1.上海交通大學Nature Commun：Ni-O-Ti不對稱位點促進電化學尿素氧化生成N2電化學尿素氧化反應為可持續制氫和廢水脫氮等領域提供一種技術，但是電化學尿素氧化反應的大規模應用被產生有害的氰酸鹽或亞硝酸鹽而不是產生N2所阻礙。有鑒于此，上海交通大學張禮知教授、李浩副教授、么艷彩副教授等在Ti膜上修飾不對稱Ni-O-Ti位點，在電化學尿素氧化反應N2選擇性達到99 %，性能比Ni電催化劑僅為55 %的N2選擇性更高。1）構筑的Ni-O-Ti不對稱位點結構不僅在電化學氧化反應中實現99 %的N2選擇性，而且在電壓為1.40 V，電流密度為213 mA cm-2，與Pt電極配合，實現了22.0 mL h-1的產氫速率。2）由親氧Ti原子和相鄰Ni原子構成的不對稱位點有助于尿素分子的羰基產生相互作用，而不是與氨基相互作用，因此能夠避免共振導致切斷C?N化學鍵，并且更容易發生N-N偶聯生成N2。作者進一步使用Si光伏電池供電建立了電化學氧化尿素的器件原型。 Zhan, G., Hu, L., Li, H. et al. Highly selective urea electrooxidation coupled with efficient hydrogen evolution. Nat Commun 15, 5918 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50343-8https://www.nature.com/articles/s41467-024-50343-8 2.西安交通大學Nature Commun：通過設計耦合反應實現對聚合物高效摻雜通過摻雜改善聚合物的導電性受到研究者的廣泛關注，有鑒于此，西安交通大學王洪教授等發展了聚合物半導體摻雜的技術，這種半導體摻雜通過生物體系常見的自發偶聯反應。1）在摻雜過程中，摻雜劑與聚合物之間在添加劑作用下通過添加劑對摻雜劑的還原產物之間具有非常強的反應，形成偶聯反應，使得反應在熱力學上非常有利，因此聚合物的導電性提高3-7個數量級。2）這種耦合反應進行摻雜的過程在許多摻雜體系具有廣泛的制備功能導電聚合物的應用前景，有可能成為有機電子學領域的重要技術。Pan, J., Wang, J., Li, K. et al. Efficient molecular doping of polymeric semiconductors improved by coupled reaction. Nat Commun 15, 5854 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50293-1https://www.nature.com/articles/s41467-024-50293-13.汕頭大學Nature Commun：Os分子修飾Si電極CO2光催化還原制備甲烷太陽能驅動CO2還原制備高附加值化學品是具有前景的解決環境變化的技術，但是如何在光催化還原CO2反應選擇性生成特定產物非常困難。有鑒于此，汕頭大學簡經鑫教授、佟慶笑教授等報道兩個Os復合物（przpOs和trzpOs）用于CO2還原催化劑，實現了選擇性還原CO2生成甲烷。1）przpOs和trzpOs分子表現較好的CO2還原性能，催化反應速率常數分別為0.544 s-1和6.41 s-1。在AM1.5G光照射下的Si/TiO2/trzpOs光催化還原CO2的主要產物是CH4（法拉第效率達到>90 %），在0.0 V過電勢的光電流密度達到-14.11 mA cm-2。2）理論計算結果說明雙吡唑和三唑配體的N原子能夠穩定CO2加合物中間體，并且隨后進一步加氫生成CH4，因此在CO2轉化為CH4的反應中表現超高選擇性。這些結果的性能能夠與目前最先進的Si光電極CO2還原性能媲美，說明分子催化劑對于光電催化轉化CO2制備CH4的重要作用。Li, XY., Zhu, ZL., Dagnaw, F.W. et al. Silicon photocathode functionalized with osmium complex catalyst for selective catalytic conversion of CO2 to methane. Nat Commun 15, 5882 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50244-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-50244-w4.