1. Joule: 钙钛矿太阳能电池界面工程聚合物结构的合理选择

钙钛矿太阳能电池 (PSC) 活性层的表面改性通常采用繁琐的试错程序。因此，迫切需要一种合理选择聚合物结构的钝化官能团的指南，该指南在钝化带电缺陷和延长器件寿命方面非常有效。大连理工大学边继明、加州大学洛杉矶分校杨阳、大连化物所金盛烨和韩国成均馆大学Jin-Wook Lee等人选择聚（醋酸乙烯酯）（PVA）、聚乙二醇（PEG）和聚（9-乙烯基咔唑）（PVK）三种原型聚合物来研究聚合物改性剂对 PSC 的结构影响。

本文要点：

1）研究发现，PVA具有最小的空间位阻和最强的给电子能力的路易斯碱官能团，使钙钛矿薄膜表面的缺陷钝化最有效，载流子扩散能力最强。它展示了 23.20% 的功率转换效率 (PCE) 和显著增强的操作稳定性。

2）该工作为选择用于高性能和长期稳定的 PSC 的聚合物改性剂提供了重要的见解。

Minhuan Wang, et al. Rational selection of the polymeric structure for interface engineering of perovskite solar cells, Joule, 2022.

DOI：10.1016/j.joule.2022.04.002

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435122001404

2. Nature Commun.：一种基于双膜电池结构的高性价比碱性多硫化物-空气氧化还原液流电池

随着可再生能源技术的飞速发展，对可在电网规模部署的长期储能技术的需求正日益增长。在这方面，多硫化物-空气氧化还原液流电池显示出巨大的潜力。然而，多硫化物的穿梭效应是一个重大挑战。基于此，伦敦帝国理工学院Mengzheng Ouyang展示了一种全碱性多硫化物-氧化还原流电池（PSA RFB）系统，它使用水系PSOR/PSRR和碱性OER/ORR作为负极和正极氧化还原对，具有极低的能源成本（~2.54 US$/kWh）。

本文要点：

1）对于双膜电池的设计，研究人员在单个电池中采用了AEM和CEM，可有效减少(多)硫化物物种向空气侧半电池的穿梭。所提出的碱性PSA RFB在55 °C下，使用商业上可获得的电极和膜，获得了5.81 mW cm⁻²的最大功率密度，高于先前使用的最先进的基于贵金属催化剂和固态电解液的PSA RFB系统。

2）研究人员在这种碱性PSA RFB上进行电流密度高达5 mA cm^-2的充放电循环。结果显示，在80个循环下，1 mA cm^-2下的平均往返能效为40%。其能源成本和功率成本分别是以前最先进的PSA系统的26%和20%。

3）研究发现，损失的效率主要归因于MnO₂基空气电极OER过电位的升高。因此，未来的研究需要集中在开发更出色的电极，特别是高活性和可逆的空气电极。此外，双层膜结构是一种减少多硫化物穿梭、降低总成本的有效设计方案。未来的工作需要开发对多硫化物物种更具选择性的离子交换膜，提高在碱性电解液中的化学稳定性，以及开发不同RFB系统的双膜结构的潜力。

这项工作还将启发PSA RFB系统的设计和持续优化，以满足可再生能源发展对较长期电网规模的储能需求。

Xia, Y., Ouyang, M., Yufit, V. et al. A cost-effective alkaline polysulfide-air redox flow battery enabled by a dual-membrane cell architecture. Nat Commun 13, 2388 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-30044-w

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30044-w

3. Nature Commun.：Cu-Fe催化常压电催化CO₂加氢制备C₄₊烯烃

通过可再生能源产生的氢气对CO₂还原转化是实现可持续制备长链烯烃C₄₊⁼的一种可行方法，目前这种长链烯烃通常从石油原料进行制备。有鉴于此，中国科学技术大学曾杰、Hongliang Li等报道Cu-Fe催化剂能够在温和压力进行工作，反应产物中的C₄₊⁼选择性达到66.9 %（与目前报道结果C₄₊⁼选择性66.8 %类似，但是需要在35 bar高压条件进行电催化）。反应在320 ℃进行CO₂加氢反应，在1 bar气氛（H₂:CO₂=3:1）和2400 mL h^-1 g_cat^-1的空速，CO₂的转化率为27.3 %。作者发现失活的催化剂能够通过30 bar高压重新活化。

本文要点：

1)报道的这种催化剂由Cu、氧化铁、碳化铁组成，其中氧化铁能够催化逆向水煤气变换生成CO，碳化铁和Cu的界面上进行CO插入反应、在碳化铁催化剂上进行碳化，两种反应之间的协同作用导致高效率进行C-C偶联反应生成C₄₊⁼。

