1. Nature Materials：一种宽温度范围稳定的高强度轻质应变镁合金

镁合金（ρ≈1.8 g/cm³）是所有金属结构材料中密度最低的合金，其与骨骼，硬木和玻璃纤维增强塑料（GFRP）等天然或人造结构材料类似。因此，镁合金可应用于轮胎，弹簧，密封件等对结构材料的重量和强度具有一定要求的领域。通常，这些应用的应力范围在200 MPa，且需对温度不敏感，此外，材料还应越轻越好。重量比弹性能量密度（U）可对其性能进行量化，U=σ²/2ρE，其中，σ为材料的屈服强度，ρ为密度，E为弹性模量。然而，现有的镁合金并不能同时做到高强度和低模量，且镁合金在宽温度范围内，弹性和强度也会发生变化。近日，西安交通大学的任晓兵，Yuanchao Ji等人报告了一种掺钪（Sc）的镁合金，其具有宽温度范围内稳定的模量，且同时实现了低模量和高强度的性能特点。

本文要点：

1）该工作报道了一种掺杂率为21.3 at.% Sc（Mg-21.3Sc）的Mg合金。该合金的密度为2g/cm³，在123K-298K的宽温度范围内，保持稳定的杨氏模量（20-23 GPa）和高屈服强度（200-270 MPa）。此外，该合金材料还具有超过一百万次循环的长疲劳寿命，优于各种镁合金，GFRP和高强度铝合金。

2）该工作还进一步分析了Mg-21.3Sc合金的温度不敏感性的原因，主要是由于合金中的马氏体衍生的纳米级相将过量的点缺陷（此处为Sc）掺杂到具有马氏体不稳定性的合金中，这些点缺陷充当随机场以阻止长程应变排序（即马氏体转变），从而形成稳定的纳米级马氏体相。

Chang Liu，et al，A lightweight strain glass alloy showing nearly temperature-independent low modulus and high strength，Nature Materials，2022

DOI：10.1038/s41563-022-01298-y

https://doi.org/10.1038/s41563-022-01298-y

2. Nature Nanotechnology：基于相变材料的超低能耗可编程硅基光子集成电路

光子集成电路（PICs）在近年来已经逐渐发展为一项成熟且强大的技术。与电子集成电路相比，PIC是一种集成不同光学器件和光电器件的电路，它在信息传输和处理领域有着巨大的优势，已被广泛应用于光纤通信，光神经网络，量子信息处理等领域。但目前，绝大部分的PICs都是针对某一特定应用而对其进行设计并制造的，无法适用于多种应用领域及应用场景，为解决这一问题，研究人员提出了一种硅基可编程PICs，可通过电控和温控等方式对片上光波导及其他功能器件进行重新配置，从而实现对光信号的再次调控。然而，随着PIC尺寸的增大，传统的硅基PIC调谐方法（如热光学，自由载流子色散效应等），需要较大的编程能量。基于硫族化合物的相变材料（PCM）可解决上述问题，由于其非易失性微观结构相变，复杂折射率下对比度大和CMOS兼容性等特点，PCM是构建可编程PIC的理想材料。

近日，华盛顿大学的Arka Majumdar，Zhuoran Fang等人采用最先进的纳米制造技术设计了一种高度优化的器件，该器件可通过单层石墨烯加热器对混合PCM-硅基PIC进行非易失性编程，具有极低的功耗。

本文要点：

1）该工作制备了一种利用单层石墨烯加热器进行非易失性编程的硅基PIC器件，其具有超低的编程能量密度（8.7 ±1.4 aJ /nm3），CMOS驱动电压（≤ 5 V）和电流（≤ 2.78 mA），以及高循环稳定性（超1000次）。

2）该工作还表明，石墨烯不仅是一种可靠的加热器，可以由CMOS电子器件控制，还与Si₃N₄在内的介电材料兼容，可用于任意基板。

Zhuoran Fang，et al，Ultra-low-energy programmable non-volatile silicon photonics based on phase-change materials with graphene heaters，Nature Nanotechnology，2022

