Jingjie Sun, Shuangming Chen, Zuoxiu Tie, Jing-Lin Zuo, Jing Ma*, Jian Su*, and Zhong Jin*, Polynuclear Cobalt Cluster-Based Coordination Polymers for Efficient Nitrate-to-Ammonia Electroreduction, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c06098https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c060984.華中科技大學(xué)JACS：精確調(diào)節(jié)加氫和C-C偶聯(lián)實(shí)現(xiàn)選擇性CO2電催化還原 電化學(xué)還原CO2制備高附加值產(chǎn)物能夠產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，同時有助于實(shí)現(xiàn)環(huán)境的可持續(xù)。但是如何精確控制反應(yīng)路徑，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵中間體的選擇性轉(zhuǎn)化是個非常困難的課題。有鑒于此，華中科技大學(xué)夏寶玉教授、奧克蘭大學(xué)王子運(yùn)、上海高等研究院宋飛研究員、西安交通大學(xué)陳圣華教授等通過理論計算揭示說明不同狀態(tài)的銅原子（1-3-5-7-9）在*CHO中間體的吸附行為起到非常關(guān)鍵的作用，吸附行為決定了隨后的加氫和偶聯(lián)反應(yīng)，最終影響生成特定產(chǎn)物。1）作者基于理論計算得到的結(jié)果設(shè)計了兩種模型電催化劑，分別將Cu單原子和Cu納米粒子修飾在CeO2載體上。這種設(shè)計能夠通過與*H加氫或者與*CO偶聯(lián)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)控制*CHO中間體的轉(zhuǎn)變。2）這種控制選擇策略能夠?qū)⒎ɡ谛蕪囊蚁?1.1 %）變?yōu)榧淄椋?1.2 %），此外催化劑具有非常高的電流密度和優(yōu)異的穩(wěn)定性，工作時間達(dá)到500 h。這項(xiàng)工作不僅實(shí)現(xiàn)了性能優(yōu)異的選擇性CO2RR電催化劑，而且有助于調(diào)節(jié)表面化學(xué)性質(zhì)以及設(shè)計催化劑，從而精確控制催化過程。 Chenfeng Xia, Xiu Wang, Chaohui He, Ruijuan Qi, Deyu Zhu, Ruihu Lu, Fu-Min Li, Yu Chen, Shenghua Chen*, Bo You, Tao Yao, Wei Guo, Fei Song*, Ziyun Wang*, and Bao Yu Xia*, Highly Selective Electrocatalytic CO2 Conversion to Tailored Products through Precise Regulation of Hydrogenation and C–C Coupling, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c07502https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c075025.Nature Commun：高能量固態(tài)鋰電池的參數(shù)化設(shè)計固態(tài)鋰電池由于具有很好的安全性和能量密度，有可能替代目前實(shí)用液態(tài)電解液的先進(jìn)非溶液鋰離子電池。但是，固態(tài)電池的電池工程化設(shè)計目前的發(fā)展受到限制。 有鑒于此，韓國能源研究院(Korea Institute of Energy Research) Jinsoo Kim、蔚山科學(xué)技術(shù)院(UNIST) Sung-Kyun Jung等報道了基于電極和電解質(zhì)組分微觀結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及對電池結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，用于發(fā)展高能量固態(tài)電池。1）提供了固態(tài)電池的設(shè)計理念和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，這些設(shè)計和指導(dǎo)內(nèi)容包括電解質(zhì)的合理微結(jié)構(gòu)、宏觀結(jié)構(gòu)、制備方法和過程。搭建了多尺度和多參數(shù)的設(shè)計平臺，涵蓋了組成/能量密度/擔(dān)載量等問題以及有害的電極組成，固體電解質(zhì)的物理特征，電極的尺寸/堆疊數(shù)目等能夠影響電池能量的參數(shù)。2）使用固體聚合物電解質(zhì)組裝并且測試了10層以及4層袋裝固態(tài)鋰電池，這種袋裝電池的起始容量分別能夠達(dá)到280 Wh kg-1（能量密度為600 Wh L-1）和310 Wh kg-1（能量密度為650 Wh L-1）。 Lee, W., Lee, J., Yu, T. et al. Advanced parametrization for the production of high-energy solid-state lithium pouch cells containing polymer electrolytes. Nat Commun 15, 5860 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50075-9https://www.nature.com/articles/s41467-024-50075-96.