1. Science：具有高热电性能和高发电效率的高熵碲化锗基热电材料

协同调控热电材料的本征参数以实现热电性能的提升成为热电领域中的一个巨大挑战。2021年2月，南方科技大学何佳清团队将高熵稳定的策略用于协同调控材料的电、热传输性能，并成功应用于n型硒化铅基热电材料，通过解耦电热传输机制实现了热电性能的大幅提升（Science, 371, 830-834, 2021)。2022年7月，何佳清团队进一步将这一优化策略扩展应用到p型碲化锗基热电材料中，发展了具有高热电性能和高发电效率的高熵碲化锗基热电材料，其ZT值可以达到2.7。采用这种高性能热电材料开发了单级和分级热电发电器件，器件的能量转换效率可以达到10.5%和13.3%，为最高的实验热电转换效率。（Science, 377,208-213, 2022）

（来源：南方科技大学）

Jiang B, Wang W, Liu S, et al. High figure-of-merit and power generation in high-entropy GeTe-based thermoelectrics. Science, 2022, 377(6602): 208-213.

http://dx.doi.org/10.1126/science.abq5815

2. Science Advances：快速构建具有高面能量密度的极性可切换的锌-溴微电池

微电池(MBs)是为各种小型化电子设备提供能量的有前途的候选者，然而它们通常遭受复杂的制造过程和低的面能量密度。此外，目前MBs的所有阴极都是固态的，面积容量和反应动力学之间的权衡限制了它们的广泛应用。近日，清华大学曲良体教授，北京理工大学张志攀教授，中国科学院力学研究所Feng Liu提出了一种双电镀策略来快速构建具有优异电化学性能的MBs。

本文要点：

1）这种策略消除了复杂和耗时的现有MBs的制造过程，绕过了在微尺度上构建和匹配阴极和阳极的挑战，并使以前的方法不可能构建液体微电极成为可能。

2）通过使用一种新型的氧化还原活性的MPIBr，研究人员构建了第一个带有液态阴极的水溶液Zn-Br MBs，它不仅阻止了Br₃^-的扩散，而且在充放电过程中表现出快速的动力学特性。

3）所构建的Zn-Br₂ MBs显示出阴极和阳极结构的零过剩，并提供了创纪录的高面容量和高能量密度（2.2 mAh cm⁻²和3.6 mWh cm⁻²），是大多数平面MBs的10倍以上。此外，Zn-Br₂ MBs还表现出了极性可切换的能力，使它们能够容忍一些错误的操作。

Chunlong Dai, et al, Fast constructing polarity-switchable zinc-bromine microbatteries with high areal energy density, Sci. Adv., 2022

DOI: 10.1126/sciadv.abo6688

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo6688

3. Science Advances：仿章鱼粘合皮肤用于智能和快速切换的水下粘合

章鱼将可控粘合剂与错综复杂的传感、处理和控制结合在一起，以操纵水下物体。而目前基于合成粘合剂的机械手通常是手动操作，没有传感或控制，并且激活和释放粘合很慢，这限制了系统级的操作。近日，弗吉尼亚理工大学Michael D. Bartlett介绍了一种受章鱼启发的水下粘合系统，该系统由可切换的粘合元件组成，并结合感官系统、处理和控制来实现粘合的自主激活和释放。

本文要点：

1）粘合元件由一根柔顺的硅胶杆组成，由一层柔软的气动薄膜覆盖，以控制粘合。这些粘合元件与一系列微光检测和测距(LIDAR)光学接近传感器和用于实时物体检测和粘合控制的微控制紧密集成。这一紧密集成的系统模拟神经系统，使系统能够智能地控制多个粘合元件，以实现在干燥和潮湿环境中的灵活操纵。当在编程距离(d*)处感测到物体时，触发粘附膜。这使得能够通过规定的控制环路自主地激活粘连，以便通过调节膜的状态来快速附着和受控释放。通过施加正压，研究人员使薄膜膨胀以获得可以忽略的附着力，或者施加负压以增加界面处粘合元件的体积，从而产生吸力并增强附着力。

2）这一受章鱼启发的机构可在水下实现了大于60 kpa的粘合应力，粘合开关比从开到关的比率超过450倍。此外，在多个循环中证明了可逆性，并且实现了从完全导通状态到释放/关断状态的快速切换时间<50 ms。通过柄结构调整吸盘的顺应性，能够可靠地附着到偏角基材，减少预紧力，独立控制粘接强度和分离功，在非理想条件下提供可靠的粘接。

3）传感器、处理和控制与可快速切换的粘合剂的紧密集成为在紧凑型系统中灵活操纵水下物体创造了新的机会，而无需事先了解环境。这一功能在可穿戴胶粘手套中得到了展示，研究人员展示了在水下捡起和释放各种物品的能力，包括平面、弯曲、刚性和柔软的物体。这些功能模仿了头足类动物的高级操纵、传感和控制，并为合成水下粘性皮肤提供了一个平台，可以可靠地操纵各种水下物体。

