1. Nature Commun.: A位阳离子对溴化铅钙钛矿导带的影响

热载流子太阳能电池有望超过Shockley-Queisser极限。缓慢的热载流子冷却是卤化铅钙钛矿最有趣的特性之一，并将此类材料与太阳能电池中其他竞争材料区分开来。乌普萨拉大学Gabriel J. Man和Sergei M. Butorin等人使用高分辨率 X 射线光谱和密度泛函理论的元素选择性来揭示导带状态中先前隐藏的特征，即 σ-π 能量分裂。

本文要点：

1）研究人员发现σ-π 能量分裂受到电子耦合强度的强烈影响A-阳离子和溴化铅亚晶格之间。

2）该发现为通常讨论的极化子屏蔽和热声子瓶颈载流子冷却机制提供了一种替代机制。

3）该工作强调了A-阳离子的光电作用，提供了A-阳离子在晶体和电子结构中的影响的全面视图，并概述了一种广泛适用的光谱方法，用于评估 A-阳离子的化学变化对钙钛矿电子的影响结构体。

Man, G.J., Kamal, C., Kalinko, A. et al. A-site cation influence on the conduction band of lead bromide perovskites. Nat. Commun. 13, 3839 (2022). 

DOI：10.1038/s41467-022-31416-y

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31416-y

2. Nature Commun：Au纳米粒子中间带隙光催化H₂O还原CO₂

在金属光催化剂表面上CO₂的H₂O光催化还原以及深入原子尺度理解光催化反应机理具有非常大的挑战。有鉴于此，中科院长春应用化学研究所Ying Wang、陕西科技大学李英宣等报道通过量子点Au纳米粒子光催化剂的中间带隙进行光催化，在H₂O的帮助条件将CO₂还原为CO。

本文要点：

1）使用低强度420 nm光催化，Au光催化剂的CO产率达到4.73 mmol g^-1 h^-1，选择性达到100 %，反应速率比相同反应条件中使用H₂作为还原剂的反应速率提高2.5倍。

2）通过理论和实验研究，发现H₂O分解产生表面Au-O物种，从而显著改善光催化反应性能，而且能够同时优化决速步骤CO₂还原反应、H₂O氧化反应，降低*CO脱附能垒和*OOH形成能垒，促进生成CO和O₂。

这项研究有助于深入理解金属光催化剂的催化活性位点机理促进高性能CO_２还原反应。

Shangguan, W., Liu, Q., Wang, Y. et al. Molecular-level insight into photocatalytic CO₂ reduction with H₂O over Au nanoparticles by interband transitions. Nat Commun 13, 3894 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-31474-2

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31474-2

3. JACS：调节锂盐以抑制电催化剂上的表面凝胶化助力高能量密度锂-硫电池

锂-硫（Li-S）电池作为高能量密度储能器件具有巨大的潜力。电催化剂被广泛用于加速阴极硫氧化还原动力学。这其中，电催化剂、溶剂和锂盐之间的相互作用极大地决定了Li-S电池的实际性能。近日，清华大学张强教授，北京理工大学李博权首次确定了在工作的Li−S电池中，LiTFSI加剧了MoS₂电催化剂上的表面凝胶化。

本文要点：

1）具体来说，LiTFSI中的CF₃SO₂−基团与MoS₂电催化剂上的Lewis酸性中心相互作用，并在亲核取代反应后产生一个缺电子中心。具有较强Lewis酸性的缺电子中心引发DOL溶剂的阳离子开环聚合，并产生令人讨厌的表面凝胶层，导致MoS₂电催化剂的电催化活性降低。

2）为了从源头上解决上述问题，在Li−S电池中引入了Lewis刘易斯碱性盐—碘化锂（LiI），以阻止LiTFSI和MoS₂之间的相互作用，避免产生缺电子位，并抑制随后的表面凝胶化。

3）实验结果显示，添加LiI添加剂和MoS₂电催化剂的Li−S电池表现出高达4.0 C的倍率响应，提高的放电容量（7.1mg_S cm⁻²正极下达到了1380 mA h g_S⁻¹），以及在实际2.5 ah水平的软包电池中超高的实际能量密度416 W h kg₋₁。

