1. Sci. Adv.: 一维六方氮化硼导电通道

六方氮化硼（hBN）是具有较大带隙的绝缘二维（2D）材料，该材料在2D电子产品中的潜在用途受到其绝缘性的限制。近日，韩国蔚山科学技术研究院Zonghoon Lee，蔚山基础科学研究所Suklyun Hong等合作，报道了化学气相沉积法（CVD）合成的少层hBN在AA'/ AB堆积边界处的原子级尖锐孪晶界，并对其进行了研究。

本文要点：

1）作者采用CVD法在铜基底上合成了少层hBN膜，并将其转移到TEM网格上。

2）研究发现，孪晶界由6'6'构型组成，显示出带隙为零的导电特征。基于AB堆积的hBN层边界处延伸的Klein边缘的观察，通过类比AA'/ AB的堆积组合，作者提出了原子级尖锐的孪晶界的形成机理。

3）原子级尖锐的AA'/ AB堆积边界有望作为嵌入绝缘初始hBN中的最终一维电子通道。

该工作为单hBN电子设备的制造铺平了道路。

HyoJu Park, Janghwan Cha, et al. One-dimensional hexagonal boron nitrideconducting channel. Sci. Adv. 2020,

DOI: 10.1126/sciadv.aay4958

https://advances.sciencemag.org/content/6/10/eaay4958?rss=1

2. Nature Commun.: 12.4%记录效率！锡基钙钛矿太阳能电池最高值

锡基钙钛矿正在成为解决铅钙钛矿的毒性和理论效率限制的有前途的材料。但是，锡基钙钛矿太阳能电池的电压和效率远低于铅基体系。上海科技大学宁志军团队开发了一种具有较高能级的茚-C60双加合物被用作钙钛矿锡太阳能电池的电子传输材料。

本文要点：

1）茚-C60双加合物抑制了由于远程掺杂而引起的载流子浓度增加，从而大大减少了界面载流子的复合。而且，茚-C60双加合物增加了器件的光电压。

2）结果，使用茚-C60双加合物带来了迄今为止报道的0.94V最高电压，比基于PCBM的器件的0.6 V高50％以上。该器件在经认可的独立光伏测试实验室中显示出创纪录的12.4％的效率。

XianyuanJiang et al. Ultra-high open-circuit voltage of tin perovskite solar cells viaan electron transporting layer design，Nat. Commun., 2020.

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15078-2

3. JACS：通过调节中间吸附，提高铜镍合金上的硝酸盐对氨的活性

将NO₃⁻电化学转化为氨（NH₃）可以循环利用氮，并为生产NH₃提供了一条比氮气更有价值的途径。但由于缺乏一个有关调节催化剂结构以提高催化活性的机制，NO₃⁻电还原的发展仍然受到重重阻碍。有鉴于此，多伦多大学Edward H. Sargent证明了在Cu₅₀Ni₅₀合金催化剂上硝酸盐还原反应（NO₃⁻RR）的性能得到了增强。

本文要点：

1）这项工作提出了中间吸附能与CuNi催化剂上NO₃⁻RR活性之间的关系，通过用Ni代替50％的Cu，能够显著提高了NO₃⁻还原为NH₃的性能。性能的提升包括半波电位上移了0.12 V，实现最佳NH₃法拉第效率（FE）的过电位降低了0.2 V。在碱性条件下（pH = 14），与0 V（vs. RHE）的纯铜相比，Cu₅₀Ni₅₀合金催化剂的NO₃⁻RR活性提高了6倍。

2）电子结构研究表明，d带中心向费米能级上移，这一特征增强了中间吸附能。通过DFT计算验证了这种关系，由于NO₃⁻在CuNi表面的吸附能增强，降低了过电位，发现引入Ni原子会使电位相关阶跃（PDS）从NO₃⁻吸附转变为*NH₂加氢，从而确定了NO₃⁻RR-NH₃的路径。催化剂电子结构与NO₃⁻RR活性之间的这种相关性为进一步开发NO₃⁻RR催化剂提供了设计平台。

YuhangWang et al. Enhanced nitrate-to-ammonia activity on copper-nickel alloys viatuning of intermediate adsorption. J. Am. Chem. Soc. 2020.

