1. Nature Commun.：用于稳定锂离子电池循环的LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极上原子薄层的外延生长

锂基电池正极活性材料中过渡金属的溶解是限制这些电池循环寿命的关键因素。尽管人们已经提出了几种方法来解决这个问题，但是这种有害的过程仍没有被克服。近日，得益于半导体研究的发展，昆士兰大学王连洲教授，Tobias U. Schülli报道了应用外延方法在LiNi_0.5Mn_1.5O₄正极材料上构建了LaTMO₃ (TM = Ni，Mn)的原子润湿层。

本文要点：

1）研究人员通过实验测量和理论分析证实了Stranski-Krastanov生长，其中应变润湿层在热力学平衡下形成，并且由于表面能和弹性能之间的竞争，它自限于单原子厚度。由于原子级薄且晶体学上连接到尖晶石主晶格，LaTMO₃润湿层抑制了过渡金属从正极溶解，而不影响其动力学。

2）实验结果显示，当与石墨碳负极和基于LiPF₆的非水电解质溶液结合测试时，外延设计的正极材料具有显著提高的循环稳定性（在290 mA g^-1下1000次循环后容量保持率约为77%），平均库仑效率(CE) > 99%。

Zhu, X., Schülli, T.U., Yang, X. et al. Epitaxial growth of an atom-thin layer on a LiNi_0.5Mn_1.5O₄ cathode for stable Li-ion battery cycling. Nat Commun 13, 1565 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-28963-9

https://doi.org/10.1038/s41467-022-28963-9

2. Nature Commun.：基于二元掺杂偏析的赤铁矿基异质结用于高效太阳能合成过氧化氢

在离子氧化物中经常观察到的掺杂剂偏析有利于工程材料和器件。然而，由于离子迁移的驱动力差和大量晶界的存在，掺杂剂大部分被限制在纳米级范围内。近日，日本神户大学Takashi Tachikawa报道了在空气中相对较低的温度下，使用金属掺杂的赤铁矿介晶的一步热退火，通过定向自偏析形成核-壳异质结构。

本文要点：

1）介晶内部纳米晶体亚单元之间的高度有序界面的烧结消除了晶界，在本体中留下大量氧空位。这导致掺杂剂(约90%)在外表面上的有效分离，形成其氧化物覆盖层。

2）无序SnTiO_x覆盖层上的氧化表面Sn⁴⁺物种是有效产生H₂O₂的潜在活性位点。结果显示，基于赤铁矿介晶的优化光阳极具有包含Sn和Ti掺杂剂的氧化物覆盖层，用于光电化学制H₂O₂，具有高活性（ 0.8 μmol min^-1 cm^-2）和高选择性(~90%)。

3）此外，其他类型的覆盖层，例如氮化物和氢化物，可以通过改变合成条件（例如，在N₂或H₂气氛中退火）来制备，以形成新的功能。

Zhang, Z., Tsuchimochi, T., Ina, T. et al. Binary dopant segregation enables hematite-based heterostructures for highly efficient solar H₂O₂ synthesis. Nat Commun 13, 1499 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-28944-y

https://doi.org/10.1038/s41467-022-28944-y

3. Angew：新型空穴传输材料实现优异的钙钛矿太阳能电池

西湖大学孙立成、南开大学陈永胜等报道发展了一种新型类型空穴传输材料，这种空穴传输材料是将二维共轭的氟修饰的芘组装在噻吩和硒酚聚合物的链上，其中较大的芘和“软Lewis”的Se原子能够显著的增强空穴传输层分子进行更好的π-π堆叠，同时能够与钙钛矿吸光材料表面形成强相互作用。因此同时改善空穴传输层、空穴传输层/钙钛矿界面的电荷传输/转移性能。

本文要点：

1）这种空穴传输材料，与芘相邻的氟取代基能够显著的导致空穴传输层分子之间更好的表现为面朝上的堆叠，有效的改善电荷传输。通过使用这种新型空穴传输层，钙钛矿太阳能电池实现了22.3 %的优异性能，显著的改善电池器件的寿命，其性能达到非掺杂型空穴传输层钙钛矿太阳能电池的最好性能范围。

Zhaoyang Yao, et al, Pyrene-Based Dopant-Free Hole-Transport Polymers with Fluorine Induced Favorable Molecular Stacking Enable Efficient Perovskite Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201847

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202201847

4. Angew：N-杂环卡宾纳米层用于延缓铜膜氧化

铜（Cu）的广泛应用受到其快速氧化的限制。目前，主要的氧化缓解方法包括合金化或表面钝化技术。然而，表面合金化通常会改变Cu的物理性质，而表面钝化的特征在于有限的热和化学稳定性。近日，希伯来大学Elad Gross报道了通过使用炔官能化咪唑鎓盐的电化学辅助去质子化，可以在铜膜上制备2 nm厚的NHC纳米层，并且表明纳米层涂层提供了减轻铜氧化的表面钝化。