Sean T. Frey, et al, Octopus-inspired adhesive skins for intelligent and rapidly switchable underwater adhesion, Sci. Adv., 2022

DOI: 10.1126/sciadv.abq1905

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq1905

4. Nature Commun.：自旋对称性破缺策略实现优异的酸性OER电催化活性

虽然酸性电解液的产氧反应在电化学能量转化领域起到非常重要的作用，但是产氧反应的缓慢反应动力学和酸性电解液中材料的稳定性非常弱，导致发展此类材料面临着较大的困难和挑战。有鉴于此，河海大学王沛芳、南京大学刘力哲等报道不同于以往研究方法中从纳米结构调控角度，而是从打破结构对称性的角度调节自旋电子的占据情况、优化自旋-轨道相互作用出发，调节催化剂与反应物之间的电荷转移。

作者发展了一种多级杂化Bi_xEr_2-xRu₂O₇焦绿石，能够调节轨道占据态和自旋电子占据态。因此能够控制Bi 6s孤对电子成键相互作用，将不对称高自旋态转变为对称的低自旋态，因此原子部分畸变的Bi_xEr_2-xRu₂O₇焦绿石在酸性电解液和10 mA cm^-2电流密度和超低的过电势（-0.18 V），长达100 h的优异长时间稳定工作性能。

本文要点：

1）通过制备Bi_xEr_2-xRu₂O₇实现了研究破坏对称性破缺与OER性能之间的关系，这种方法的实现通过Bi 6s轨道电子影响Ru原子与相邻氧原子之间的成键相互作用，导致形成室温畸变的杂化，将RuO₆从D_3d转变为D_h结构。引入的Er阳离子对对称性破缺现象不敏感，但是能够用于控制Bi_xEr_2-xRu₂O₇样品的原子畸变情况程度，当原子畸变作用伴随着消除轨道简并度，因此由于破坏了对称性结构，引起电子的自旋结构改变。

2）这项工作为设计具有原子畸变的催化剂提供一种方法，而且为深入理解如何通过调节材料的自旋实现控制酸性电解液环境中的OER反应动力学。

Zhou, G., Wang, P., Hu, B. et al. Spin-related symmetry breaking induced by half-disordered hybridization in Bi_xEr_2-xRu₂O₇ pyrochlores for acidic oxygen evolution. Nat Commun 13, 4106 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-31874-4

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31874-4

5. Nature Commun.：超高表面电荷密度摩擦发电聚合物

高电荷密度的摩擦发电聚合物材料是摩擦纳米发电机大规模应用的基石。有鉴于此，华南理工大学黄照夏、瞿金平、北京纳米能源与系统研究所陈翔宇等报道发展了一种方法基于反复流变锻造（repeated rheological forging）制备摩擦发电功能聚合物，通过重复锻造法制备的氟化乙丙薄膜实现了优异的机械力学性质和优异的透光率、而且能够维持较高的摩擦电荷密度。

本文要点：

1）构建厚度为30 μm的薄膜材料构筑的纳米发电机器件的输出电荷密度达到352 μC m^-2，在空气击穿模式时这个薄膜的电荷密度达到510 μC m^-2。

2）通过重复锻造法制备的氟乙烯丙烯薄膜能够有效的调节薄膜的表面官能团、晶化度、介电常数，并且实现优异的摩擦发电量。作者总结讨论了如何基于分子结构和制造工艺实现改善器件的电气化性能，而且为进一步发展摩擦发电聚合物材料提供经验和机会。

Liu, Z., Huang, Y., Shi, Y. et al. Fabrication of triboelectric polymer films via repeated rheological forging for ultrahigh surface charge density. Nat Commun 13, 4083 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-31822-2

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31822-2

6. Matter：化学键转化直接驱动石墨炔表面的发电

清洁、无限可再生、低维护要求、不受地域限制的能源将是解决能源短缺和环境污染的重要途径。物质转化一直受到科学家们的高度关注，特别是一些新概念、新现象和新科学的发现。近日，北京理工大学Nan Chen利用石墨炔（GDY）的特异结构与小分子气体合作，并在扩散过程中穿过它们的框架结构，并与炔键相互作用以诱导电荷分离（电子转移）。

本文要点：

1）研究人员通过实验证明了各种气态小分子的发电特性，例如H₂O、NH₃和HCl。这与传统和已知的发电方法不同，并证明了平面2D结构和由气态小分子组成的GDY之间的电荷分离是一种有效和可再生的发电系统。具体来说，与其他sp²杂化的碳同素异形体相比，GDY底物不仅在极性小分子的作用下提供了高炔键电子转移，而且提供了稳定且可重复的电信号。