2)本文研究展示了一种小型低压CO₂加氢反应催化器件，能够与可再生制备氢气搭配使用。

Li, Z., Wu, W., Wang, M. et al. Ambient-pressure hydrogenation of CO₂ into long-chain olefins. Nat Commun 13, 2396 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-29971-5

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29971-5

4. Nature Commun.：用于高效催化中温水煤气变换反应的Ni-NiO_x-Y₂O₃界面

长期以来，得益于结构稳定性和高效催化活性，金属和氧化物载体之间的金属-载体界面一直被应用在催化中。金属-稀土氧化物界面特别有趣，这些早期过渡阳离子具有很高的亲电性，因此与Lewis碱性分子（如H₂O）具有良好的结合强度。近日，山东大学贾春江教授，伦敦大学学院Feng Ryan Wang报道了一种在中温水煤气变换反应（MT-WGS）过程中原位形成的Ni-NiO_x-Y₂O₃界面，在300 ℃时，CO转化率达到140.6 μmol_CO g_cat⁻¹ s⁻¹，是现有文献报道的4倍。

本文要点：

1）研究发现，只有当Ni和Y的摩尔比为9：1时，才能形成独特的Ni-NiO_x-Y₂O₃界面。仅添加10%的Y₂O₃对提高催化剂的活性和防止催化剂的烧结起到了关键作用。另外，研究人员通过理论模拟论证了界面处的电子转移，从本质上揭示了相互作用的存在。

2）研究人员利用像差校正电子显微镜和原位拉曼光谱对Ni-NiO_x-Y₂O_₃界面进行了清晰的表征。结合密度泛函理论计算，证明了H₂O分子在Ni-NiO_x-Y₂O₃界面位上的有效解离。此外，对整个反应过程的计算也证明了NiO_x-Y₂O₃界面可有效用于WGS反应。

Ni-NiO_x-Y₂O₃界面具有良好的催化性能，为研究和应用稀土元素在催化中的应用提供了潜力，创造了具有非常规表面行为的新型金属-载体界面。

Xu, K., Ma, C., Yan, H. et al. Catalytically efficient Ni-NiO_x-Y₂O₃ interface for medium temperature water-gas shift reaction. Nat Commun 13, 2443 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-30138-5

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30138-5

5. Angew：5-羟甲基呋喃甲醛在太阳光驱动下的高选择性催化氧化制可调产物

由于易被过度氧化，控制生物质衍生的5羟甲基糠醛(HMF)在太阳光驱动下的选择性催化氧化，生产重要的化工原料，较少氧化的2，5-二甲酰基呋喃(DFF)和5羟甲基-2-呋喃甲酸(HMFCA ),是探索可再生碳资源的一个有前途但具有挑战性的任务。近日，中科大熊宇杰教授，高超探索了通过配位键锚定在CdS量子点（QDs）表面形成的Ru配合-整合型CdS QDs作为光催化剂来氧化HMF的潜力。

本文要点：

1）锚定的Ru配合物可以有效地从CdS量子点中提取光生空穴，在不同的气氛下可控地产生两个氧自由基，从而实现了HMF高效、选择性地氧化成可调的DFF和HMFCA产物，同时显著提高了CdS在催化反应中的光稳定性。据了解，这是首次实现利用光催化氧化法来生产HMFCA。

2）研究人员通过原位电子自旋共振光谱的自由基捕获实验，证实了HMF的氧自由基依赖的选择性氧化。因此，这项工作突出了使用分子催化剂锚定的量子点作为光催化剂可持续地选择氧化HMF制备目标产品的优势，为未来利用可再生碳资源光催化生产更高附加值的化学品铺平了道路。

Tong Xia, et al, Sunlight-Driven Highly Selective Catalytic Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural Towards Tunable Products, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202204225

https://doi.org/10.1002/anie.202204225

6. Angew：可调控的圆二色荧光的无机手性光子晶体量子点复合膜

手性半导体纳米结构具有圆偏振发光性质，因此受到研究者广泛关注。但是与荧光效应相比，圆偏振发光的强度比较弱，而且难以有效的调控。有鉴于此，国家纳米中心唐智勇、北京应用物理与计算数学研究所张伟、中国科学院大学温州研究院高小青等报道一种修饰半导体量子点的无机手性光子晶体，实现了高强度可调控的圆偏振发光。

本文要点：

1)通过调节手性光子晶体的光子能带、量子点的荧光波长，能够对圆二色光谱的信号、位置、峰强度进行非常精确的调控，而且实现了|g_lum|达到0.25的较大不对称因子。作者通过实验和理论结合的方式给出了圆二色光谱信号的来源。这项工作为发展新一代高性能圆二色光谱器件提供机会。