这项工作为提高Li−S电池实际工作中的电催化活性提供了有效的锂盐，并加深了对储能系统中电催化剂、溶剂和盐之间相互作用的基本认识。

Xi-Yao Li, et al, Regulating Lithium Salt to Inhibit Surface Gelation on an Electrocatalyst for High-Energy-Density Lithium−Sulfur Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c04176

https://doi.org/10.1021/jacs.2c04176

4. EES：化学碘气相沉积法实现用于全固态锂-硫电池锂金属负极的兼容

人工固体电解质中间层（SEI）被广泛用于改善Li/固态电解质（SSE）界面的化学界面稳定性。然而，SEI的严重机械失效，即由不均匀Li沉积引起的Li枝晶穿透和由无限Li体积变化引起的弯曲断裂，仍然严重影响Li/SSE界面。近日，南京大学周豪慎教授，Ping He通过CIVD方法，在Li金属上引入了Li基界面工程，作为Li和LGPS之间的SEI。

本文要点：

1）所制备的LiI层具有独特的纳米结构和优异的物理/化学性能。首先，原位生成的LiI层对Li金属和LGPS电解质是化学惰性的。第二，它显示出独特的、细长的米状LiI晶体交织结构，该结构被证明提供高机械强度和优异的韧性。第三，所制备的LiI层具有可忽略的电子导电性和良好的离子导电性，这有助于锂离子与LGPS电解质的快速交换。这些特征使其能够充当LGPS和Li之间的桥梁，从而促进锂离子在Li/LGPS界面的有效传输。

2）通过对Li对称电池的电化学性能及相应的形貌、电阻、化学变化的综合研究，发现具有交织结构的LiI SEI膜能有效防止固体电解质的锂枝晶穿透和机械开裂失效，并提高电解质的化学稳定性。

3）受益于这种基于LiI的界面工程，Li/LiI/LGPS/LiI/Li对称电池在0.15 mA cm^-2下稳定工作超过800 h，并具有2.3 mA cm^-2的高CCD值。进一步，研究人员制备了具有设计的LiI层的全固态LSB，发现其在0.1 C下显示出1400 mAh g^-1的高容量，并且在室温下150次循环后显示出80.6%的高容量保持率。即使在1.35 mAh cm^-1的高面积容量和90 ℃的高温等恶劣条件下，全固态电池仍表现出1500 mAh g^-1的高容量和超过100次循环的优异稳定性，展示了其在各种应用场景中的巨大潜力。

这种简单有效的制备纳米结构人工SEI层的方法具有良好的普适性，对设计高性能全固态锂金属电池具有指导意义。

Chun Duan, et al, Realizing compatibility of Li metal anode in all-solid-state Li-S battery by chemical iodine–vapor deposition Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D2EE01358D

https://doi.org/10.1039/D2EE01358D

5. EES：稀土氧化物诱导形成可促进CO₂转化为甲酸盐的界面效应

电催化二氧化碳（CO₂）还原反应(CO₂RR)的选择性已经引起了极大的关注，但仍然面临着巨大的挑战。构建界面成为有效调节电活性和选择性的先进策略。近日，南开大学杜亚平教授，香港理工大学黄勃龙教授构建了一种由CeO₂和Bi₃NbO₇组成的新型电催化复合CO₂RR催化剂。

本文要点：

1）复合CO₂RR催化剂对甲酸的单程选择性达到85%,并表现出长期稳定性。研究发现，CeO₂作为引发剂起着至关重要的作用，CeO₂的引入降低了材料的结晶度，显著改变了电子相互作用和配位环境，激活了Bi₃NbO₇的CO₂RR活性中心，大大提高了HCOOH的产率。

2）DFT计算表明，CeO₂/Bi₃NbO₇界面的存在激活了表面电活性。由于Ce-4f轨道的引入，电子转移的能垒显著降低，导致电活性的提高和反应趋向于形成HCOOH。