DOI:10.1021/jacs.9b13347

https://doi.org/10.1021/jacs.9b13347

4. JACS: 具一维纳米孔的可降解钯纳米片用于缺氧肿瘤的高活性协同光热治疗

钯纳米片（Pd NSs）由于其在光热疗法中的广阔应用前景而引起了广泛的关注。然而，它们的光动力学性质却很少被报道。有鉴于此，北京化工大学的刘惠玉和中国科学院北京化学研究所的黄志军首次使用各向异性氧化蚀刻策略合成了有孔Pd NSs（H-Pd NSs），H-Pd NSs具有光动力活性，抗缺氧能力和光热活性。

 本文要点：

1）首先合成了六边形钯纳米片（Pd NSs），然后Pd纳米片在乙醇溶液中通过Br^--O₂的各向异性氧化刻蚀得到H-PdNSs。H-Pd NSs具有平行一维纳米孔，孔壁被活性（100）平面覆盖。

2）H-PdNSs在808 nm 激光照射下能高效催化O₂生成¹O₂，表明它可以作为PSs用于肿瘤PDT。H-Pd NSs可以高效将H₂O₂分解为O₂，从而调节肿瘤的缺氧环境。由于氧化蚀刻，H-Pd NSs还可以在模拟生理介质中降解。H-Pd NSs具有热和光声成像特性。体外和体内实验表明，H-Pd NSs具有出色的光热稳定性，生物相容性和肿瘤特异性积累。在近红外激光照射下，H-Pd NSs可以作为光热/光动力剂用于光声成像引导的低氧肿瘤治疗，并且达到了体内99.7％的肿瘤抑制率。

3）这项工作为在金属孔壁中引入活性平面，扩大Pd NSs的应用范围以及设计可生物降解的贵金属纳米治疗剂用于癌症治疗提供了新思路。

ShanshanLi et al. Degradable holey palladium nanosheets with highly active 1Dnanoholes for synergetic phototherapy of hypoxic tumors. J. Am. Chem. Soc.,(2020).

DOI: 10.1021/jacs.9b12929  

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b12929

5. JACS：先进钠离子电池用高钠P2型层状氧化物正极材料

钠离子电池（NIB）在大规模电能存储系统（EES）中有巨大的应用前景，在学术和工业界都受到了广泛的关注。层状氧化物被认为是NIB最重要的正极材料之一，并且可通过在主体中引入不同元素来调整其电化学性能。各种成分会带来了复杂的影响，这对于层状堆叠结构，Na离子电导率和氧化还原活性都具有决定性的作用。基于此原理，中国科学院物理研究所胡勇胜和荷兰代尔夫特理工大学Marnix Wagemaker等人探索了这些P2型层状氧化物中的最大Na含量，并发现主体中的高含量Na增强了结构稳定性，而且还促进了低价阳离子向其高氧化态的转变。

本文要点：

1） 可以通过增加O（2p）-TM（3d-e_g）状态的杂化来同时影响局部TM环境和NaO₂和TMO₂层之间的相互作用。

2） 超长循环寿命和高的可逆容量（>100 mAh g^-1）说明了它具有出色的Na离子迁移率，，还防止了TMO₂层的有害滑动（P2-O2结构转变）。

3） 目前开发的高钠含量P2型材料的优点可进一步用于探索其他高钠电极材料。同时掺杂的元素也可以是多价元素（例如Ca²⁺，Mg²⁺，Y³⁺，La³⁺），当它们取代Na位时，它们也会促进TM离子的氧化并使结构稳定。

ChenglongZhao, et al. Revealing High Na-Content P2-Type Layered Oxides for AdvancedSodium-Ion Cathodes, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI:10.1021/jacs.9b13572

https://doi.org/10.1021/jacs.9b13572

6. JACS：低温牺牲模板法制备氧还原非贵金属电催化剂

质子交换膜燃料电池（PEMFC）可将存储在氢中的化学能直接转化为电能，十分节能且环保。阻碍PEMFC大规模商业化的主要挑战是用于ORR的铂金属（PGM）催化剂成本过于高昂。因此，开发碳，氮和活性金属元素（即Fe或Co）这类非PGM电催化剂已成为研究的重点。金属有机骨架MOF的使用以及低浓度的Fe有助于防止金属催化活性位点的团聚，从而制备出大量单原子催化剂。基于此原理，美国伊利诺伊大学香槟分校杨宏等人提出了使用镉Cd而不是Zn作为牺牲金属模板的非PGM催化剂合成策略。

本文要点：

1） 报道了使用Cd代替Zn作为牺牲的金属来制备非PGM ORR催化剂的方法。选择Cd是因为其沸点较低，并且能够结合到各种MOF结构中，有助于在低温下制备单原子活性位点。