DOI：10.1038/s41565-022-01153-w

https://doi.org/10.1038/s41565-022-01153-w

3. Sci. Adv.：配体失配诱导0D-2D混合维度自组装

人们通常认为混合维度材料的有序组装（比如零维纳米晶与二维纳米片）是基本上不可能的过程，这是因为无法避免产生晶相分离问题。有鉴于此，复旦大学董安钢、杨东、南洋理工大学Ran Ni等报道通过调节配体的修饰密度，因此将0D纳米晶和2D纳米片通过溶剂蒸发过程实现了规则自组装，得到宏观自支撑混合维度超晶格，具有面外和面内有序结构。

这种具有普适性的配体密度失配方法实现了解决胶体纳米片和胶体纳米晶共组装过程中的问题，成功的进行Fe₃O₄纳米晶和石墨烯纳米片进行0D/2D混合维度组装。通过0D/2D独特的结构特征，这种混合维度组装体系展示了比传统纳米晶超晶格材料更加优异的物理化学性质。这种自组装方法为不同维度、不同材料种类的材料进行模块化构建混合维度材料组装提供一种具有普适性的方法。

本文要点：

1）这种自组装过程避免产生晶相分离的关键是：0D纳米晶和疏水性2D纳米片具有相同的分子配体，但是疏水性2D纳米片的接枝分子配体密度显著低于0D纳米晶。通过这种配体密度区别，导致混合维度晶体具有类似分子识别的功能，从而促进了具有密集封盖剂的纳米晶自发的分布在接枝分子密度稀疏的纳米片之间。

2）通过理论计算，发现纳米晶形成插层的现象能够显著降低配体修饰纳米片之间的短程排斥力，因此这种自组装现象在能量上是合理的。同时，通过配体分子之间的vdW引力导致面内规则排列，能够在动力学上稳定层板形成的超晶格。

Tongtao Li, et al, Mismatched ligand density enables ordered assembly of mixed-dimensional, cross-species materials, Sci. Adv. 8, eabq0969 (2022)

DOI: 10.1126/sciadv.abq0969

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abq0969

4. Sci. Adv.：各向异性双面Janus纳米粒子集体性受阻运动态

由个体之间产生的相互作用产整体大规模现象是活性材料具有的特征，通过由连接主导的胶体粒子相互作用能够形成定向规则排列和成群结队的运动相干态。或者，通过自推进和排除体积相互作用能够导致自陷或主动相分离产生的致密团簇。有鉴于此，阿贡国家实验室Alexey Snezhko等报道了胶体颗粒通过感应电荷电泳（induced-charge electrophoresis）效应，导致胶体颗粒产生一种新型受阻运动状态。

本文要点：

1）通过实验和理论计算模型之间的结合，展示了颗粒形貌的对称性能够在一定的激发参数区间内促进流体力学辅助具有活性的粒子形成束缚态，最终产生自发集体运动受阻的运动态。

2）这种受阻的运动态与通过自我限域阻塞簇运动态不同。这种捕获静止状态过程能够保留动态变化和重新编辑结构的能力。

Jaideep Katuri, Ruben Poehnl, Andrey Sokolov, William Uspal, Alexey Snezhko*, Arrested-motility states in populations of shape-anisotropic active Janus particles, Sci. Adv. 8, eabo3604 (2022)

DOI: 10.1126/sciadv.abo3604

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abo3604

5. Nature Commun.：方铁锰矿型Ln₂O₃作为促进剂提高金属Ni碱性电催化析氢性能

Ni基催化剂的活性位点密度、固有活性和耐久性对其在工业碱性水电解中的应用至关重要。近日，天津师范大学Miao Du，Cheng-Peng Li等开发了一种促进剂，即方铁锰矿型镧系金属倍半氧化物 (Ln₂O₃)，可通过选择性高温还原将其植入金属 Ni 中，获得Ni/Ln₂O₃杂化电催化剂，实现高效的电催化析氢。

本文要点：

1）实验表明，筛选后的Ni/Yb₂O₃催化剂显示出低过电位（20.0 mV at 10 mA cm^-2）、低 Tafel 斜率（44.6 mV dec^-1）和优异的长期耐久性（360 h at 500 mA cm^-2），显著优于金属镍和基准Pt/C催化剂。

