1.曾杰Angew：調(diào)節(jié)Ir單原子第二配位層改善OER電催化性能
精確調(diào)控單原子催化劑的局部化學(xué)環(huán)境有助于理解單原子催化劑的結(jié)構(gòu)和催化活性之間的關(guān)系。人們對于局部配位環(huán)境效應(yīng)具有較大的爭論，甚至是組成結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)相同的SAC催化劑。因此人們發(fā)現(xiàn)需要更多關(guān)注第二配位層結(jié)構(gòu)的影響。由于氧化物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此調(diào)節(jié)氧化物載體修飾單原子催化劑的第二配位層原子結(jié)構(gòu)仍具有非常大的困難與挑戰(zhàn)。有鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)曾杰教授、Yan Liu等報(bào)道在NiO載體上通過不同成鍵方式修飾單原子Ir，因此在構(gòu)筑Ir-O-Ni結(jié)構(gòu)的時(shí)候能夠在Ir原子得到各種不同的配位數(shù)目。1）通過不同的合成方法分別合成了配位數(shù)目為3、4、5的Ir1/NiO、Ir1-NiO、Ir@NiO SAC催化劑。作者發(fā)現(xiàn)三個(gè)樣品的催化活性隨著OER反應(yīng)呈現(xiàn)火山形變化，其中Ir1-NiO催化劑具有最低的過電勢（225 mV@10 mA cm-2）。2）反應(yīng)機(jī)理研究結(jié)果說明Ir1-NiO催化劑具有配位數(shù)目適中的Ir-O-Ni，因此能夠形成能級更高的Ir dz2軌道，降低*OOH中間體吸附，從而增強(qiáng)OER性能。 Jie Wei, Hua Tang, Yan Liu, Guiliang Liu, Li Sheng, Minghui Fan, Yiling Ma, Zhirong Zhang, Jie Zeng, Optimizing the Intermediates Adsorption by Manipulating the Second Coordination Shell of Ir Single Atoms for Efficient Water Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202410520https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024105202.Angew：Pt雙原子在電催化制氯反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異性能和穩(wěn)定性制氯反應(yīng)是氯堿工業(yè)的關(guān)鍵陽極反應(yīng)過程，基于貴金屬的多維度穩(wěn)定陽極催化劑DAS（dimensionally stable anodes）是常見的CER電催化劑，但是這種貴金屬催化劑具有價(jià)格高和選擇性低的缺點(diǎn)。有鑒于此，成均館大學(xué)Hyoyoung Lee、皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT ）Ravichandar Babarao等報(bào)道Pt雙原子修飾在摻氟碳納米棒作為高效穩(wěn)定CER電催化劑。 1）制備的Pt DSAC催化劑表現(xiàn)優(yōu)異的CER電催化活性，達(dá)到10 mA cm-2所需過電勢僅為21 mV，達(dá)到30 mV過電勢的質(zhì)量活性達(dá)到3802.6 A gPt-1，這個(gè)性能超過了商用DSA催化劑和Pt單原子催化劑。2）這種Pt DSAC具有優(yōu)異CER催化活性的原因是比較高的原子利用率和更高的本征催化活性。修飾在CNT的氟原子增加Pt DSAC的抗氧化和耐氯化，因此得到優(yōu)異的長期穩(wěn)定性。對多個(gè)Pt DSAC結(jié)構(gòu)理論計(jì)算結(jié)果顯示，具有改善的第一層配體結(jié)構(gòu)和原子間距能夠降低Cl中間體的活化能，降低Pt-Cl作用，因此有助于CER催化反應(yīng)的發(fā)生。 Xiaodong Shao, Ashakiran Maibam, Fengliang Cao, Haiyan Jin, Shiqing Huang, Mengfang Liang, Min Gyu Kim, Kim My Tran, Amol R. Jadhav, Hyun Seung Jung, Ravichandar Babarao, Hyoyoung Lee, Coordination Environment and Distance Optimization of Dual Single Atoms on Fluorine-Doped Carbon Nanotubes for Chlorine Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202406273https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024062733.清華大學(xué)Nature Commun：液體金屬輔助電化學(xué)剝離2D材料制備電子墨水 使用有機(jī)陽離子進(jìn)行電化學(xué)分子插層和塊體剝離得到能夠溶液操作處理的2D半導(dǎo)體墨水能夠進(jìn)行價(jià)格便宜應(yīng)用于大面積柔性可穿戴電子器件的技術(shù)。