本文要点：

1）在电化学纳米层形成过程中，通过水还原在铜电极上电化学形成氢氧根离子。局部碱的形成使得咪唑盐前体的去质子化和NHCs在铜电极上的锚定成为可能。炔烃基团被局部碱性环境去质子化，导致表面聚合和纳米层形成。NHC纳米层的特征在于诱导2.0±0.5 nm厚度的纳米层的自限制生长机制。

2）去质子化、表面锚定和聚合步骤之间的高度空间和时间接近性使得能够在铜电极上形成NHC纳米层，并且避免了液相聚合。此外，咪唑鎓和炔烃基团之间的pKa差异提供了区分表面锚定和聚合步骤的能力，并形成具有强表面亲和力的高密度单层。封装纳米层中的强卡宾-金属相互作用和NHC互连提供了高的热和化学稳定性，并减轻了高温（100 ℃）和碱性环境下空气中的铜氧化，这似乎是合理的。此外，NHC纳米层的氧化缓解能力优于NHC单层。

3）这种电化学诱导的NHC纳米层的容易制备和良好控制的生长过程使其成为大规模涂覆的容易应用的方法，从而为铜表面提供薄且有效的钝化层。此外，NHC纳米层形成的电诱导机制使得在导电铜线上选择性沉积保护层而不改变整个器件的光学特性成为可能。这些优点使得本技术非常适合要求高透明度的应用，例如太阳能电池和电致发光器件。

Iris Berg, et al, N-Heterocyclic Carbene Nanolayer For Copper Film Oxidation Mitigation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201093

https://doi.org/10.1002/anie.202201093

5. AM：阴离子交换驱动相变用于制造外延钙钛矿异质结的CsPbI₃纳米线

卤化物钙钛矿中的阴离子交换为制造低成本光伏和光电子学中的异质结提供了独特的带隙工程途径。然而，由于在三维（3D）钙钛矿中跨异质结的自发阴离子相互扩散，实现坚固而尖锐的钙钛矿异质结仍然具有挑战性。大连理工大学Yiming Yang等人研究表明一维钙钛矿中的阴离子行为根本不同，阴离子交换可以很容易地驱动 CsPbI₃ 纳米线 (NW) 中的间接到直接的带隙相变，并大大降低相变温度。

本文要点：

1）相变产生的异质结本质上是外延的，其化学成分可以在后退火时精确控制。

2）对相变动力学的进一步研究揭示了这些 1D NW 中的阈值主导阴离子交换机制，而不是 3D 系统中的梯度主导机制。

3）该研究结果为卤化物钙钛矿中的离子行为提供了重要的见解，这有利于太阳能电池、LED 和其他半导体器件的应用。

Li, J., Xu, J., Bao, Y., Li, J., Wang, H., He, C., An, M., Tang, H., Sun, Z., Fang, Y., Liang, S. and Yang, Y. (2022), Anion-exchange Driven Phase Transition in CsPbI₃ Nanowires for Fabricating Epitaxial Perovskite Heterojunctions. Adv. Mater. 2109867.

DOI：10.1002/adma.202109867

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202109867

6. AM: 仿生柔韧固态电解质实现超长寿命柔锌空电池

为柔性可充电电池制造先进的固态电解质变得越来越重要，但这仍然是一个巨大的挑战。强健的动物真皮的复杂结构和自然界中植物细胞的良好保水性可以为高性能固态电解质的设计提供原型和灵感。近日，加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授等制备了一种能够协助锌空电池实现超长循环寿命的仿生固态电解质。

本文要点：

1）研究人员通过在中空聚合物微胶囊修饰的水凝胶聚合物网络中原位形成能够传导-OH的离子网络来构筑了仿生固态电解质。凭借仿生设计和动态双渗透网络结构以及离聚体和分子聚合物的协同作用，仿生固态电解质可以同时实现1800%的拉伸性能、107 g/g的良好吸水性和保水性以及215 mS/cm的超高离子电导率。

2）研究人员借助分子动力学模拟对该固态电解质的纳米结构和离子传输机制等进行了分析，结果表明在固态电解质内存在大量致密的超快离子通道，这有助于实现超高的离子电导率。因此，柔性固态锌空电池可以实现高达148Mw/cm²的高功率密度、758mAh/g的比容量以及长达320h的循环寿命。

Haozhen Dou et al, Bioinspired Tough Solid-State Electrolyte for Flexible Ultralong-Life Zinc-Air Battery, Advanced Materials, 2022