2）Ni/Yb₂O₃显著的析氢活性和稳定性归因于具有高亲氧性和热力学稳定性的 Yb₂O₃ 促进剂可以大大增加活性位点密度，降低水离解能垒，优化氢吸附自由能， 避免镍的氧化腐蚀。

该工作不仅开辟了立方方铁锰矿型 Ln₂O₃ 作为电催化促进剂的应用，而且使 Ni/Yb₂O₃ 成为了商业电解槽的有前景的正极材料。

Hongming Sun, et al. Bixbyite-type Ln₂O₃ as promoters of metallic Ni for alkaline electrocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2022

DOI: 10.1038/s41467-022-31561-4

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31561-4

6. Angew：用于高性能水系锌有机电池的二硝基苯正极中的阴离子共插入电荷存储

高活性和稳定的正极是开发高容量、快速氧化还原动力学和长寿命的水溶液有机锌电池的关键。近日，同济大学刘明贤教授报道了用于锌有机电池的高氧化还原活性硝基芳烃，使用对、间和邻二硝基苯（命名为p-、m-和o-DB）作为模型分子，包括两个连续的双电子过程。

本文要点：

1）理论计算揭示了硝基结构异构对芳香骨架的重要影响，它改变了分子内电子分布和主体能级，导致不同的亲锌活性和氧化还原动力学。研究人员综合研究阐明了阳离子Zn(OTF)⁺（三氟甲磺酸盐，OTF ^-= CF₃SO₃⁻）配合物在硝基芳烃基阴极中的两步氧化还原反应。与碱金属离子电池完全不同，这种电荷存储机制阻止硝基芳烃重新排列它们的构型并与相邻的硝基基元共享Zn²⁺,从而降低去溶剂化能量损失并在电化学反应中保持结构稳定性。

2）得益于稳定和强大的多电子氧化还原，封装在碳纳米花中的p-DB（p-DB@CF）作为有机正极提供了402 mAh g^-1的大可逆容量，以及高达25000次循环的出色稳定性，这使锌有机电池具有230 Wh kg^-1的高能量密度。此外，硝基芳烃的电化学指标可以通过调节硝基苯骨架上带有吸电子/推电子功能取代基的侧基来控制。

Ziyang Song, et al, nionic Co-insertion Charge Storage in Dinitrobenzene Cathodes  for High-Performance Aqueous Zinc−Organic Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202208821 

https://doi.org/10.1002/anie.202208821 

7. Angew：添加剂诱导Na+溶剂化的富阴离子结构在Na负极上形成富NaF固体电解质界面

高容量钠(Na)负极由于高反应性而受到枝晶生长的困扰，这可以通过诱导稳定的富NaF固体电解质界面(SEI)来克服。基于此，湖南大学马建民教授提出了一种实现Na+溶剂化的阴离子富集化结构的策略，以获得富NaF的SEI。

本文要点：

1）4-乙酰基吡啶中的吸电子乙酰基增加了Na⁺溶剂化鞘中PF₆^-的配位数，促进了PF₆^-分解为NaF。从而形成具有高机械稳定性和界面能的富含NaF的SEI，抑制了Na枝晶的生长。

2）使用含4-APD的电解质，对称Na||Na电池在1.0 mA cm^-2下超过360 h表现出优异的循环性能。同时，Na||Na₃V₂(PO₄)₂O₂F全电池也实现了增强的稳定性，在200次循环后具有高库仑效率(97%)和容量保持率(91%)。

这一工作为在SMB的Na负极上构建高效富NaF SEI提供了一个新的研究方向。

Huaping Wang, et al, Formation of NaF-rich Solid Electrolyte Interphase on Na Anode through Additive Induced Anion-enriched Structure of Na⁺ Solvation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202208506

https://doi.org/10.1002/anie.202208506

8. AM：α-MoO₃致密氧-离子阵列中氢键网络促进的无水快速质子输运

发展高功率电池化学是一项紧迫的任务，以缓解波动的可再生能源，实现可持续和灵活的电力供应。由于质子的小尺寸及其通过Grotthuss机理在水中的超高迁移率，含水质子电池作为高功率能量存储装置极具吸引力。由于水分子的氢键网络，Grotthuss的质子转移速度极快。近日，东京大学Atsuo Yamada通过实验和理论计算研究了MoO₃中的快速质子转移机制。

