1. Joule評述：太陽能電池真的便宜嗎？
澳大利亞新南威爾士大學(xué)教授、“世界太陽能之父”Martin A. Green評述了近期發(fā)表在《Energy Policy》期刊的研究。太陽能光伏組件突然成為大宗電力供應(yīng)最便宜的選擇之一。在最近的能源政策文章中，Kavlak等人[2]描述了用于量化這種運(yùn)作成本的原因并將其應(yīng)用于光伏模塊的方法。然而，Kavlak的方法忽視了偶然人和事件相互作用的“蝴蝶效應(yīng)”，沒有這種效應(yīng)，光伏發(fā)電可能仍然很昂貴。
[1] Green, M. A. How Did Solar Cells Get So Cheap? Joule, 2019.
DOI: 10.1016/j.joule.2019.02.010
https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.02.010
[2] Kavlak, G., McNerney, J. & Trancik, J. E. Evaluating thecauses of cost reduction in photovoltaic modules. Energy Policy, 2018.
DOI: 10.1016/j.enpol.2018.08.015
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301421518305196
2. Nature Mater.：環(huán)境穩(wěn)定的二維過渡金屬硒化物薄膜
二維過渡金屬硒化物(TMSs)具有優(yōu)異的物理性質(zhì)。然而，很多已經(jīng)制備出來TMSs具有環(huán)境不穩(wěn)定性，樣板量有限等缺點(diǎn)，極大地阻礙了其在高性能電氣設(shè)備中的應(yīng)用。有鑒于此，南京大學(xué)高力波教授和浙江大學(xué)王江偉研究員提出了一種兩步氣相沉積方法，成功地制備了厚度尺寸可控、質(zhì)量優(yōu)良的不同種類的TMS薄膜。其中NbSe2薄膜具有優(yōu)異的超導(dǎo)特性，在經(jīng)過各種苛刻的處理后其超導(dǎo)特性幾乎沒有變化，表現(xiàn)出極佳的環(huán)境穩(wěn)定性，這是由于在整個(gè)生長過程中不存在氧所致。這種環(huán)境穩(wěn)定性可以大大簡化器件的制造過程，對開發(fā)基于TMSs的器件具有理論基礎(chǔ)性和技術(shù)性的重大意義。
Huihui Lin, Qi Zhu, Dajun Shu, Dongjing Lin, Jie Xu, Xianlei Huang, Wei Shi, Xiaoxiang Xi, Jiangwei Wang* & Libo Gao*. Growth of environmentally stable transition metal selenide films. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0321-8
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0321-8
3. Nature Mater.：界面工程助力貧電解質(zhì)條件下的高穩(wěn)定鋰金屬電池
固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)在增強(qiáng)金屬鋰負(fù)極穩(wěn)定性方面起著關(guān)鍵性作用。然而，工作過程中SEI膜會持續(xù)地破裂和重生，造成金屬鋰和電解液不斷被消耗，最終導(dǎo)致金屬鋰電池失效。因此，如何合理設(shè)計(jì)穩(wěn)定的SEI膜成了該領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。有鑒于此，美國賓夕法尼亞大學(xué)王東海教授等人利用反應(yīng)性聚合物復(fù)合材料在分子水平上設(shè)計(jì)制備出了新型SEI膜，可以有效地抑制電解質(zhì)的消耗。通過低溫透射電鏡、原子力顯微鏡等手段證明了該SEI層由聚合物鋰鹽、氟化鋰納米顆粒和氧化石墨烯薄片共同組成。不同于傳統(tǒng)電解法制備的SEI膜，該新型SEI膜具有優(yōu)良的鈍化性能、均勻性和機(jī)械強(qiáng)度。研究發(fā)現(xiàn)，使用聚合物-無機(jī)固體復(fù)合SEI膜可以實(shí)現(xiàn)Li的高效沉積，并在循環(huán)過程中保持良好的穩(wěn)定性。
Yue Gao, Zhifei Yan, Jennifer L. Gray, Xin He, Daiwei Wang,Tianhang Chen, Qingquan Huang, Yuguang C. Li, Haiying Wang, Seong H. Kim,Thomas E. Mallouk & Donghai Wang*. Polymer-inorganic solid-electrolyteinterphase for stable lithium metal batteries under lean electrolyteconditions. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0305-8