这一工作将为稀土氧化物的拓展应用和高效CO₂还原电催化剂的设计提供新的策略。

Lianpeng Song, et al, Interfacial Effect induced by Rare Earth Oxide in Boosting Conversion of CO₂ to Formate,  Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D2EE01710E

https://doi.org/10.1039/D2EE01710E

6. Angew：利用基因编码的荧光生物传感器监测线粒体GTP-GDP比例的动态变化

三磷酸鸟苷(GTP)和二磷酸鸟苷(GDP)的相互转化是多种生物细胞活动所不可或缺的重要组成部分。然而，迄今为止，还没有分析方法可以直接检测细胞内GTP与GDP的比例。北京大学王晶研究员开发了一种基因编码的荧光生物传感器GRISerHR，并将其用于监测代谢扰动下多种细胞和细胞器中的GTP:GDP比例。

本文要点：

1）实验利用该传感器分析了由两种三羧酸(TCA)循环酶(琥珀酰辅酶a合成酶；SCS-ATP和SCS-GTP)和磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)循环酶(PEPCK-M)的基因调控所导致的线粒体GTP:GDP比率差异。

2）实验结果表明，GRISerHR传感器能够实现对活细胞内源性GTP:GDP比例动态变化的时空精确检测，有助于进一步研究鸟苷核苷酸在生物能量代谢过程中的贡献。

Meiqi Zhang. et al. Monitoring the Dynamic Regulation of the Mitochondrial GTP-toGDP Ratio with a Genetically Encoded Fluorescent Biosensor. Angewandte Chemie International Edition. 2022

DOI: 10.1002/anie.202201266

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202201266

7. Angew：低极性溶剂电解液促进低温下NMC811||石墨锂离子电池的锂离子传输

LiNi_xCo_yMn_zO₂(x+y+z=1)||石墨锂离子电池（LIB）化学具有广阔的应用前景。然而，由于Li⁺在体电解液和电解液/电极界面中传输时遇到的电阻增加会导致容量损失和电池失效，其具有较差的低温（≤-20 °C）性能。尽管人们已经进行了诸多研究，但仍然没有有效的方法来降低影响低温锂离子电池性能的电荷转移电阻（R_ct）。近日，马里兰大学王春生教授，罗德岛大学Brett Lucht，陆军研究实验室许康，布鲁克海文国家实验室Xiao-Qing Yang引入了一种低极性溶剂电解质（LPSEs），以增强锂离子在低温下在EEI内和跨EEI之间的迁移动力学。

本文要点：

1）研究人员展示了2.0 M LiFSI-EMC/TTE示例性电解液，该电解液使NMC811||Gr电池能够在从-40到50 °C的较宽温度范围内工作，在25 °C时提供113 mAhg^-1的高容量(整个电池为117 mAhg^-1)，并在-20 °C下以1/3C的电流密度保持81%的室温容量，而不镀锂。

2）通过FTIR、分子模拟、EIS、XPS等手段对电极的溶剂化结构、分子相互作用、电极电阻和化学成分等进行分析，认为电极低温性能的提高归因于电极上Li⁺迁移和电荷转移过程中的电阻和活化能的同时降低，这是由于降低了去溶能和在两个电极上形成了薄的富无机中间相。这些性质还与Li⁺和溶剂的离子-偶极相互作用的减弱以及电解质中内在和/或外在的部分解离的CIPs和AGGs结构域在分子水平上有关。

研究人员提出并论证了电解质工程策略，揭示了分子间相互作用与Li⁺传输动力学之间的关系，并为在保持所有其他实用性质的同时扩大LIBs的使用温度范围提供了一种新的途径。