2） 为了将Cd用作牺牲金属模板，使用1,4-二氮杂双环[2.2.2]辛烷（DABCO），笼状叔二胺与对苯二甲酸（TPA）和Fe前体一起用作含N的配体，以形成ORR催化剂的MOF前驱体。

3） 这种新方法与ZIF-8作为前驱体的方法相比，可以在更低的温度下制备高活性Fe单原子ORR催化剂。通过使用Cd可以使热解温度降低到750°C以下，这有助于保留单原子铁活性位点。

TalhaAl-Zoubi, et al. Preparation of Non-precious Metal Electrocatalysts for theReduction of Oxygen Using a Low-Temperature Sacrificial Metal, J. Am.Chem. Soc. 2020

DOI:10.1021/jacs.9b11061

https://doi.org/10.1021/jacs.9b11061

7. JACS：揭示镍单原子催化剂的活性结构：电荷容量和氢键的关键作用

嵌入石墨烯中的镍单原子是最具代表性的单原子催化剂之一，对电化学CO₂还原（CO₂R）生成CO具有很高的活性和选择性。但是，催化起源，尤其是Ni的配位结构仍然令人费解。有鉴于此，德克萨斯大学奥斯汀分校Yuanyue Liu使用从头算分子动力学（AIMD）和“慢增长”抽样法对反应动力学障碍进行了评估，证明了（位点的）电荷容量和（与中间体的）氢键作用起着至关重要的作用，并且它们的作用可以解决催化起源问题。

本文要点：

1）高电荷容量允许催化位点携带比电化学步骤所需的更多的电荷，从而降低了电化学势垒。氢键通过稳定中间体并促进H从水中的转移加速了生成极性中间体的反应，这解释了CO₂R在析氢反应中的高选择性。

2）基于此，研究人员发现一个氮原子和三个碳原子的混合配位环境对CO₂R是最具活性和选择性的。这项工作揭示了电荷容量和氢键在水溶液电化学反应中的关键作用，并为增进对催化剂的理解和有效设计铺平了道路。

XunhuaZhao et al. Unveiling the Active Structure of Single Nickel Atom Catalysis:Critical Roles of Charge Capacity and Hydrogen Bonding. J. Am. Chem.Soc. 2020.

DOI:10.1021/jacs.9b13872

https://doi.org/10.1021/jacs.9b13872

8. JACS：通过从头算分子动力学模拟来加深铂催化氢反应的理解

在水环境中，析氢反应（HER）和氢氧化反应（HOR）是两个相关的电化学反应。尽管铂族金属是HER/HOR活性最高的电催化剂，但在碱性条件下反应缓慢的动力学阻碍了它们在碱性电解水和阴离子交换膜燃料电池中的应用。为了解决这个问题，南京大学刘春根教授等人通过求解扩散层物质传输和金属/电解质界面微动力学的积分方程，对Pt（111）晶面在整个pH范围进行多尺度模拟HER/HOR极化曲线，以探究其原因。

本文要点：

1） 利用密度泛函理论（DFT）计算得到了与电位相关的自由能曲线，Pt（111）上HER/HOR在整个pH范围瞬态动力学模拟的极化曲线与实验观察结果非常吻合。

2） 通过对具有不同金属-OH*结合能的模型进行系统的研究证实，靠近HOR起始电位的电流是通过除OH*之外的其他OH^-途径提供的，这表明OH*不太可能是HOR的有效活性指标。

3） 速率控制度（DRC）分析表明，虽然酸性电流仅由Tafel步骤控制，而碱性电流则由Tafel和Volmer步骤共同控制，因为在碱性条件下Volmer势垒会大大增加。

LingLiu, et al. Enhancing the understanding of hydrogen evolution and oxidationreactions on Pt(111) through ab initio simulation of electrode/electrolytekinetics, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI:10.1021/jacs.9b13694

https://doi.org/10.1021/jacs.9b13694

9. JACS: 含四面体[Cu₄]⁰内核的原子精确Cu₂₃纳米团簇

由于铜纳米团簇具有不稳定性，因此其精确原子结构的解析仍然具有挑战。近日，山东大学孙頔，堪萨斯州立大学Christine M. Aikens等合作，报告了一种对空气和水分稳定的Cu₂₃纳米团簇（SD/Cu_23a和SD/Cu_23b）。

