1.南京大學(xué)Nature Nanotechnology：立體和區(qū)域定義異質(zhì)納米孔內(nèi)的單分子傳感由于產(chǎn)生位置異構(gòu)體的不可控性和純化區(qū)域限定產(chǎn)物的困難性，構(gòu)建用于單分子傳感的異聚體成孔蛋白仍極具挑戰(zhàn)性。為了克服這些制備障礙，南京大學(xué)應(yīng)佚倫等人提出了一種原位策略，其涉及對七聚體成孔蛋白進行單分子化學(xué)修飾，以構(gòu)建亞基化學(xué)計量比為3:4的立體和區(qū)域特異性異聚體納米孔（異納米孔）。1) K238C氣溶素同質(zhì)納米孔中固有的空間位阻指導(dǎo)了馬來酰亞胺衍生物的立體和區(qū)域選擇性修飾。該方法利用實時離子電流記錄來促進控制電壓操作，以進行化學(xué)計量修飾和基于位置的側(cè)異構(gòu)體去除。2) 單分子實驗和全原子分子動力學(xué)模擬表明，異質(zhì)納米孔具有不對稱的立體和區(qū)域限定的殘基結(jié)構(gòu)。作者通過質(zhì)譜和單粒子低溫電子顯微鏡對制備的異質(zhì)納米孔進行了表征。在概念驗證的單分子傳感實驗中，異質(zhì)納米孔對混合物中具有單氨基酸結(jié)構(gòu)和手性差異的四種肽立體異構(gòu)體的無標(biāo)記鑒別顯示出95%的準(zhǔn)確率。總之，定制的異質(zhì)納米孔可以促進單分子傳感。
Wei Liu et.al Single-molecule sensing inside stereo- and regio-defined hetero-nanopores Nature Nanotechnology 2024DOI: 10.1038/s41565-024-01721-2https://doi.org/10.1038/s41565-024-01721-22.張華等JACS：晶面控制合成非常見晶相合金HOR電催化金屬納米材料的晶面調(diào)控和晶相工程是調(diào)節(jié)物理化學(xué)性質(zhì)以及改善金屬納米材料應(yīng)用的重要策略。但是，如何調(diào)整非常規(guī)晶相的金屬納米材料的暴露晶面仍然是一個巨大挑戰(zhàn)，這個問題阻礙了人們對性能和功能有關(guān)的晶面效應(yīng)的深入研究。有鑒于此，香港理工大學(xué)朱葉教授、黃勃龍教授、香港城市大學(xué)張華教授、北京科技大學(xué)葛一瑤等使用具有非常規(guī)六方密堆積（hcp，2H型）相的Pd納米粒子（稱為2H-Pd）作為晶種，發(fā)展了一種選擇性外延生長方法，調(diào)節(jié)2H-Pd晶種之上的二次生長方向，并且得到Pd@NiRh，分別得到2H相的納米板（NPL）和納米棒（NR），稱為2H-Pd@2H-NiRh NPLs和2H-Pd@2H-NiRh NRs。1）與純鎳相比，2H-Pd@2H-NiRh NRs比2H-Pd@2H-NiRh NPLs在2H-NiRh殼上暴露更多的（100）h和（101）h晶面。 當(dāng)2H-Pd@2H-NiRh NRs用作氫氧化反應(yīng)（HOR）電催化劑，與面心立方（fcc）（fcc-NiRh）的NiRh合金或者2H-Pd@2H-NiRh NPLs相比，2H-Pd@2H-NiRh NR顯示出優(yōu)異的活性。說明晶面控制在提高非常規(guī)晶相金屬納米材料催化性能中起到的關(guān)鍵作用。2）DFT密度泛函理論計算結(jié)果說明2H-Pd@2H-NiRh NRs的優(yōu)異催化活性來自2H-NiRh殼表面具有更多的暴露（100）h和（101）h晶面，這些晶面具有更高的電子轉(zhuǎn)移效率、更合適的H*結(jié)合能、更強的OH*結(jié)合能、而且HOR的決速步能壘更低。
Xixi Wang, Yiyao Ge*, Mingzi Sun, Zhihang Xu, Biao Huang, Lujiang Li, Xichen Zhou, Shuai Zhang, Guanghua Liu, Zhenyu Shi, An Zhang, Bo Chen, Qingbo Wa, Qinxin Luo, Ye Zhu*, Bolong Huang*, and Hua Zhang*, Facet-Controlled Synthesis of Unconventional-Phase Metal Alloys for Highly Efficient Hydrogen Oxidation, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c08905https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c089053.西湖大學(xué)JACS：解析氧化物電極的表面和體相分別的作用具有氧化還原活性的過渡金屬氧化物在能源存儲和轉(zhuǎn)化領(lǐng)域非常重要，比如電池以及電容器領(lǐng)域。具有氧化還原活性的過渡金屬氧化物材料具有電化學(xué)存儲電荷的功能，而且同時具有體相離子嵌入能力和表面附近的偽電容的功能。但是，由于復(fù)雜共存的行為，導(dǎo)致人們對于具有氧化還原活性的過渡金屬氧化物材料的電荷存儲機理并沒有搞清楚。有鑒于此，西湖大學(xué)陸啟陽博士等通過原位電化學(xué)和光學(xué)測試技術(shù)進行結(jié)合，弄清了體相和表面分別起到的功能與作用。1）在δ-MnO2-x模型氧化物中，考慮了表面的偽電容層，設(shè)計了考慮表面反應(yīng)和體相擴散的精確模型。2）這個研究方法能夠精確的研究電化學(xué)的動力學(xué)參數(shù)，從而揭示表面和體相電化學(xué)過程。這項先進的研究有助于合理的設(shè)計能量存儲器件，增強材料對于特定功能應(yīng)用的設(shè)計和調(diào)控。