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0305-8
4. Nature Energy：無縫連接，原位生成固態(tài)鋰電池聚合物電解質(zhì)
固態(tài)電解質(zhì)在室溫下具有較高的離子電導(dǎo)率和快速的界面電荷傳輸能力，這兩點(diǎn)對于實(shí)用性固體電池是必不可少的。有鑒于此，美國康奈爾大學(xué)Lynden A. Archer教授等人利用鋁離子可以引發(fā)醚的開環(huán)聚合，從而在電化學(xué)池內(nèi)原位生成固態(tài)聚合物電解質(zhì)(SPEs)。原位生成的SPEs在室溫下具有較高的離子電導(dǎo)率(>1 mS cm?1)，較低的界面阻抗，均勻的鋰沉積以及較高的Li電鍍/剝離效率(經(jīng)過300次充放電循環(huán)后，>98%)。將SPEs進(jìn)一步應(yīng)用在Li-S、Li-LiFePO4和Li-LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2電池中表明，采用原位生長的SPE可以實(shí)現(xiàn)高庫侖效率(>99%)和長壽命(>700循環(huán))。
Qing Zhao, Xiaotun Liu, Sanjuna Stalin,Kasim Khan and Lynden A. Archer. Solid-state polymerelectrolytes with in-built fast interfacial transport for secondary lithiumbatteries. Nature Energy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0349-7
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0349-7
5. Nature Catal.：通過壓應(yīng)變調(diào)控單原子Ru的電子結(jié)構(gòu)，促進(jìn)酸性環(huán)境下的水氧化催化
單原子貴金屬催化劑具有良好的應(yīng)用前景，但對其活性和穩(wěn)定性的控制仍是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。有鑒于此，中國科技大學(xué)的吳宇恩教授和李微雪教授等人通過壓縮應(yīng)變將原子級分散的Ru負(fù)載到金屬載體上，可以極大地促進(jìn)電催化析氧反應(yīng)(OER)，并降低在酸性電解質(zhì)中釕基電催化劑的降解。通過連續(xù)的酸刻蝕和電化學(xué)浸出實(shí)驗(yàn)，成功制備了一系列單原子Ru負(fù)載的PtCu催化劑，發(fā)現(xiàn)OER活性與PtCu合金晶格常數(shù)之間呈現(xiàn)火山型曲線關(guān)系。其中活性最好的催化劑，Ru1-Pt3Cu，在電流密度為10 mA cm - 2的條件下，呈現(xiàn)出90 mV的低過電位，比商業(yè)化的RuO2催化劑使用壽命長了一個(gè)數(shù)量級。理論研究表明，Pt表面的應(yīng)力能夠影響Ru原子的電子結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)抗過氧化和溶解。
Yancai Yao, Wei-Xue Li, Yuen Wu, et al. Engineering theelectronic structure of single atom Ru sites via compressive strain boostsacidic water oxidation electrocatalysis. Nature Catalysis, 2019.
DOI: 10.1038/s41929-019-0246-2
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0246-2
6. Joule綜述：潛力無限！全無機(jī)鹵化物鈣鈦礦太陽能電池
CsPbIXBr3-X的較高帶隙和熱穩(wěn)定性對于串聯(lián)太陽能電池應(yīng)用和其他光電器件是理想的選擇。顯然，這些電池在光學(xué)上表現(xiàn)良好，有些達(dá)到其理論電流輸出限制的90％。然而，低載流子壽命和高表面復(fù)合限制了這些電池的電壓和填充因子，將其性能限制在其理論效率極限的60％。適當(dāng)?shù)膫鬏攲釉O(shè)計(jì)，降低表面復(fù)合速度（至103 cm/ s）和提高壽命（10 μs）是提高效率的有效策略，允許制造具有厚吸收體的電池，并實(shí)現(xiàn)對應(yīng)的效率理論極限的80％。
Anita Ho-Baillie*, Meng Zhang, Cho Fai Jonathan Lau, Fa-Jun Ma,Shujuan Huang. Untapped Potentials of Inorganic Metal Halide Perovskite SolarCells. Joule, 2019.