本文要点：

1）研究发现，与需要适应离子扩散和储存的多孔主体的常规插层化学相反，在这项工作中证明的氢键网络中的固态无水质子转移能够在密集的氧化物离子阵列中实现快速H⁺转移和累积H⁺储存，这与水中的Grotthuss机理高度相似，只是氢键网络的形成是基于晶格氧阵列和插层质子而不是水分子。事实上，质子转移能垒与Grotthuss机制的能垒相当(< 0.4 V)。

2）加上锌负极和浓缩的Zn²⁺/H⁺电解质，这种原型电池成功地超越了大多数含水锌离子电池和质子电池。因此，进一步探索具有密集和连续氧阵列并因此能够快速嵌入和转移H⁺的其他基质材料不仅对于制造高功率含水H⁺电池，而且对于使用质子的其他固态离子应用都具有重要意义。

Zihan Ma, et al, Anhydrous fast proton transport boosted by hydrogen bond network in a dense oxide-ion array of α-MoO₃, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202203335

https://doi.org/10.1002/adma.202203335

9. AM：在非水系电解质中实现无枝晶锌金属负极的表面转变

目前，在开发可充电锌电池方面仍然存在重大挑战，这主要是因为锌金属负极的较差的可逆性问题。而锌电极上的枝晶生长和析氢副反应是开发实用安全锌电池需要克服的主要障碍。近日，中科大焦淑红报道了一种低成本、环境友好的非水系电解质，用于无枝晶和无氢锌金属负极，这种电解质由廉价的锌盐、醋酸锌（Zn(OAc)₂）和低成本的绿色溶剂二甲基亚砜（DMSO）组成。

本文要点：

1）得益于锌金属负极与非质子溶剂DMSO的良好相容性和表面重构诱导的无枝晶锌沉积，Zn金属负极获得了高达99.6 %的高平均CE和高达300次循环的优异循环稳定性。

2）在初始活化过程中形成Cu-Zn合金层，有利于Zn吸附原子的表面扩散，实现无枝晶沉积。此外，采用原位EC-AFM技术直接跟踪了纳米级镀锌/剥出的形貌演变，揭示了锌金属负极的逐层生长机制和边缘溶出行为。

3）所开发的Zn||Mo₆S₈全电池具有良好的循环稳定性，循环200次后容量保持率为92.9%。本研究为实际可充电锌金属电池非水电解质的设计提供了新的思路，也为锌金属负极的生长机理提供了新的认识。

Fanyang Huang, et al, Surface transformation enables dendrite-free zinc metal anode in nonaqueous electrolyte, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202203710

https://doi.org/10.1002/adma.202203710

10. AM：用于高效、稳定和可扩展的倒置钙钛矿电池的有机空穴传输层

空穴传输层 (HTL) 是倒置 p-i-n 钙钛矿太阳能电池 (PSC) 的重要组成部分，它们在空穴的提取和传输、表面钝化、钙钛矿结晶、器件稳定性和成本方面发挥着决定性作用。目前，探索高效、稳定、高透明和低成本的HTLs对于推动p-i-n PSCs走向商业化至关重要。与无机 HTL 相比，有机 HTL 具有多种优势，例如可调带隙和能级、易于合成和纯化、溶液可加工性和总体低成本。西北工业大学Kai Wang和沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学Stefaan De Wolf等人系统回顾和总结了用于倒置 PSC 的有机 HTL，包括导电聚合物、小分子和自组装单分子层 (SAM) 的最新进展。

本文要点：

1）研究人员介绍和分析了它们的分子结构、空穴传输特性、能级和相关器件特性以及由此产生的性能。

2）提出了对倒置 PSC 中高效有机 HTL 的设计原则和未来展望的总结。本综述旨在激发新型有机 HTL 的进一步创新开发，以实现更高效、稳定和可扩展的倒置 PSC。

Yao, Y., Cheng, C., Zhang, C., Hu, H., Wang, K. and De Wolf, S. (2022), Organic Hole Transport Layers for Efficient, Stable and Scalable Inverted Perovskite Solar Cells. Adv. Mater..