2)由于NiMoO₄·xH₂O的可见光吸收能力非常弱，将直径小于2 nm的NiMoO₄·xH₂O纳米线作为无机圆二色材料，能够非常精确的调控螺旋节距；将具有高荧光强度、高稳定性、高色纯度的CdSSe@ZnS核壳结构量子点作为荧光基团。通过Langmuir-Schaeffer技术将NiMoO₄·xH₂O、CdSSe@ZnS的自组装膜转移到石英基底构建一层，随后在上面一层构建的过程中，分别旋转一定角度，因此构建了能够控制明确角度的手性旋转多层膜。

Xuekang Yang, et al, Tunable Circularly Polarized Luminescence from Inorganic Chiral Photonic Crystals Doped with Quantum Dots, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201674

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202201674

7. AM: 揭示二元相钠层状氧化物复杂结构的本质

具有二元或三元相的层状过渡金属钠氧化物NaTMO2（TM表示过渡金属）作为钠离子电池（SIB）的新型正极材料具有优异的电化学性能。然而，尽管混合相化合物表现出了与单相化合物相比的内在结构复杂性，但仍然缺乏对其内在结构稳定性的全面理解。近日，韩国世宗大学Kee-Sun Sohn，UNIST中央研究所Tae Joo Shin，韩国浦项加速器实验室Docheon Ahn以及美国阿贡国家实验室陆俊等二元相含钠层状过渡金属氧化物正极材料进行了全面详细的相分析。

本文要点：

1）研究人员提供了原子尺度上的结构可视化，并揭示了以下发现：（i）存在混合相共生层分布以及P2和O3相沿两个不同晶面指数的不均匀分布；（ii）初始两个循环的完整可逆充电/放电过程显示出前所未有的简单相变。

2) 第一性原理计算方法支持在提出的假设单相结构（O3、P3、Oʹ3和P2相）上形成二元NFMO-P2/O3化合物的证据。因此，同时存在P型和O型相及其独特结构的协同效应允许在宽电压范围（1.5–4.5 V）内保持极高的容量。

Anil K. Paidi et al, Unravelling the Nature of the Intrinsic Complex Structure of Binary Phase Na-layered Oxides, Advanced Materials, 2022

DOI: 10.1002/adma.202202137

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202202137?af=R

8. Nano Lett.：具有独特hcp Ag₁₄内核和Ag₃₆基于开普勒壳结构架构的新型 Ag-S团簇[Ag₅₀S₁₃(S^tBu)₂₀][CF₃COO]₄及其光响应性

在金属纳米团簇 (NCs) 中，内核几何形状和表面保护配体的性质对其结构稳定性和性能非常关键。Ag NCs 的合成和结构解析具有挑战性，因为 Ag 的零价氧化态非常活泼且易于氧化。近日，印度科学教育与研究学院Sukhendu Mandal，弗吉尼亚联邦大学Shiv N. Khanna等报道了具有六方密堆积(hcp)笼状Ag₁₄内核的[Ag₅₀S₁₃(S^tBu)₂₀][CF₃COO]₄。

本文要点：

1）截角立方壳和八面体壳通过间隙 S^2-阴离子壳封装 hcp 内核，形成 NC 的 Ag₃₆ 开普勒外壳。

2）理论研究指出了该 NC 在其 4+ 电荷状态下的稳定性以及内核和开普勒壳之间的电荷分布。

3）该团簇前所未有的电子结构有助于其应用于可持续的光响应特性。

该工作对新颖的 Ag NC 内核和开普勒壳结构的新见解可能为理解独特结构和开发基于电子结构的应用铺平道路。

Sourav Biswas, et al. The New Ag–S Cluster [Ag₅₀S₁₃(S^tBu)₂₀][CF₃COO]₄ with a Unique hcp Ag₁₄ Kernel and Ag₃₆ Keplerian-Shell-Based Structural Architecture and Its Photoresponsivity. Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00609

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00609

9. Nano Lett.：BaTiO₃表面电子态的铁电调制以增强析氢活性

铁电纳米材料具有可转换的表面电子特性，对光催化和电催化具有重要意义。迄今为止，关于铁电表面在电催化中的影响的研究主要限于出现复杂界面的纳米粒子系统。近日，加州大学圣地亚哥分校David P. Fenning，Tod A. Pascal等使用 MBE 生长的具有原子尖锐界面的外延 BaTiO₃ 薄膜作为模型表面，以证明铁电极化对电子结构、中间体结合能和析氢反应 (HER) 电化学活性的影响。

本文要点：

1）作者使用电化学极化技术在薄膜中建立明确的极化状态，而不需要金属覆盖层。

2）通过分子束外延 (MBE) 生长的纳米结构薄膜的光滑表面以及受控的化学、取向和极化使得能够深入研究铁电转换对纳米尺度反应机制和表面特性的影响。

3）结合电化学实验、表面光谱和理论，作者通过切换铁电极化的方向展示了对 (001) BaTiO₃ 催化剂的中间体结合能和电化学活性的可控调制。

该工作所证明的通过铁电开关调节单个催化剂上吸附物结合能的能力为催化剂电子结构设计开辟了新的维度。

Pedram Abbasi, et al. Ferroelectric Modulation of Surface Electronic States in BaTiO₃ for Enhanced Hydrogen Evolution Activity. Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00047