2）基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算也表明电信号来自炔键和小分子之间的电子转移。据了解，这种由化学键转化产生的发电模式为能源利用提供了良好的概念和方法，有望在实际应用中获得可靠的电力，特别是在新能源材料和分析化学领域。

Chen et al., Chemical bond conversion directly drives power generation on the surface of graphdiyne, Matter (2022)

DOI：10.1016/j.matt.2022.06.045

https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.06.045

7. EES：结构重构法制备高活性稳定的三维蒲公英孢子结构自负载Ir基质子交换膜电催化剂

质子交换膜水电解法（PEMWE）是一种最节能的低温电解法，可将间歇性可再生能源转化为稳定的氢能。然而，酸性条件和正的半电池电位导致的累积腐蚀环境使得催化剂材料需要具有高固有活性和稳定性。近日，韩国中央大学Soo-Kil Kim，韩国科学技术院Jinwoo Lee，Hoyoung Kim提出了一种策略，利用表面工程获得的协同效应，通过调节电子性质和纳米结构，在实际和苛刻的PEMWE操作条件下，同时提高双金属电催化剂的活性和稳定性。

本文要点：

1）研究人员通过吸附H诱导共沉积核壳结构的IrNi-Ir结构，在多孔传输层上直接制备了蒲公英孢子结构的三维自负载IrNi电催化剂。随后的脱合金化生成了一个高度多孔的纳米结构的Ir基骨架，在很宽的pH范围内对析氧反应(OER)和析氢反应(HER)具有很强的耐受性。

2）在酸性电解液中，即使在200 mA cm^-2恒定工作50 h（OER）或5000次电位循环（HER）后，其在10 mA cm^-2下仍表现出248 mV（OER）和15 mV（HER）的过电位，且具有极高的稳定性。当用于PEMWE的双功能催化剂（0.67 mg cm^-2）时，在2.0 V的槽电压下可获得6.5 A cm^-2的电流密度。此外，在2 A cm^-2的极端恶劣的测试条件下，100 h的降解率仅为1.58 mV h^-1，从而验证了单个电池的非凡稳定性。

这项研究首次报道用一种简单的方法制备出如此高性能和稳定性的双功能催化剂，有助于PEMWE的商业化。

Kyeong-Rim Yeo, et al, A highly active and stable 3D dandelion spore-structured self-supporting Ir-based electrocatalyst for proton exchange membrane water electrolysis fabricated using structural reconstruction, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/d2ee01042a

https://doi.org/10.1039/d2ee01042a

8. Angew：弱溶剂化电解液与优化界面的协同作用实现石墨负极的低温充电

石墨负极在低温下存在容量损失大，甚至不能充电（即Li⁺-插层）的问题，这主要是由于过电位大，去溶剂过程缓慢，离子在固体电解质界面(SEI)中运动不足所致。近日，复旦大学夏永姚教授，董晓丽研究员采用弱溶剂化溶剂（三氟乙酸乙酯，ETFA，体积70%）促进脱溶，同时采用高介电常数和成膜助溶剂（氟乙烯碳酸酯，FEC，体积30%）以满足离子电导率。特别是，研究了SEI形成的温度相关演化，以揭示不同温度下SEI性质和Li⁺在SEI上迁移的相关性。

本文要点：

1）弱溶剂化电解质和优化良好的SEI层的协同作用使Gr负极具有高达6 C的快速充电能力（180 mAh g^-1, 0.5 C时容量的49%，1 C等于372 mA g^-1），长循环稳定性500次，容量保持在5 C时的84.5%。同时，在-30 °C的低温条件下获得了183 mAh g^-1的高可逆容量，相当于室温容量的50%。

2）对Gr||LiFePO₄全电池的进一步研究显示，在-30 °C时，其可逆容量为90 mAh g-1，在-60 °C超低温下，放电容量保持率为37%。

这项工作为开发快充电和低温电池提供了一个有效途径。

Yang Yang, et al, Synergy of Weakly-Solvated Electrolyte and Optimized Interphase Enables Graphite Anode Charge at Low Temperature, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202208345

https://doi.org/10.1002/anie.202208345

9. Angew：两性水凝胶高性能盐水蒸发脱盐

界面太阳能蒸发SVG（Interfacial solar vapor generation）是一种具有前景同时符合可持续发展前景的制备清洁水的技术，虽然人们发展了多种多样的材料在一个太阳光照射条件实现优异的蒸发速率，但是设计能够在高浓度盐水（≥10 %）实现保持较高的太阳能蒸发水能力的材料仍具有较大的挑战。有鉴于此，德州大学奥斯汀分校余桂华等报道发展了一种新型聚两性水凝胶材料，能够进行高浓度盐水太阳能蒸发。