Luhan Wei, Yang Hu, Yiwei Huang, Ying Lu, Zihan Xu, Nian Zhang, and Qiyang Lu*, Deconvoluting Surface and Bulk Charge Storage Processes in Redox-Active Oxides by Integrating Electrochemical and Optical Insights, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09261https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c09261鉻（Cr）和砷（As）是兩種最嚴(yán)重的水體污染物，它們具有高毒性，而且在各種水體中普遍存在。雖然人們開發(fā)了吸附和離子交換工藝從水中去除包括重金屬在內(nèi)的有毒污染物，但是這些技術(shù)在對于鉻和砷的含氧陰離子處理的性能和穩(wěn)定性仍然比較低。有鑒于此，加州大學(xué)伯克利分校Jeffrey R. Long教授等報道多元醇官能化多孔芳香框架（PAF）吸附材料。這種材料利用螯合作用、離子交換、氧化還原和氫鍵相互作用，能夠從水中選擇性的捕獲鉻和砷，作者通過一系列表征技術(shù)（包括X射線吸收和X射線光電子能譜）研究這些材料與鉻和砷的結(jié)合機制。1）吸附研究表明，由于其獨特的化學(xué)性質(zhì)、非常高的孔面積、高官能團負載比例，官能化的多孔芳香框架（PAF）具有選擇性、瞬時（在10秒內(nèi)達到平衡容量）吸附和高結(jié)合容量（2.5 mmol/g）等多個優(yōu)勢。循環(huán)測試進一步證明，性能最好的PAF材料通過溫和的酸堿清洗處理回收，在十次循環(huán)吸附-解吸過程中，沒有可測量的性能損失。2）作者建立了PAF材料的設(shè)計方法，從水體中選擇性地去除鉻、砷和硼。作者發(fā)現(xiàn)，帶有類似結(jié)構(gòu)的結(jié)合基團PAF在吸附行為上表現(xiàn)出明顯的區(qū)別，這說明配體的長度和化學(xué)性質(zhì)之間結(jié)合的重要性。
Adam A. Uliana, Ethan R. Pezoulas, N. Isaac Zakaria, Arun S. Johnson, Alex Smith, Yubing Lu, Yusuf Shaidu, Ever O. Velasquez, Megan N. Jackson, Monika Blum, Jeffrey B. Neaton, Junko Yano, and Jeffrey R. Long*, Removal of Chromium and Arsenic from Water Using Polyol-Functionalized Porous Aromatic Frameworks, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c05728https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c057285.Angew：閃速加熱穩(wěn)定單原子Co-N5作為雙功能催化劑理性設(shè)計修飾在碳載體上的過渡金屬單原子催化劑需要精確的放置含過渡金屬原子的分子，但是通常在熱解處理過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌，導(dǎo)致堵住單原子，這個問題導(dǎo)致如何控制單原子的利用效率和配位環(huán)境變得非常挑戰(zhàn)。有鑒于此，東華大學(xué)覃小紅教授/季東曉研究員、南京航空航天大學(xué)彭生杰教授等提出了一種閃速加熱處理方法進行原子表面吸附，從而能夠進行預(yù)先設(shè)計碳納米纖維結(jié)構(gòu)，并且在加熱過程中保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，阻止可能發(fā)生的結(jié)構(gòu)坍塌問題，并且能夠通過不同的閃速加熱處理過程中分別形成四配位或五配位氮原子。1）理論計算和原位Raman光譜表征結(jié)果顯示五氮配位Co單原子（Co-N5）位點比四氮配位Co單原子（Co-N4）在ORR催化反應(yīng)中具有較低的能壘。這種閃速處理方法得到的Co-N5位點完全暴露在表面，實現(xiàn)了優(yōu)異的原子利用效率。 2）Co-N5催化劑在堿性條件的催化反應(yīng)TOF達到65.33 s-1，比20 % Pt/C催化劑高47.4倍。多孔柔性碳納米纖維催化劑顯著改善Zn-空氣電池的性能，峰值功率密度達到273.8 mW cm-2，具有非常高的比容量（784.2 mAh g-1），穩(wěn)定性達到600 h。這種柔性纖維Zn-空氣電池能夠作為可穿戴器件的功能單元，說明這種材料在柔性電子學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。
Qingliang Luo, Kangkang Wang, Qiangqiang Zhang, Wei Ding, Rongwu Wang, Linlin Li, Shengjie Peng, Dongxiao Ji, Xiaohong Qin，Tailoring Single-Atom Coordination Environments in Carbon Nanofibers via Flash Heating for Highly Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202413369https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024133696.Angew：Pd-Ni稀釋型合金堿性電催化氫氧化HOR設(shè)計高活性和有價格競爭力的氫氧化（HOR）電催化劑是發(fā)展先進的陰離子交換膜燃料電池（AEMFCs）技術(shù)的關(guān)鍵一環(huán)。