Bo Nan, et al, Enhancing Li⁺ Transport in NMC811||Graphite Lithium-Ion Batteries at Low temperatures by Using Low-Polarity-Solvent Electrolytes, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202205967

https://doi.org/10.1002/anie.202205967

8. Angew：多重离子-偶极强相互作用实现稳定的高温锂金属电池

开发能够在高温下稳定工作的金属锂电池(LMB)具有重要意义。由于电解液在高温下的热稳定性，传统的锂离子电池只能在60℃下稳定工作。近日，清华大学Chao Wang开发了一种策略，通过设计一种使用多个离子-偶极相互作用的热稳定溶剂化结构来应对这一挑战。

本文要点：

1）通过密度泛函理论（DFT）计算，研究人员发现了一种高度稳定的溶剂化结构，它可以在100 ℃下工作，不需要任何添加剂。

2）新的溶剂化结构可以在25 °C到100 °C的温度范围内保持高安全性和循环稳定性。特别是在90 °C下，锂离子电池可循环120次以上，容量保持率达95%。即使在100 °C下，电池仍可稳定循环50次。而使用传统碳酸盐电解液的电池在60 °C的20次循环内失效。

3）在高温下，由于溶剂化Li⁺解溶能垒较低，弱相互作用的溶剂化结构在Li⁺解溶过程中容易无序，导致大量锂枝晶，死锂生成和副反应增加。相反，具有较强离子-偶极相互作用的溶剂化结构可以在高温下保持稳定。较高的Li⁺解溶能垒促进了Li⁺以更均匀的形式沉积，提高了电池的循环稳定性。

这项工作为电解液的设计提供了新的思路，并为高温LMBs的发展做出了贡献。

Tao chen, et al, Stable High-Temperature Lithium Metal Batteries Enabled by Strong Multiple Ion-Dipole Interactions Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202207645

https://doi.org/10.1002/anie.202207645

9. Angew：一种可控活化的Ce-UiO-66金属有机骨架嵌入型光催化剂助力太阳能氨肥生产

目前，氮肥养活了全球一半的人口，但它们的使用受到能源消耗和交通运输的限制。因此，研究用于太阳能制氮肥的光催化剂具有重要意义。近日，扬州大学庞欢教授首次报道了一种在太阳光照射下具有较高光催化固氮性和稳定性的Ce基UiO-66（GSCe）光催化剂。

本文要点：

1）GSCe_act在365 nm光照下的AQE为9.25%，在作物栽培中作为一种日光氮肥表现良好。

2）结构表征和理论计算表明，在水中紫外光照射下，Ce-UiO-66的苯-碳键断裂并形成有效的固氮活性中心，从而活化了Ce-UiO-66催化剂。然而，失控的活化(苯-碳键断裂)会导致Ce-UiO-66基催化剂崩溃。在此基础上，采用石墨烯包埋的方法来控制活性，改善光生电子的分离和转移，从而显示出较高的稳定性和光催化性能。

3）GSCe作为日光氮肥在水稻育苗中也表现出了良好的性能。因此，本研究建立了石墨烯包埋在光催化剂中的策略，以控制和利用MOF材料中的键断裂，为固氮光催化剂中太阳能氮肥的利用奠定了基础。

Sixiao Liu, et al, A Ce–UiO-66 Metal–Organic Framework-based Graphene-embedded Photocatalyst with Controllable Activation for Solar Ammonia Fertilizer Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202207026

https://doi.org/10.1002/anie.202207026

10. Angew: 应变松弛对2D RP相钙钛矿电池的影响

虽然钙钛矿太阳能电池（PSCs）的光伏性能已经达到商业标准，但不理想的稳定性限制了它们的进一步应用。疏水界面和封装可以阻止水和氧气的破坏，而内在残余应变引起的不稳定性仍然不可避免。国家纳米科学技术中心的周惠琼等人通过 X 射线衍射和原子力显微镜研究了二维 (2D) Ruddlesden-Popper (RP) 钙钛矿薄膜中的残余应变。

本文要点：

1）研究人员发现即使它们不在无机笼中，间隔阳离子也会导致残余应变。

2）受益于应变松弛，薄膜质量得到改善，从而抑制复合，促进电荷传输并提高效率。

3）更重要的是，应变释放器件在85%相对湿度 (RH) 的空气中保持1080小时后保持86%的初始效率；在50°C的最大功率点 (MPP) 跟踪下804小时后，仍保持初始效率的82%；在85°C下连续加热1080 小时后保持初始效率的86%。

Cheng, Q., Wang, B., Huang, G., Li, Y., Li, X., Chen, J., Yue, S., Li, K., Zhang, H., Zhang, Y. and Zhou, H. (2022), Impact of Strain Relaxation on 2D Ruddlesden-Popper Perovskite Solar Cells. Angew. Chem. Int. Ed.. 