DOI: 10.1016/j.joule.2019.02.002
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30051-0?rss=yes#secsectitle0010
7. Nature Commun.：鉛鹵化鈣鈦礦中的動態(tài)發(fā)射斯道克斯位移和帶邊載流子的介電溶劑化現(xiàn)象
與常規(guī)諧波半導(dǎo)體相比，鉛鹵化物鈣鈦礦的顯著非諧振晶格運(yùn)動在理解其特殊光電特性的起因提出了概念上的挑戰(zhàn)。哥倫比亞大學(xué)Louis E. Brus報(bào)道了混合和無機(jī)鉛-溴化鈣鈦礦單晶的電子光譜中強(qiáng)烈依賴溫度的發(fā)光斯托克斯位移。這種行為與傳統(tǒng)的晶體半導(dǎo)體的形成鮮明對比。研究表明，起源于溶解在極性液體中的激發(fā)分子的介電溶劑化理論再現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)觀察的結(jié)果。該方法調(diào)用了經(jīng)典的類似Debye的弛豫過程，捕獲了源自鉛-溴化物框架中約20 meV（160 cm-1）的LO聲子的初始非諧性的介電響應(yīng)。將這種類似液體的模型與熱激活的介電溶劑化結(jié)合在一起，采用晶體半導(dǎo)體中發(fā)射斯托克斯位移的更標(biāo)準(zhǔn)的固態(tài)理論。
Guo, Y., Yaffe, O., Hull, T. D., Owen, J. S., Reichman, D. R.& Brus, L. E. Dynamic emission Stokes shift and liquid-like dielectricsolvation of band edge carriers in lead-halide perovskites. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09057-5
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09057-5
8. Nature Commun.：生物工程菌囊泡作為納米加熱器用于光聲成像
基因工程技術(shù)的發(fā)展使得利用細(xì)菌外膜囊泡(OMVs)運(yùn)送疫苗、藥物和免疫治療藥物成為可能。慕尼黑工業(yè)大學(xué)Vasilis Ntziachristos教授團(tuán)隊(duì)使用一種表達(dá)酪氨酸酶轉(zhuǎn)基因的菌株來包封生物聚合物-黑色素(OMVMel)的OMVs。結(jié)果表明，在近紅外光照射下，OMVMel可以產(chǎn)生較強(qiáng)的光聲信號，因此適合于生物成像應(yīng)用。此外，研究也發(fā)現(xiàn)OMVMel可以從吸收的激光能量中產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱量，并在體內(nèi)和體外介導(dǎo)產(chǎn)生光熱效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)也利用多光譜光聲層析技術(shù)對體內(nèi)腫瘤相關(guān)的OMVMel分布進(jìn)行了非侵入性監(jiān)測。這項(xiàng)工作表明生物工程囊泡可以作為合成性納米粒子的有效替代品來應(yīng)用于光聲成像，具有增強(qiáng)成像對比度的潛力。
Gujrati, V., Prakash, J., Ntziachristos, V. et al. Bioengineeredbacterial vesicles as biological nanoheaters for optoacoustic imaging. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09034-y
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09034-y
9. Nature Commun.：核酸框架體作為程序化載體用于經(jīng)皮膚給藥
具有納米結(jié)構(gòu)的DNA有著良好的生物相容性、均勻性和通用性，是一種很有前途的藥物載體。然而，在全身給藥后，血清會使其快速解體導(dǎo)致它在靶點(diǎn)部位的生物利用度較低，這也嚴(yán)重阻礙了其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。新加坡南洋理工大學(xué)Chenjie Xu團(tuán)隊(duì)和上海交通大學(xué)樊春海教授團(tuán)隊(duì)合作設(shè)計(jì)不同形狀和大小的核酸框架體（FNAs），并且研究了它們對小鼠和人類皮膚外植體的穿透性。