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00047

10. ACS Nano：通过合理设计锂硫电池中的核壳活性材料来调节多硫化物的扩散和沉积

对多硫化物具有强吸附能力的极性主体材料会被设计用来限制硫正极中多硫化物的穿梭效应。然而，关键问题是控制循环过程中锂多硫化物的扩散和沉积，这显著影响了循环稳定性和硫利用率。基于此，四川大学Yu Wang，Wei Yang，阿德莱德大学郭再萍教授使用了一种顺序吸附引导的自组装来设计两种具有相反多硫化物吸附梯度的核-壳硫颗粒，以定量探索多硫化物扩散和沉积的调节。

本文要点：

1）研究人员证明了硫粒子的正核壳设（PCSD@SP），即多硫化物吸附能力从主体内部到外部递减，比负核壳设计（NCSD@SP）更有效地限制多硫化物扩散和调节多硫化物沉积。

2）实验结果显示，硫负载量为7 mg cm^-2的PCSD@SP电极在0.2 C下经过130次循环后表现出6 mAh cm^-2的稳定面容量。在间歇放电/充电时，PCSD@SP电极与NCSD@SP相比保持了优异的稳定性。因此，正极核壳活性材料的合理设计可用于调节多硫化物的扩散和沉积，以促进电化学反应动力学和性能。

Lanxiang Feng, et al, Regulating Polysulfide Diffusion and Deposition via Rational Design of Core−Shell Active Materials in Li−S Batteries, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c00882

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00882

11. ACS Nano：光芬顿法无氟制备MXene用于先进的锂硫电池

目前，MXene的主流合成方法是使用含氟酸性水溶液从它们的MAX相中除去A元素层。然而，这种策略对环境有害，并且由于存在-F端基，会损害材料性能（例如超级电容器和锂电池）。近日，河南大学Zhubing Xiao通过photo-Fenton（P.F .）策略成功制备出具有高达95 wt %的高纯度的无F-Ti₃C₂ （Ff-Ti₃C₂）。

本文要点：

1）研究人员发现，在P.F .条件下ROS HO^•和O₂^•-自由基的释放可削弱Ti-Al键，并进一步促进高浓度OH^-阴离子的形成，从而触发Ti₃AlC₂中Al层的顺序拓扑化学脱嵌。

2）与传统的HF刻蚀方法相比，在没有−F端基的情况下，Ff-Ti₃C₂对LiP物种表现出更活跃的化学结合和电催化活性。此外，由于没有−F端基，Ff-Ti₃C₂具有更好的亲水性和电解液润湿性，这使其在Li−S电池中成为一种很有前途的坚固的硫基主体材料。

3）重要的是，亚Ah级和电解液不足的Li-S软包电池表现出优异的电化学性能和出色的柔性性，达到了330 Wh kg^-1的实际重量能量密度和良好的循环性能。

因此，这项工作有助于MXene的无氟制备和合成用于柔性Li-S电池的高性能、超柔性正极。

Lin Liang, et al, Fluorine-Free Fabrication of MXene via Photo-Fenton Approach for Advanced Lithium−Sulfur Batteries, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c00779

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00779

12. ACS Nano：微纳米木质纤维素仿生构建成具有Bouligand结构的抗冲击“木制盔甲”

随着恐怖主义和国际冲突的日益增加，对先进保障措施的需求也在不断增加。传统的抗冲击玻璃和陶瓷具有较高的性能，但也存在一些缺点，如灵活性差、重量大、加工能耗高等。近日，受巨骨舌鱼（Pirarucu）鳞片的启发，华中科技大学李会巧教授，浙江农林大学Qingfeng Sun提出了一种可持续的木质纤维复制品，可以作为具有令人印象深刻抗损坏的“木制盔甲”。

本文要点：

1）通过准确地将刚性层叠木质纤维素与柔软的剪切增厚流体夹层组装成Bouligand式结构，人造木甲的抗冲击性提高了10倍。这一观察结果与典型工程材料(如陶瓷、玻璃和合金)的观察结果相似。然而，所提出的材料结构具有阻挡子弹的巨大冲击力的能力，而值得注意的是，其密度大约是典型工程材料的一半。

2）木制盔甲的高耐用性和抗损伤性有效地防止了它受到冲击时的灾难性破坏。因此，该设计策略提出了一种用于特殊安全应用的轻质、高性能和可持续的生物灵感材料的方法。

Yipeng Chen, et al, Bioinspired Construction of Micronano Lignocellulose into an Impact Resistance“Wooden Armor” With Bouligand Structure, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.1c10725

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10725