本文要点：

1）通过两性水凝胶具有的优异抗聚电解质效应（anti-polyelectrolyte effects），两性水凝胶能够捕获盐水中的盐离子，并且生成水化程度更高的水凝胶网络，因此实现了更好的SVG性能。

2）两性水凝胶对10 wt %的盐水实现了4.14 kg m^-2 h^-1水蒸发效率，相比于纯水的性能提高~20 %，作者预测认为这种对盐水具有响应能力的两性水凝胶可能改善下一代盐水太阳能脱盐体系的性能。

Chuxin Lei, et al, Polyzwitterionic Hydrogels for Highly Efficient High Salinity Solar Desalination, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202208487

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202208487

10. Angew：新型氢键有机框架材料分离乙炔、CO₂混合物

C₂H₂/CO₂的分离对于工业纯化乙炔过程非常重要，而且由于C₂H₂和CO₂的分子尺寸和物理性质类似，因此C₂H₂/CO₂的分离具有非常重要的科学意义。有鉴于此，福建师范大学张章静等报道通过四氰基联咔唑分子组装了一种超微孔氢键有机框架材料HOF-FJU-1，这种材料由于表现不同的经典势分布，因此具有很好的从CO₂中分离C₂H₂性能。

本文要点：

1）HOF-FJU-1具有合适的孔道结构和适配C₂H₂的静电势，因此对C₂H₂具有非常强的亲和性（46.73 kJ/mol），对C₂H₂/CO₂的分离IAST达到6675，这个数据达到相关吸附剂最好的结果。

2）单晶X射线晶体衍射表征结果显示，HOF-FJU-1具有合适的孔结构，与C₂H₂分子之间产生多重C-H^…π相互作用、N^…H-C相互作用。通过动态穿透实验，说明HOF-FJU-1对C₂H₂/CO₂混合物具有优异的分离性能。

Yisi Yang, et al, An Ultramicroporous Hydrogen-Bonded Organic Framework Exhibiting High C₂H₂/CO₂ Separation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202207579

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.202207579

11. Angew：掺K-Cu₂Se选择性电催化CO₂制乙醇

通过CO₂电化学还原反应以高选择性生成乙醇是具有挑战性的反应，但是同时具有非常高的挑战，这主要的问题是需要对催化反应中间体的演化。有鉴于此，中国科学技术大学熊宇杰、安徽师范大学盛天、吴正翠等报道在泡沫Cu上担载K掺杂Cu₂Se纳米片催化剂，在调控Cu催化位点与CO₂还原反应的中间体之间的相互作用上起到多功能调节作用，因此能够以较高的选择性生成乙醇。

本文要点：

1）通过相关表征和理论计算结合，发现K向Se的电子转移能够稳定Cu(I)中间体物种，因此同时改善线性*CO_L吸附和桥式*CO_B中间体的吸附，实现了改善CO₂还原反应过程的C-C偶联。

2）因此，比例为11 % K-CuSe纳米片在-0.6~-1.2 V过电势区间的CO₂电化学还原反应生成的唯一液体产物为乙醇，而且当过电势为-0.8 V时，乙醇的法拉第效率达到70.3 %，而且电催化反应能够持续稳定130 h。

Lianchun Ding, et al, Over 70% Faradaic Efficiency for CO₂ Electroreduction to Ethanol Enabled by K Dopant-Tuned Cu Sites-Intermediates Interaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202209268

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202209268

12. Nano Lett.：仿生型三维动态细胞基质用于改善 “治疗合格”细胞的制造以用于细胞治疗

尽管细胞治疗具有广阔的发展前景，但由于缺乏可靠的细胞来源，该技术也仍然面临着很多严峻的挑战。为了提高细胞供给效率，南京大学宁兴海教授、葛海雄教授和Yurui Xu设计了一种具有合理结构、功能完善的仿生三维动态培养系统(CellMatrix)。

本文要点：

1）CellMatrix由独特的核-壳纤维组成，其核心为结合黑磷的丝素蛋白，外壳为丝胶蛋白，其能够通过自下而上的制造技术而形成三维仿蚕茧结构。实验结果表明，CellMatrix不仅能够提供优化的工程仿生生态位来促进细胞生长，而且可通过良好的光热转换以实现对细胞命运的动态调节。

2）研究表明，该细胞基质结构可以直接植入缺陷组织，有效改善组织重塑。同时，该CellMatrix也而具有良好的抗冰性和导热性，能够在冻融后最大限度地保持细胞的活力和增殖性，可用于储存珍贵的细胞和细胞-细胞基质结构。综上所述，该研究开发的CellMatrix能够作为一种集培养-生产-存储“治疗合格”细胞等功能于一体的新型仿生平台。

Jianmei Chen. et al. Bioinspired All-in-One Three-Dimensional Dynamic CellMatrix Improves the Manufacture of Therapeutically Qualified Cells for Cell Therapy. Nano Letters. 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00760

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c00760