但是生長大體積晶體源材料需要價(jià)格昂貴的原料，并且需要長時(shí)間高溫處理過程，這是阻礙其實(shí)際大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。有鑒于此，清華大學(xué)林朝陽助理教授等報(bào)道液體金屬輔助進(jìn)行電化學(xué)分子插層技術(shù)，這種技術(shù)具有價(jià)格合理，使用常見粉末材料的優(yōu)勢。1）這種方法得到的溶液處理MoS2納米片的品質(zhì)能夠與塊體晶體剝離媲美。這種方法能夠用于制備>50種不同的功能性2D電子墨水，這些電子墨水包括一些導(dǎo)電性非常低的2D寬能帶半導(dǎo)體。2）將2D半導(dǎo)體與2D導(dǎo)體和2D節(jié)點(diǎn)材料作為原料，通過完全溶液操作過程進(jìn)行集成，制備大面積薄膜晶體管和憶阻器，實(shí)現(xiàn)顯著的價(jià)格降低。 Wang, S., Li, W., Xue, J. et al. A library of 2D electronic material inks synthesized by liquid-metal-assisted intercalation of crystal powders. Nat Commun 15, 6388 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50697-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-50697-z4.吉林大學(xué)Nature Commun：電壓控制Au膜非線性光學(xué)響應(yīng)動(dòng)態(tài)控制Au納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)對于發(fā)展光信號處理、片上光源和光計(jì)算等領(lǐng)域的先進(jìn)光學(xué)技術(shù)非常重要。雖然人們在調(diào)控Au納米材料結(jié)構(gòu)的plasmons得到顯著的進(jìn)展但是目前大多數(shù)研究仍然局限在線性或靜態(tài)領(lǐng)域，如何動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)非線性光學(xué)性質(zhì)未曾得到廣泛研究。 有鑒于此，吉林大學(xué)秦冠仕教授、賈志旭教授、孟凡超教授等報(bào)道通過電致熱效應(yīng)使用電壓控制Au納米薄膜的Kerr非線性光學(xué)響應(yīng)。1）當(dāng)施加比較低的電壓（~10 Ｖ），由于Au納米膜的阻尼系數(shù)增加，使得非線性吸收系數(shù)和折射率分別降低40.4 %和33.1 %。此外制備了電壓控制的Au納米膜飽和吸收器，將其應(yīng)用于鎖模光纖激光器，從而能夠可逆的調(diào)節(jié)波長，而且能夠在不同的操作模式之間變換。2）這項(xiàng)研究有助于理解通過電化學(xué)方法控制非線性光學(xué)響應(yīng)，為調(diào)控纖維激光器提供簡單方便的方法。 Lv, C., Meng, F., Cui, L. et al. Voltage-controlled nonlinear optical properties in gold nanofilms via electrothermal effect. Nat Commun 15, 6372 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50665-7https://www.nature.com/articles/s41467-024-50665-75.南開大學(xué)Nature Commun：設(shè)計(jì)Ru/TiN電催化制氫電催化劑是發(fā)展價(jià)格便宜且高效率電解水器件的關(guān)鍵，目前人們發(fā)現(xiàn)氫能夠作為一種干凈可持續(xù)性的能量載體。 有鑒于此，南開大學(xué)羅景山教授、巴斯克大學(xué)(UPV/EHU) Federico Calle-Vallejo等在TiN載體上修飾Ru納米粒子（Ru NPs/TiN）作為堿性制氫電催化劑。1）Ru NPs/TiN電催化劑在堿性制氫反應(yīng)種達(dá)到20 A mg-1Ru需要的過電勢為63 mV，而且具有長期穩(wěn)定性。電催化劑的結(jié)構(gòu)分析說明Ru納米粒子修飾在TiN載體上能夠調(diào)節(jié)Ru納米粒子的性質(zhì)，DFT理論計(jì)算結(jié)果說明Ru納米粒子與TiN載體之間具有非常強(qiáng)的親和性，通過載體-納米粒子之間的相互作用，能夠調(diào)節(jié)氫吸附能量。2）使用Ru NPs/TiN催化劑構(gòu)筑陽離子交換膜電解槽器件在5 A cm-2電流密度工作1000 h的過程未見性能衰減，這種性能超過了商業(yè)電解槽器件。這項(xiàng)研究有助于設(shè)計(jì)高性能電解水催化劑。 Zhao, J., Urrego-Ortiz, R., Liao, N. et al. Rationally designed Ru catalysts supported on TiN for highly efficient and stable hydrogen evolution in alkaline conditions. Nat Commun 15, 6391 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50691-5https://www.nature.com/articles/s41467-024-50691-56.