清華大學Nature Commun：超高強度結構材料曲率梯度石墨烯超結構的蒸發鑄造在當代制造業中，結構材料的加工在創造適用于各種工業應用的堅固、量身定制和精確的組件方面發揮著關鍵作用。盡管如此，由于內應力和缺陷，當前的材料成形技術仍面臨挑戰，從而導致機械性能和加工精度大幅下降。近日，來自清華大學曲良體、中國科學院力學研究所劉峰和北京理工大學趙揚等人開發了一種針對具有曲率梯度的石墨烯超結構的加工策略，從而能夠制造出具有精心設計的功能形狀的堅固結構材料。1) 該研究合成的這些結構由位于同軸曲率中心的石墨烯納米片弧形組件組成，在基于脫水的蒸發鑄造過程中，組件通過毛細效應被擰緊，導致局部彎曲，并且通過精確調整軸心距離和傾斜角度，該研究實現了對所獲得結構形狀的精確控制；2) 該研究發現，利用內應力來加強設計的榫卯結構，可以獲得高達約200 MPa的高連接強度，這種創新方法解決了當前材料成形技術面臨的挑戰，并為制造堅固和精確成形的部件開辟了更多可能性。 Lu, B., Yu, L., Hu, Y. et al. Evaporate-casting of curvature gradient graphene superstructures for ultra-high strength structural materials. Nat Commun 15, 5917 (2024).10.1038/s41467-024-50191-6https://doi.org/10.1038/s41467-024-50191-6 5.Nature Commun：摩擦發電催化還原大氣氣氛CO2由于能量消耗非常高，而且需要使用昂貴的催化劑，傳統催化反應技術通常面臨著難以找到可再生進行CO2轉化為高附加值產品的路線。有鑒于此，新加坡科學技術研究局(A*STAR)李子彪研究員、葉恩毅研究員、中國科學院蘭州化物所王道愛研究員等報道接觸電催化（contact-electro-catalysis）的CO2還原技術，生成CO的法拉第效率達到96.24 %。1）通過修飾含有單原子Cu的氮化碳催化劑以及季銨化纖維素納米纖維的電紡聚偏二氟乙烯構筑的摩擦電納米發電機（triboelectric nanogenerator）提供接觸-電催化的驅動力。2）反應機理研究發現Cu-PCN的單原子Cu在接觸電化處理過程中產生豐富的電子，促進電子的轉移。而且，CO2在季銨化纖維素納米纖維上具有非常強的吸附作用，因此能夠捕獲大氣氣氛中的低濃度CO2，在接觸電催化過程的CO產量達到33 μmol g-1 h-1。這項研究實現了減少CO2排放并且發展先進的可持續制備化學品技術。 Wang, N., Jiang, W., Yang, J. et al. Contact-electro-catalytic CO2 reduction from ambient air. Nat Commun 15, 5913 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50118-1https://www.nature.com/articles/s41467-024-50118-16.Angew：NiCo(OH)x納米線活化晶格OH電化學合成氫氧化物的電化學脫氫在形成高價態金屬活性位點用于5-羥甲基糠醛的氧化（HMFOR）制備高附加值2,5-呋喃二甲酸（FDCA）非常重要。有鑒于此，華中科技大學王得利教授、河南師范大學陳野博士等報道苯甲酸配體修飾NiCo(OH)x納米線（BZ-NiCo(OH)x），這種BZ-NiCo(OH)x催化劑具有豐富的缺電子Ni/Co位點進行HMFOR催化反應。1）由于苯甲酸配體具有非常強的吸電子能力，因此大幅度增加BZ-NiCo(OH)x電化學活化晶格羥基官能團，并且促進羥基官能團脫氫（M2+-O-H?M3+-O），從而顯著增強形成缺電子的高價態Ni/Co位點。DFT模擬計算結果顯示脫離的質子能夠與苯甲酸形成氫鍵的方式促進質子轉移。2）BZ-NiCo(OH)x通過Ni/Co位點協同對羥基和醛基官能團的協同氧化，在HMFOR電化學氧化反應中得到優異的性能，在1.4 V過電勢達到111.20 mA cm-2電流密度，達到NiCo(OH)x的四倍。FDCA的產量達到95.24 %，法拉第效率達到95.39 %。這種配體雜化催化劑設計策略有助于發展和設計應用于生物質轉化的高性能過渡金屬電催化劑。參考文獻