DOI：10.1002/anie.202208264

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202208264

11. AM：多功能连续涂膜工艺用于高效稳定二元有机光伏

形成理想的体异质结 (BHJ) 形态是控制有机太阳能电池 (OSC) 中光子到电子过程的关键问题。作为 BHJ 构造中广泛使用的混合涂膜  (BC) 方法的补充，连续涂膜 (SC) 还可以为 OSC 实现相似甚至更好的形态和器件性能。浙江大学陈红征和左立见等人在三个有代表性的供体：受体 (D:A) 混合物上使用BC和SC方法，即PM6:PC71BM、PM6:IT-4F和PM6:L8-BO。

本文要点：

1）研究人员利用SC处理的有益形态在所有情况下都实现了更高的功率转换效率 (PCE)，并达到了基于PM6:L8-BO混合的18.86%（认证为 18.44%）的冠军PCE，代表了二元OSC的创纪录效率值。

2）基于相分离和垂直分布的观察，提出了溶胀-插层相分离模型以解释SC加工过程中的形态演变。此外，发现垂直相分离通过影响电荷传输和收集过程来提高器件性能，这可以通过D:A比率依赖的光伏特性来证明。

3）此外，基于SC工艺的OSC在器件光稳定性和大规模制造方面显示出优势。这项工作证明了SC方法对基于BHJ的 OSC 的多功能性和有效性。

He, C., Pan, Y., Wu, B., Xia, X., Chen, Z., Zhu, H., Ma, C.-Q., Lu, X., Ma, W., Lu, G., Zuo, L. and Chen, H. (2022), Versatile Sequential Casting Processing for Highly Efficient and Stable Binary Organic Photovoltaics. Adv. Mater.. 

DOI：10.1002/adma.202203379

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203379

12. ACS Nano：聚(离子液体)纳米囊泡模板碳纳米胶囊功能化的均匀氮化铁纳米粒子作为催化硫主体助力Li-S电池

聚离子液体(PIL)是杂原子掺杂碳材料的常见前体。尽管碳化率量相对较高，但PIL到碳的转化过程在保持纳米尺度的形态和结构方面仍面临一定挑战。近日，波茨坦大学Yan Lu，斯德哥尔摩大学Jiayin Yuan开发了一种简单的合成路线来合成结构复杂的PIL纳米囊泡为模板的碳复合纳米胶囊，其中包含嵌入碳纳米胶囊中的尺寸为3-5nm的超细氮化铁纳米颗粒。

本文要点：

1）在保护性聚多巴胺(PDA)涂层的辅助下，结合离子交换过程以引入铁物种，尽管由于大的重量损失而在一定程度上不可避免地发生尺寸收缩，但PIL纳米囊泡的中空球形形态随着热解而得以保留，并成功转移到功能性复合材料中。

2）所设计的纳米复合材料作为锂-硫电池的高效硫主体材料具有显著改善的电化学性能。研究发现，催化和导电的氮化铁纳米粒子具有丰富的活性中心，有助于循环过程中LiPS转化和Li₂S成核。

3）这种合成路线可用于制备具有类似纳米结构的其他金属化合物(氮化物、硫化物和磷化物),以用于更广泛的电化学应用，即燃料电池和超级电容器。

Dongjiu Xie, et al, Poly(ionic liquid) Nanovesicle-Templated Carbon Nanocapsules Functionalized with Uniform Iron Nitride Nanoparticles as Catalytic Sulfur Host for Li−S Batteries, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c01992

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01992