DOI: 10.1002/adma.202110585

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202110585

7. AM: 调制过渡金属-氧键的共价性来增强晶格氧的氧化还原可逆性

利用电极材料中的晶格氧的可逆氧化还原反应是突破电池容量极限的有效手段。然而，晶格氧的氧化还原反应通常伴随着不可逆的氧物种氧化过程，因而会导致局部结构畸变以及后续的容量和电压衰减。最近，苏州大学Liang Zhang、南京大学Shaohua Guo以及清华大学Jinpeng Wu等发现通过调节钠电正极材料中过渡金属-氧键（TM-O）的共价性可以显著改善晶格氧氧化还原的可逆性。

本文要点：

1）研究人员选择了P2型层状Na_0.6Mg_0.3Mn_0.7O₂(NMMO)正极材料作为模型材料，该材料通过将Mn的价态提高到+4价来将首周充电过程中Mn元素的氧化还原反应降到最低。研究人员使用具有较高电负性的Cu²⁺取代低电负性的Mg²⁺制备了Na_0.6Mg_0.15Mn_0.7Cu_0.15O₂(NMMCO)来提高TM-O键的共价性。高效共振非弹性X射线散射能谱（mRIXS）表征结果表明Cu²⁺掺杂使得晶格氧的氧化还原可逆性从73%提高到了95%。

2）研究人员还发现Cu²⁺的掺杂使得P2-OP2的不可逆相转变得到了显著抑制，材料整体的体积变化降低到了0.45%。密度泛函理论计算的结果揭示Cu 3d能级与O 2p能级之间存在较大的能量重叠，因而可以提高氧框架的刚性来抑制局部结构畸变。

Chen Cheng et al, Enhancing the Reversibility of Lattice Oxygen Redox Through Modulated Transition Metal-Oxygen Covalency for Layered Battery Electrodes, Advanced Materials, 2022

DOI: 10.1002/adma.202201152

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202201152

8. AM：阴离子脂质纳米颗粒能够优先将mRNA递送到肝脏网状内皮系统

脂质纳米颗粒(LNPs)是一种能够在体内将外源RNA递送到靶细胞的非病毒技术。Onpattro是已被批准的一种LNPs基RNA干扰疗法，其能够通过静脉给药的方式靶向肝实质细胞。然而，开发能够通过系统给药LNP以在肝细胞外优先递送RNA的策略仍具有很大的挑战性。莱登大学Frederick Campbell和英国哥伦比亚大学Dominik Witzigmann通过对体内纳米颗粒生物分布和机体清除机制进行全面研究，合理设计了一个以LNP为基础的信使RNA (mRNA)递送平台，并证明其会优先靶向肝脏网状内皮系统(RES)。

本文要点：

1）实验在胚胎斑马鱼和小鼠模型中进行了验证评估，并将其直接与基于Onpattro脂质组成的LNP-mRNA系统进行比较，发现靶向RES的LNPs能够显著增强肝脏内和肝RES细胞类型内的mRNA表达。研究表明，实现对肝脏RES的靶向只需在Onpattro配方内对单个脂质进行改变，即可将LNP的表面电荷从中性转变为阴离子。

2）这项技术不仅为治疗RES细胞发挥关键作用的肝脏特异性和系统性疾病提供了新的策略，而且也证明了在合理设计先进的RNA疗法之前需要对涉及的纳米-生物相互作用进行充分的考察。

Roy Pattipeiluhu. et al. Anionic Lipid Nanoparticles Preferentially Deliver mRNA to the Hepatic Reticuloendothelial System. Advanced Materials. 2022

DOI: 10.1002/adma.202201095

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202201095

9. AM：实现碱性介质中出色制氢的相邻Ru位点上的协同反应动力学

钌（Ru）基电催化剂作为铂（Pt）的替代物在催化析氢反应（HER）中具有广阔的前景。然而，利用Ru催化剂上实现高效的反应过程仍然具有挑战性，尤其是在碱性介质中。近日，中科大宋礼教授报道了一种在碳载体上形成的具有相邻Ru单原子的分散良好的Ru纳米粒子（Ru_1,n-NC）高性能碱性HER电催化剂。

本文要点：

1）研究人员在高温下热解Ru锚定的聚吡咯得到Ru_1,n-NC。热解过程中，微小的钌物种转化为纳米粒子和单分散原子，聚吡咯被热解成有缺陷的碳载体。

2）得到的Ru_1,n-NC具有极低的过电位（14.8 mV）和较高的周转频率（-0.025 V下达到1.25 H² s^-1），远远超过商业上40wt%的Pt/C催化剂。

3）分析结果表明，Ru纳米颗粒和单一位点可以相互促进，将电子传递到碳载体。最终，加速了水的解离，降低了氢氧化物/氢在相邻Ru位点上的脱附能垒，从而使得Ru_1,n-NC具有优化的反应动力学，在碱性介质中实现了高效制氢。