西安交大Nature Commun：通過晶相匹配取向生長構(gòu)筑鋁金屬電池鋁電池具有安全性高、儲量豐富、價(jià)格合理等優(yōu)勢，被看作是最有前景的下一代能量存儲電池技術(shù)。但是電化學(xué)沉積過程不均勻的問題以及枝晶問題導(dǎo)致鋁金屬電池電極較低的庫倫效率以及發(fā)生快速的短路失效，這個(gè)問題嚴(yán)重?fù)p害鋁電池的循環(huán)穩(wěn)定性。 有鑒于此，西安交通大學(xué)杜顯鋒教授等報(bào)道通過載體和沉積過程的晶格匹配的理念制備鋁金屬電池電極，因此使得晶面生長過程實(shí)現(xiàn)取向生長。1）這種方法得到的鋁金屬電池電極不僅降低了鋁的成核能壘、降低電極的極化，而且能夠?qū)崿F(xiàn)鋁均勻沉積，從而改善循環(huán)穩(wěn)定性。2）由于晶面取向（111）的鋁電極沉積過程能夠在5 A g-1電流密度實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定工作25000圈，容量保持達(dá)到80 %。Wang, S., Guo, Y., Du, X. et al. Preferred crystal plane electrodeposition of aluminum anode with high lattice-matching for long-life aluminum batteries. Nat Commun 15, 6476 (2024) DOI: 10.1038/s41467-024-50723-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-50723-07.JACS：有機(jī)胺配體控制InS納米片的形貌法國里昂高等師范學(xué)院Benjamin Abécassis等通過調(diào)控有機(jī)胺分子的烷基分子鏈實(shí)現(xiàn)控制2D超薄InS納米帶的構(gòu)象。含有辛基胺的正交晶系InS納米帶具有卷曲結(jié)構(gòu)，形成“8”形狀。將辛胺交換為油胺，導(dǎo)致“8”形狀的InS納米帶結(jié)構(gòu)打開，形成平面納米帶形貌。1）在InS晶體結(jié)構(gòu)變化的過程伴隨著應(yīng)力的變化，隨著烷基分子鏈的碳原子數(shù)目從4個(gè)變成18個(gè)，通過小角X射線散射光譜表征和TEM透射電子顯微鏡表征，發(fā)現(xiàn)納米帶的卷曲與InS納米帶表面配體分子之間的相互作用有關(guān)。隨著配體分子長度增加，卷曲程度降低。而且，當(dāng)配體的碳原子數(shù)目相同，碳鏈中的不飽和碳能夠起到獨(dú)特的效應(yīng)。2）這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)展示說明配體單分子層起到的關(guān)鍵作用，說明較弱的超分子作用力對于納米材料形貌的關(guān)鍵作用。這種有機(jī)單層分子影響納米晶體形貌的現(xiàn)象有助于理解和設(shè)計(jì)刺激響應(yīng)材料體系。 Lilian Guillemeney, Sarit Dutta, Rodolphe Valleix, Gilles Patriarche, Beno?t Mahler, Benjamin Abécassis*, Ligand Tail Controls the Conformation of Indium Sulfide Ultrathin Nanoribbons, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c04905https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c049058.JACS：原位Raman光譜表征陰離子交換膜電解槽的聚合物分解產(chǎn)物美國東北大學(xué)Sanjeev Mukerjee等基于實(shí)用氫氧根離子導(dǎo)電聚合物和零間隙膜構(gòu)筑的陰離子交換膜電解槽器件，研究非鉑族金屬催化劑的性能衰減機(jī)理。1）設(shè)計(jì)了獨(dú)特的測試表征平臺，從而能夠在恒電位作用下表征Raman光譜。表征Raman光譜的結(jié)果得到了碳酸鹽電解質(zhì)在較高的氧化電位分解的產(chǎn)物。作者通過獨(dú)特的設(shè)計(jì)以及制備方法構(gòu)筑3D打印流動(dòng)相電解槽，從而能夠進(jìn)行電極表面或者電解液體相進(jìn)行空間分辨的Raman光譜表征。2）在以往的研究中，人們提出氫氧化物導(dǎo)電離子聚合物以及膜材料分解來自多個(gè)步驟的自由基反應(yīng)，由于這些自由基反應(yīng)過程導(dǎo)致聚芳烴骨架斷裂。作者通過Raman光譜表征發(fā)現(xiàn)羧酸和芳基官能團(tuán)的信號，而且這些信號來自骨架溶解并且擴(kuò)散到體相電解液的物質(zhì)。 Derrick S. Maxwell, Ian Kendrick, and Sanjeev Mukerjee*, Operando Raman Spectroscopy Reveals Degradation Byproducts from Ionomer Oxidation in Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c05721https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05721