本文要点：

1）作者通过梯度还原法（GRS），用Cu（CF₃COO）₂，^tBuC≡CH，Cu粉和Ph₂SiH₂反应，控制还原反应的动力学，从而避免形成纯Cu^I络合物或大的Cu⁰纳米粒子，得到SD/Cu_23a和SD/Cu_23b。

2）结构分析发现，该Cu₂₃团簇具有[Cu₄] ⁰四面体内核，其外部Cu₁₉壳被^tBuC≡C-和CF₃COO-配体保护，该团簇是具有1S²1P²电子外壳封闭结构的四电子超原子。

3）改变溶剂，Cu₂₃团簇可以结晶成两种空间群（R3c和R-3），具有R-3c空间群的SD/Cu_23a主要受范德华力和CH•••F相互作用的支配，而具有R-3空间群的SD/Cu_23b主要受分子间CH•••Cl_氯仿相互作用的支配。

该工作不仅体现了用于铜纳米团簇合成的梯度还原策略的独特性，而且还为以可精确调整的方式合成多态铜纳米团簇提供了参考。

Bao-LiangHan, et al. Polymorphism in Atomically Precise Cu₂₃ NanoclusterIncorporating Tetrahedral [Cu₄]⁰ Kernel. J. Am. Chem. Soc.2020,

DOI: 10.1021/jacs.0c01053

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c01053

10. JACS：揭示钙钛矿前体溶液与所得器件性能之间的关系

对于使用溶液法制造钙钛矿太阳能电池（PSC），必须了解钙钛矿前体溶液的特性以实现高性能和可重复性。新南威尔士大学Anita W. Y. Ho-baillie，浦项工科大学Min Gyu Kim和蔚山科学技术大学校Sang Il Seok团队研究了在各种条件下的钙钛矿型前体中的胶体（碘代铅酸盐）。

本文要点：

1）通过原位X射线吸收精细结构研究检查了其的局部结构。通过透射电子显微镜，X射线衍射分析，空间电荷限制电流和开尔文探针力显微镜对具有前体溶液的基材上的钙钛矿薄膜进行了表征。

2）发现钙钛矿前体溶液的胶体性质与钙钛矿膜的缺陷浓度和结晶度直接相关。这项工作提供了通过改变前体溶解度来控制钙钛矿薄膜的指南，从而可以使用胶体工程化的卤化铅钙钛矿层来制造有效的PSC。

JincheolKim et al. Unveiling the relationship between the perovskite precursor solutionand the resulting device performance, J. Am. Chem. Soc. 2020.

https://doi.org/10.1021/jacs.0c00411

11. AM：通过计算建模塑造固态电解质的未来

在过去的十年中，已经进行了大量研究来设计和制造具有可与传统锂离子电池离子电导率相媲美的的固态电解质（SSEs）。通过不断努力，已经成功地引入了新的，扩散性更高的电解质材料。但是，仍然需要更多的研究来理解锂离子在SSE材料中的扩散机理，并设计出适合全固态电池（ASSBs）化学和物理特性的新型SSE。有鉴于此，昆士兰大学Debra J. Searles等人概述了旨在了解和改进固态电解质的计算研究方面的进展。

本文要点：

1）全固态电池发展面临的主要挑战之一是设计具有高离子扩散系数的新型固态电池，以保持化学和相的稳定性，从而提供一个广阔的电化学稳定窗口。要解决这一问题，需要深入了解SSEs的扩散机理和特性。应用强大的计算工具，如DFT、经典分子动力学模拟和AIMD模拟，可以更好地理解与温度相关的相变、SSEs的化学和电化学稳定性等现象，使计算预测SSEs的室温离子电导率变得可行。

2）第二个重要的挑战是对SSE和电极之间的界面理解的发展。机器学习的进一步发展为研究ASSBs中的扩散机理和理解固体/固体界面开辟了可能性。随着更多材料的研究，类似于电解质基因组计划的液体电解质资源将变得有用。由于界面的复杂性和挑战，如SSE的化学和电化学稳定性以及电子结构的挑战，开发新的计算方法以帮助理解SSE/电极的界面及其对ASSBs性能的影响尤为重要。

对高性能SSEs的持续需求将推动该领域的研究，这需要在未来的试验中应用不同的仿真技术以及实验来开发新的ASSBs。

ArdeshirBaktash et al. Shaping the Future of Solid-State Electrolytes throughComputational Modeling. Adv. Mater. 2020, 1908041.

DOI:10.1002/adma.201908041

https://doi.org/10.1002/adma.201908041