这项工作提供了一个新的见解催化剂设计的同时优化的基本步骤，以在碱性介质中获得理想的电催化HER性能。

Qun He, et al, Synergic Reaction Kinetics over Adjacent Ruthenium Sites for Superb Hydrogen Generation in Alkaline Media, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202110604

https://doi.org/10.1002/adma.202110604

10. AFM: 具有配位取向溶剂化壳层的水合共晶电解质提高金属锌负极稳定性

尽管在过去的几年间正极材料的发展取得了长足的进步，但是水溶液锌离子电池由于金属锌负极一侧枝晶生长和副反应等问题而面临着严重的性能衰减问题。最近，中南大学Jiang Zhou和新加坡南洋理工大学范红金等报道了一种具有配位取向溶剂化壳层的水合共晶电解质，显著提高了金属锌负极的界面稳定性。

本文要点：

1）本文报道的这种水合共晶电解质由Zn(ClO₄)₂、甲磺酰甲烷（MSM）和水组成，主要用来增强与金属锌负极相关的氧化还原反应的可逆性。该电解液体系由Zn(ClO₄)₂与H₂O之间的Zn²⁺-O相互作用诱导而成，而MSM作为路易斯酸会进入到Zn²⁺的第一溶剂化壳层中形成Zn-MSM-H₂O的溶剂化结构。

2）研究人员通过系统的原位和非原位表征，我们证明这种Zn-MSM-H₂O的溶剂化结构可以剥夺一定数量的自由水分子，并加强分子间的相互作用，从而有效地实现无枝晶锌沉积和抑制副反应。因此，钒基锌电池中的锌氧化还原反应具有前所未有的可逆性(即使在1000 mA /g下进行1600次循环后仍保持100%的容量保持率)。

Mingming Han et al, Hydrated Eutectic Electrolyte with Ligand-Oriented Solvation Shell to Boost the Stability of Zinc Battery, Advanced Functional Materials, 2022

DOI: 10.1002/adfm.202110957

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202110957?af=R

11. Nano Lett.：CsPbI₃基相稳定2D钙钛矿高效太阳能电池

由于缺乏挥发性有机成分，无机 CsPbI₃ 钙钛矿在高度稳定的钙钛矿太阳能电池中显示出巨大的前景。然而，环境条件下较差的相稳定性是由非常小的 Cs⁺ 造成的，限制了它们的实际应用。南开大学刘永胜和苏州大学尹万建等人使用两种噻吩基芳香族间隔物，通过释放黑相 CsPbI₃ 的大内应力，开发了基于 CsPbI3 的 2D Ruddlesden-Popper (RP) 钙钛矿。

本文要点：

1）两种噻吩基芳香族间隔物为2-噻吩甲胺氢碘化物 (ThMA) 和 2-噻吩甲脒氢碘化物 (ThFA)。优化的基于 ThFA 的 2D RP 钙钛矿（n = 5，ThFA-Cs）器件实现了创纪录的 16.00% 的效率。

2）重要的是，ThFA-Cs 器件在室温下在 N2 中储存 3000 小时后可以保持其初始效率的平均 98%，在 80°C 下储存 960 小时后可以保持其初始值的 92%。

3）这项工作为探索用于高性能太阳能电池的尺寸减小的相稳定 CsPbI₃ 基钙钛矿提供了新的视角。

Zhiyuan Xu, et al. CsPbI₃-Based Phase-Stable 2D Ruddlesden–Popper Perovskites for Efficient Solar Cells, Nano Lett. 2022

DOI：10.1021/acs.nanolett.2c00002

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.2c00002

12. Nano Lett.：微孔-空位骨架上原子级分散催化剂的通用协同捕获-键合超组装

原子级分散的催化剂是催化科学领域的一种新型材料，然而它们在温和条件下的大规模合成仍然具有挑战性。近日，复旦大学孔彪报道了一种在温和温度下在微孔-空位骨架上获得原子级分散催化剂的通用协同捕获-键合超组装（CBSA）策略。

本文要点：

1）在该策略中，骨架（MVF）的窄孔（0.6 nm）可以首先通过毛细作用力和静电相互作用实现高分散性的精确金属离子捕获，而MVF孔表面的空位可以在60 ℃下立即与捕获的金属离子牢固结合。

2）通过窄孔的精确捕获和空位的稳定键合不仅简化了原子级分散催化剂的合成过程，而且实现了它们在温和温度下的大规模制备。

3）电化学测试结果表明，所制备的原子级分散Pt/MVF具有良好的电催化活性，在1.0 M KOH和0.5 M H₂SO₄中，当过电位为50 mV时，其活性分别是市售Pt/C催化剂的21.4倍和20.8倍。此外，超过100 h的超长操作稳定性为其实际应用提供了更多的潜力。

Qirui Liang, et al, General Synergistic Capture-Bonding Superassembly of Atomically Dispersed Catalysts on Micropore-Vacancy Frameworks, Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00042

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00042