皮膚組織學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，這種滲透的程度與尺寸大小相關(guān)，尺寸小于75 納米的FNAs 可以有效地滲透到真皮層，17 nm的四面體FNAs具有出最大的穿透距離（350微米）。并且在穿透皮膚時(shí)，F(xiàn)NAs的結(jié)構(gòu)仍然保持完整性。實(shí)驗(yàn)采用小鼠黑色素瘤作為模型，相對于負(fù)載在脂質(zhì)體和聚合物納米顆粒中的阿霉素或游離的阿霉素來說，負(fù)載在FNAs上的阿霉素的藥物積累和腫瘤抑制效果具有2倍的提高。
Wiraja, C., Fan, C.H., Xu, C.J. et al. Framework nucleic acids asprogrammable carrier for transdermal drug delivery. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09029-9
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09029-9
10. Chem：納米材料缺陷位點(diǎn)在電催化能量轉(zhuǎn)換中的作用
在過去的幾十年，開發(fā)用于有效電化學(xué)能量轉(zhuǎn)換技術(shù)的先進(jìn)催化劑以減輕對化石燃料的依賴已引起人們相當(dāng)大的研究興趣。深入了解納米材料中反應(yīng)位點(diǎn)的作用對于理解和實(shí)施納米催化劑的設(shè)計(jì)原則具有重要意義。已證明的缺陷（包括空位，重建缺陷和摻雜的非金屬（或金屬）缺陷基序）的重要作用，可以促進(jìn)各種電化學(xué)過程（例如，O2 [或CO2]還原反應(yīng)和H2 [或O2]析出反應(yīng)）。然而，對潛在缺陷電催化機(jī)制的深入探索仍處于起步階段。格里菲斯大學(xué)姚向東與萊斯大學(xué)汪淏田團(tuán)隊(duì)總結(jié)了設(shè)計(jì)高效電化學(xué)納米催化劑的最新缺陷工程策略，特別強(qiáng)調(diào)缺陷結(jié)構(gòu)與電催化性能之間的相關(guān)性。最后，作者提出了這個(gè)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)以及未來研究方向的一些觀點(diǎn)。
Jia, Y. et al. The Role of Defect Sites in Nanomaterials for Electrocatalytic Energy Conversion. Chem, 2019.
DOI: 10.1016/j.chempr.2019.02.008
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30065-8
11. Angew.：酸性條件下8000小時(shí)活性不衰減的OER催化劑！
發(fā)展高效，地球儲量豐富，酸穩(wěn)定的OER催化劑是電解水產(chǎn)氫的關(guān)鍵。近日，大連化物所Hongxian Han等多團(tuán)隊(duì)合作，通過光譜鑒定即可高效OER，又可抑制失活路徑的穩(wěn)定的電位窗，克服三維金屬材料電催化的穩(wěn)定性問題。作者發(fā)現(xiàn)，γ-MnO2在pH=2的條件下，工作8000小時(shí)，OER活性未見明顯衰減，大大優(yōu)于現(xiàn)有的酸性條件下的三維金屬OER催化劑。但是該催化劑在電位偏離電位窗50mV時(shí)，120小時(shí)就會完全失活，這也是難以利用地球豐富的MnO2作為穩(wěn)定的酸性電解質(zhì)OER催化劑的原因。
Ailong Li, Hongxian Han,* Ryuhei Nakamura*, et al. Stable PotentialWindows for Long-Term Electrocatalysis by Manganese Oxides Under Acidic Conditions. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201813361
https://doi.org/10.1002/anie.201813361
12. Angew.：分層多功能聚合物電解質(zhì)助力基于轉(zhuǎn)化機(jī)制的鋰金屬電池