東南大學(xué)Nature Commun：plasmonic三聚體SERS檢測不同類似的肺部腫瘤Plasmonic材料能夠產(chǎn)生非常強(qiáng)的電磁場從而增強(qiáng)臨近分子的Raman散射，這種現(xiàn)象被稱之為表面增強(qiáng)Raman散射效應(yīng)。但是，這種電磁場具有異相的特點(diǎn)，而且只有位于“熱點(diǎn)”區(qū)域（≈1 %）的分子能夠表現(xiàn)顯著增強(qiáng)的Raman。 有鑒于此，東南大學(xué)邱騰教授、郝祺副教授等圖案化設(shè)計由一對plasmonic二聚體以及之間的內(nèi)部納米粒子構(gòu)成的plasmonic三聚體，解決了這些問題和挑戰(zhàn)。1)三聚體能夠選擇將探針分子安排在中間位置，通過化學(xué)親和性定位“熱點(diǎn)”，因此精確的實(shí)現(xiàn)探針的位置與場強(qiáng)最大位點(diǎn)重合。2)研究了Au@Al2O3-Au-Au@Al2O3三聚體的Raman增強(qiáng)，對4-甲基苯硫醇、4-巰基吡啶和4-氨基硫酚的檢測限達(dá)到10-14 M。作者通過兩種檢測分子的方法驗(yàn)證了單分子SERS靈敏性。通過這種檢測的靈敏度實(shí)現(xiàn)了肺部腫瘤的早期檢測。這項(xiàng)研究說明這種三聚體對于腺癌非常敏感，但是對于鱗狀細(xì)胞癌或良性病例沒有響應(yīng)，這個現(xiàn)象有助于檢測和區(qū)分不同類型的肺部腫瘤。 Zhao, X., Liu, X., Chen, D. et al. Plasmonic trimers designed as SERS-active chemical traps for subtyping of lung tumors. Nat Commun 15, 5855 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50321-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-50321-07.Chem. Soc. Rev.：用于1-nm尺度分離的功能化2D膜二維（2D）材料基膜的持續(xù)發(fā)展使人們實(shí)現(xiàn)了1-nm尺度的分離，因?yàn)樗鼈兙哂忻鞔_的選擇性納米和亞納米通道。膜功能化是提高通道準(zhǔn)確性和效率以區(qū)分該范圍內(nèi)的離子、氣體和分子的關(guān)鍵，因此其正成為能源、資源、環(huán)境和制藥相關(guān)應(yīng)用中的研究重點(diǎn)。近日，蒙納士大學(xué)Wang Huanting、昆士蘭大學(xué)Zhang Xiwang等人對用于1-nm尺度分離的功能化2D膜進(jìn)行了綜述研究。 1) 作者介紹了功能化2D膜在各種分離中的基本原理，并闡明了關(guān)鍵的“方法-相互作用-性質(zhì)”關(guān)系。從介紹各種功能化策略開始，作者重點(diǎn)討論了功能化誘導(dǎo)的通道物種相互作用，并揭示了它們在不同情況下如何塑造膜的運(yùn)輸和操作相關(guān)特征。2) 作者還強(qiáng)調(diào)了當(dāng)前功能化2D膜的局限性和挑戰(zhàn)，并概述了未來將其作為可靠和高性能分離單元應(yīng)用的潛在挑戰(zhàn)。Yuan Kang et.al Functionalized 2D membranes for separations at the 1-nm scale Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D4CS00272E8.Chem. Soc. Rev.：基于核酸的可穿戴和植入式電化學(xué)傳感器在過去十年中，用于植入式和可穿戴應(yīng)用的核酸基電化學(xué)傳感器快速發(fā)展標(biāo)志著個人醫(yī)療領(lǐng)域的重大飛躍。這項(xiàng)技術(shù)有望通過促進(jìn)疾病的早期診斷、疾病進(jìn)展的監(jiān)測和個人治療計劃的定制，徹底改變個性化醫(yī)療保健。近日，加州理工學(xué)院Gao Wei等人對基于核酸的可穿戴和植入式電化學(xué)傳感器進(jìn)行了綜述研究。1) 作者介紹了該領(lǐng)域的最新進(jìn)展，并重點(diǎn)關(guān)注核酸傳感策略，該策略能夠直接在各種生物流體中進(jìn)行實(shí)時和連續(xù)的生物標(biāo)志物分析，如血液、間質(zhì)液、汗液和唾液。作者深入研究了各種核酸傳感策略，并強(qiáng)調(diào)了生物認(rèn)知元件和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的創(chuàng)新設(shè)計，使植入式和可穿戴應(yīng)用成為可能。2) 作者對提高核酸基傳感器的選擇性和靈敏度進(jìn)行了展望，這對準(zhǔn)確檢測低水平生物標(biāo)志物至關(guān)重要。通過將這些傳感器集成到植入式和可穿戴平臺中，包括微針陣列和柔性電子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了它們在身體健康監(jiān)測設(shè)備中的應(yīng)用。作者還分析了這些傳感器開發(fā)過程中遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)，如確保長期穩(wěn)定性、管理生物流體動力學(xué)的復(fù)雜性，以及滿足實(shí)時、連續(xù)和無反應(yīng)檢測的需求。Cui Ye et.al Nucleic acid-based wearable and implantable electrochemical sensors Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D4CS00001C