目前雖然人們發(fā)現(xiàn)稀金屬合金（dilute metal alloys）具有非常強的堿性HOR電催化性能，但是人們對于如何進行理性設(shè)計、控制合成、電催化機理研究的關(guān)注仍非常不足。有鑒于此，加拿大國家研究院 (魁北克) 材料、能源研究所的孫書會院士、三峽大學(xué)李東升教授、伍學(xué)謙博士等報道基于構(gòu)筑Pd修飾Ni劑配位聚合物并且進行低溫?zé)峤猓铣梢幌盗邢d-Ni合金電催化劑。1）合成了一系列x % Pd-Ni合金催化劑，在堿性HOR反應(yīng)中表現(xiàn)優(yōu)異的性能。其中0.5 % Pd-Ni合金催化劑具有最高的本征催化活性，交換電流密度達到0.055 mA cm-2，這個性能超過了大多數(shù)堿性HOR催化劑。2）反應(yīng)機理研究結(jié)果顯示，Pd單原子/二聚體和Ni載體之間具有非常強的協(xié)同作用，能夠調(diào)節(jié)質(zhì)子/羥基的結(jié)合能，顯著的降低HOR關(guān)鍵步驟的活化能壘。這項工作有助于設(shè)計先進的稀合金金屬以及單原子合金材料用于堿性HOR電催化反應(yīng)以及其他能源轉(zhuǎn)化過程。
Yi Yuan, Xue-Qian Wu, Xi Yin, Heng-Yu Ruan, Ya-Pan Wu, Shuang Li, Guangtong Hai, Gaixia Zhang, Shuhui Sun, Dong-Sheng Li, Dilute Pd‐Ni Alloy through Low‐temperature Pyrolysis for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202412680https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202412680 7.Nature Commun.：具有定制超分子界面的高效鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定化鈣鈦礦薄膜和載流子傳輸層之間的界面缺陷的存在對鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的性能和穩(wěn)定性提出了重大挑戰(zhàn)。鑒于此，來自洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Michael Gr?tzel、復(fù)旦大學(xué)張鴻和華北電力大學(xué)姚建曦等人引入了一種雙主客體（DHG）絡(luò)合策略來調(diào)節(jié)富含F(xiàn)APbI3的PSC的本體和界面性質(zhì)。1) 該研究通過核磁共振波譜，觀察到雙重處理的協(xié)同效應(yīng)，并且，電光特性表明，DHG策略不僅可以鈍化缺陷，還可以增強載流子的提取和傳輸，值得注意的是，采用DHG策略可以產(chǎn)生功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）為25.89%（認(rèn)證為25.53%）的PSC；2) 這些DHG修飾的PSC表現(xiàn)出增強的操作穩(wěn)定性，在一個陽光照射下連續(xù)運行1050小時后，其初始PCE保持在25.55%的96.6%以上，這是近期報道中的最高初始值，這項工作為通過超分子工程穩(wěn)定高效鈣鈦礦光伏奠定了一條有前景的途徑，標(biāo)志著該領(lǐng)域的重大進展。
Zhao, C., Zhou, Z., Almalki, M. et al. Stabilization of highly efficient perovskite solar cells with a tailored supramolecular interface. Nat Commun 15, 7139 (2024). 10.1038/s41467-024-51550-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-51550-z8.Adv Mater：多孔聚合物電化學(xué)捕獲CO2碳捕獲是一種很有前途的技術(shù)，可以減少溫室氣體排放，實現(xiàn)碳中和。電化學(xué)波動反應(yīng)吸附（ Electro-swing reactive adsorption）已成為可持續(xù)脫碳的一種有吸引力的方法。但是目前仍然缺乏高效率的氣體傳輸電極，阻礙了碳捕獲技術(shù)的實際應(yīng)用和發(fā)展。有鑒于此，麻省理工學(xué)院T. Alan Hatton等報道開發(fā)多孔聚合物電極，能夠增強CO2的傳輸，而且不需要添加額外的氣體擴散導(dǎo)管。 1）這種一體式多孔電極能夠?qū)O2吸附的氧化還原活性位點（如醌）更容易接近，從而使材料利用效率提高了≈90%。進一步證明了在實際工作條件下具有高法拉第效率和出色穩(wěn)定性的連續(xù)流通碳捕獲和釋放操作。2）由于具有低成本和優(yōu)異的機械力學(xué)性能，這種多孔聚合物電極有助于電化學(xué)分離技術(shù)的發(fā)展和進步。Youhong Guo, Michael Massen-Hane, Grace Endy, T. Alan Hatton, Porous Polymeric Electrodes for Electrochemical Carbon Dioxide Capture, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202407567https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202407567