悉尼科技大學(xué)汪國秀課題組通過采用分層多功能聚合物電解質(zhì)（HMPE）實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的準(zhǔn)固態(tài)Li金屬電池。通過在傳統(tǒng)的液體電解質(zhì)中原位共聚鋰[1-[3-(甲基丙烯酰氧基)丙磺酰基] -1-(三氟甲磺酰基)酰亞胺鋰（LiMTFSI）和季戊四醇四丙烯酸酯（PETEA）單體制備該混合電解質(zhì)，然后被涂覆了聚合物(3,3-二甲基丙烯酸鋰)（PDAALi）的玻璃纖維膜吸收。精心設(shè)計(jì)的HMPE同時(shí)具有高離子電導(dǎo)率（25 ℃時(shí)為2.24×10-3 S cm-1）、近單離子傳導(dǎo)行為（Li離子遷移數(shù)為0.75）、良好的機(jī)械強(qiáng)度和對枝晶顯著抑制生長的作用。此外，陽離子選擇性滲透HMPE有效地防止帶負(fù)電荷的碘（I）物質(zhì)的遷移，為正在開發(fā)的Li-I電池提供了高容量和長循環(huán)穩(wěn)定性。
Dong Zhou, Anastasia Tkacheva, Xiao Tang, Bing Sun, DevarajShanmukaraj, Peng Li, Fan Zhang, Michel Armand, Guoxiu Wang. Stable Conversion Chemistry-Based Lithium Metal Batteries Enabled by Hierarchical MultifunctionalPolymer Electrolytes with Near‐Single Ion Conduction.Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201901582
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201901582
13. Angew.：普適法合成分級碳包覆金屬硫化物用于Na離子電池
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)余彥教授等人通過合理的電極設(shè)計(jì)，建立了高效的電子/離子混合導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，成功克服了相變過程帶來的諸多問題。他們提出一種普適性的策略，通過熱硫化金屬甘油酯制備出了分級碳包覆金屬硫化物(MS?C)。研究發(fā)現(xiàn)，通過該方法制備出的高度均一的碳包覆的硫化釩(V2S3?C), 在電流密度為100 mA g?1的條件下，可逆鈉存儲容量達(dá)777 mA h g?1,且擁有優(yōu)異的倍率性能(在4000 mA g?1條件下，為410 mA h g?1)和超高循環(huán)穩(wěn)定性。
Yan Yu, Laifa Shen, Yi Wang, Feixiang Wu, IgorMoudrakovski, Peter van Aken, Joachim Maier. Hierarchical MetalSulfide/Carbon Spheres: Generalized Synthesis and Excellent Sodium StoragePerformance. Angewandte Chemie International Edition, 2019. DOI: 10.1002/anie.201901840
https://doi.org/10.1002/anie.201901840
14. 最新AM：特定晶面的量子點(diǎn)鈍化策略，用于高效紅外光伏器件
Edward H. Sargent課題組報(bào)道了一種新的溶液-相配體交換，其中（100）和（111）特定晶面分別被鈉和鹵化鉛選擇性地鈍化。該方法使得能夠?qū)崿F(xiàn)具有改善的膠體穩(wěn)定性和光物理性質(zhì)的窄帶隙膠體量子點(diǎn)。特定晶面鈍化顯著提高了紅外太陽能電池的性能，與傳統(tǒng)的僅含鹵化物的鈍化相比，功率轉(zhuǎn)換效率提高了50％。
Y. Kim, F. Che, J. W. Jo, J. Choi, F. P. García de Arquer, O. Voznyy, B. Sun, J. Kim, M.-J. Choi, R.Quintero-Bermudez, F. Fan, C. S. Tan, E. Bladt, G. Walters, A. H. Proppe, C.Zou, H. Yuan, S. Bals, J. Hofkens, M. B. J. Roeffaers, S. Hoogland, E. H. Sargent.A Facet-Specific Quantum Dot Passivation Strategy for Colloid Management andEfficient Infrared Photovoltaics. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201805580
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201805580