Xupo Liu, Xihui Wang, Chenxing Mao, Jiayao Qiu, Ran Wang, Yi Liu, Ye Chen, Deli Wang, Ligand‐Hybridization Activates Lattice‐Hydroxyl‐Groups of NiCo(OH)x Nanowires for Efficient Electrosynthesis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202408109https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024081097.華中科技大學AFM：超分子 3D 打印可一步生成可修復、可回收的結構彩色物體 具有 3D 幾何形狀的結構彩色物體在光學設備和視覺傳感器中非常有吸引力，但它們的制備受到復雜程序和有限材料選擇的阻礙。于此，華中科技大學張連斌等人提出了一種簡便的超分子 3D 打印策略，通過直接墨水書寫 (DIW) 超分子膠體墨水 (SCI)，該墨水由基于超分子相互作用的聚合物和膠體組成，以構建可修復和可回收的結構彩色物體。1）優化的超分子相互作用平衡了 DIW 的流變要求和高顆粒體積分數，從而實現了結構顏色的一步式和即時生成。SCI 的剪切稀化和觸變性特征，其特點是打印過程中粘度降低兩個數量級，此后儲能模量恢復 50%，確保了擠出和沉積過程中可逆的固液轉變。2）基質內膠體的短程有序排列產生與角度無關的結構顏色。此外，SCI 制備的 3D 結構著色物體具有可修復性，更重要的是，由于超分子相互作用的可逆性，可以進行閉環回收。利用優化的超分子相互作用，可以擴展滿足 DIW 工藝的各種具有廣泛材料選擇的 SCI，以直接構建 3D 結構著色物體。這項研究為利用超分子策略構建先進的 3D 材料鋪平了道路。 Z. Hu, M. Li, Q. Lyu, X. Chen, X. Zhang, Y. Yu, L. Zhang, J. Zhu, Supramolecular 3D Printing Enabling One-Step Generation of Healable and Recyclable Structurally Colored Objects. Adv. Funct. Mater. 2024, 2410921. https://doi.org/10.1002/adfm.2024109218.Joule：鈣鈦礦有機疊層太陽能電池中穩定高效寬帶隙鈣鈦礦 碘化物和溴化物的集成有助于寬帶隙鈣鈦礦的帶隙可調性，但高濃度的溴化物會導致鹵化物相分離，對太陽能電池器件的效率和穩定性產生不利影響。近日，新加坡國立大學Hou Yi等人將具有高度極化電荷分布和緊湊分子結構的2-氨基-4,5-咪唑二腈（AIDCN）摻入1.86 eV的寬帶隙鈣鈦礦中，以有效抑制光誘導碘逃逸和相分離。1) 作者通過高光譜光致發光顯微鏡研究發現，AIDCN在連續激光照射下減輕了相分離。同時進行的原位掠入射廣角X射線散射和X射線熒光測量進一步驗證了碘逃逸的抑制，這可以從晶格收縮的顯著減緩和連續照明下鈣鈦礦的整體化學成分得到證實。2) 應用這種方法，作者在1.86 eV寬帶隙鈣鈦礦太陽能電池中實現了18.52%的功率轉換效率（PCE）。通過將這種鈣鈦礦子電池與PM6:BTP-eC9有機子電池集成，串聯電池的最大PCE為25.13%，經認證的穩定PCE為23.40%。Xiao Guo et.al Stabilizing efficient wide-bandgap perovskite in perovskite-organic tandem solar cells Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.06.009https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.06.009