DOI：10.1002/adma.202203794

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202203794

11. Nano Energy：LiNbO₃复合修饰对富锂层状氧化物阴离子氧化还原活性的调节

由于阴离子氧化还原的不可逆性，富锂层状氧化物正极存在严重的界面降解、容量衰减和电压衰减等问题。近日，上海大学张久俊院士，Bing Zhao，Yong Jiang，Xiaoyu Liu为了稳定晶格氧和提高结构稳定性，提出了LiNbO₃包覆、尖晶石异质结构和Nb⁵⁺掺杂的LiNbO₃一体化改性策略。

本文要点：

1）LiNbO₃包覆层可以保护高活性的类过氧氧不受电解液的影响，尖晶石异质结构与三维(3D)锂输运通道有助于扩散动力学。更重要的是，Nb⁵⁺掺杂在亚表面晶格中调节了局域电子构型，增强了阴离子氧化还原的可逆性。

2）包括态密度和晶体轨道重叠布居在内的理论计算结果揭示了Nb掺杂后，活性O-O二聚体在完全脱氧状态下仍然与晶体骨架配位，表现出增强的阴离子氧化还原可逆性和结构稳定性。相应的分析表明，掺杂无价电子(4d⁰)、低电负性的Nb⁵⁺阳离子可使Mn-O体系转变为大电荷转移、低d轨道斥力的电化学非活性Nb-O体系（Mott-Hubbard区）。此外，这种非活性的Nb-O体系不能提供任何Nb⁵⁺阳离子的反应电子，而O 2p轨道上的氧空穴必须隔离，从而提高了阴离子氧化还原的可逆性。

这种综合的修饰策略为理解和调节阴离子氧化还原的可逆性提供了鼓舞人心的见解，在设计高性能富锂锰基正极方面显示出巨大的潜力。

Chao Shen, Yiqian Liu, Libin Hu, Wenrong Li, Xiaoyu Liu, Yaru Shi, Yong Jiang, Bing Zhao and Jiujun Zhang, Regulating anionic redox activity of lithium-rich layered oxides via LiNbO3 integrated modification, Nano Energy, (2022)

DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107555

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107555

12. ACS Nano：二维 Verbeekite 的稳定合成：具有高迁移率和面内光学和电学各向异性的单斜PdSe₂晶体

PdSe₂具有层状结构。其原子键构型具有平面 4 重配位 Pd 原子和层内 Se-Se 键，可实现具有不同电子和量子特性的多晶型相，尤其是在原子级薄时。PdSe₂ 传统上属于正交晶系，直接合成其亚稳多晶相仍然是一个挑战。近日，美国橡树岭国家实验室Kai Xiao等报道了一种环境压力化学气相沉积方法来合成亚稳态单斜晶系PdSe₂。

本文要点：

1）单斜晶系PdSe₂是在诱导硒空位的缺硒条件下选择性合成的。第一性原理密度泛函理论计算显示这些缺陷可以降低亚稳单斜相的自由能，从而在合成过程中使其稳定。

2）单斜PdSe₂晶体的结构和组成通过扫描透射电子显微镜成像、会聚束电子衍射和电子能量损失能谱进行识别和表征。

3）单斜PdSe₂薄片的偏振拉曼光谱揭示了它们强的面内光学各向异性。电输运测量表明，单斜晶系PdSe₂表现出n型电荷载流子传导，电子迁移率高达 ∼298 cm² V^-1 s^-1 和 ∼1.9 的强平面内电子迁移率各向异性。

该工作报道的缺陷介导的生长途径有望用于其它二维过渡金属二硫化物的相选择性直接合成。

Yiyi Gu, et al. Stabilized Synthesis of 2D Verbeekite: Monoclinic PdSe₂ Crystals with High Mobility and In-Plane Optical and Electrical Anisotropy. ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c02711

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c02711