1. EES: 二钾方酸实现高效正极补钾和界面稳定性改善

钾离子电池的贫钾状态和首周不可逆的钾损失使得其能量密度和循环寿命受到严重限制。在电池装配之前进行正极预钾化是有效解决该问题的方法，但是预钾化又会面临着高安全风险和高成本等问题。近日，澳大利亚悉尼科技大学汪国秀、Bing Sun, 北京大学郭少军以及湖南大学Xiuqiang Xie等利用二钾方酸（K₂C₄O₄）作为自牺牲预钾化试剂实现了对钾离子电池正极材料的高效安全补钾。

本文要点：

1）研究人员将廉价环保的K₂C₄O₄用作钾离子电池正极自牺牲预钾化试剂。半电池测试表明K₂C₄O₄辅助的P2型K_0.5MnO₂复合正极材料的首周库伦效率提高至93.5%而空白对照的K_0.5MnO₂正极首效仅为53.6%。复合正极循环300周后的容量保持率高达91.6%。

2）研究人员借助后期多种分析手段发现K₂C₄O₄会在正极材料表面分解形成薄而致密的含氟正极-电解质界面。这能够提高循环过程中的界面稳定性和反应动力学。凭借出色的补钾性能，当K_0.5MnO₂正极与不含钾的软碳负极匹配为全电池后，K₂C₄O₄添加剂能够协助使得全电池的能量密度提高三倍。

Shuoqing Zhao et al, High-Efficiency Cathode Potassium Compensation and Interfacial Stability Improvement Enabled by Dipotassium Squarate for Potassium-ion Batteries, Energy Environmental Science, 2022

DOI: 10.1039/D2EE00833E

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2022/EE/D2EE00833E

2. JACS：Cu-UiO-66的NH₃吸附

MOF材料的活性位点能够非常显著的控制或影响其吸附和催化性质，但是揭示底物与活性位点之间的原子尺度相互作用具有非常大的挑战。有鉴于此，曼彻斯特大学杨四海（Sihai Yang）、Martin Schröder等报道在含有开放Cu(I)、Cu(II)和原子分散缺陷等结构的UiO-66材料中直接观测NH₃的吸附行为。

本文要点：

1)发现合成的一系列具有类似表面积（1111-1135 m² g^-1）的UiO-66，但是发现当缺陷型UiO-66的-OH位点修饰Cu(II)，导致UiO-66-Cu^II比缺陷型UiO-66的273 K 1 bar的NH₃等温吸附性能提高43 %，由11.8 mmol g^-1提高至16.9 mmol g^-1。在298 K温度对630 ppm NH₃的动态吸附性能由2.07 mmol g^-1提高至4.15 mmol g^-1。

2)通过原位中子粉末衍射、非弹性中子散射、ESR、NMR、FTIR等表征方法，并且结合模型建模，发现UiO-66-Cu^II具有更高NH₃吸附能力是因为Cu^II…NH₃相互作用，同时导致Cu^II结构能够在近线性结构与三角配位之间可逆转变。这项工作首次展示含有开放结合位点的MOF骨架在结合NH₃的过程中的结构变化情况，为发展具有NH₃捕获和存储能力的新型MOF材料结构提供机会。

Yujie Ma, et al, Direct Observation of Ammonia Storage in UiO-66 Incorporating Cu(II) Binding Sites, J. Am. Chem. Soc. 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00952

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c00952

3. Angew: 通过电解液设计提升室温钠硫电池循环性能

室温钠硫电池具有能量密度高和成本低廉的特点，是一种颇具前景的储能体系。但是在当前研究中室温钠硫电池面临着可逆容量低、自放电严重和循环性能有限等问题。这些问题主要是由于缺乏与电极高度兼容的电解液体系导致。在醚类和酰胺类电解液中硫正极经历“固-液-固”反应历程，可溶多硫中间体的存在会形成穿梭效应，降低库伦效率并造成容量衰减。虽然在碳酸酯电解液中钠硫电池可以通过“固-固”转化的方式避免穿梭效应，但是由多硫阴离子和碳酸酯分子形成的电极-电解液界面层不可控，易造成硫正极失活和容量衰减。近日，清华大学李宝华教授、康飞宇教授和悉尼科技大学汪国秀教授联手开发出一种全氟电解液用于室温钠硫电池，可以有效提升室温钠硫电池的循环性能。

本文要点：

1) 作者以2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺（FDMA）为溶剂，以1,1,2,2-四氟乙基甲基醚（MTFE）为反溶剂，以氟代碳酸乙烯酯（FEC）为添加剂配置1 M NaTFSI电解液，其中FDMA:MTFE=1:1 (v:v)，FEC添加量为1 wt%；

2) 通过径向分布函数和分子动力学模拟计算可知该电解液中溶剂化结构为聚集体形式（AGG），一个钠离子与1.6个FDMA分子和1.02个TFSI阴离子配位，形成了类似于局部高浓电解液的溶剂化结构。该电解液可以在硫正极形成富含NaF和Na₃N的正极-电解液界面层（CEI），使得硫正极经历准固相转化从而消除穿梭效应。MTFE的加入不仅避免了多硫化物穿梭，也使得电解液对钠金属负极更加兼容且不易燃烧；

3) 硫正极在该电解液体系中以0.1 C倍率运行，首周可逆比容量为1114 mAh/g，循环两百周后容量保持率高达65%，库伦效率约为99.5%。

J. Wu, et al. Rational electrolyte design toward cyclability remedy for room–temperature sodium–sulfur batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2022

DOI: 10.1002/anie.202205416

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202205416

4. AM：绝缘衬底上超长石墨烯纳米带的催化生长

几纳米宽度的石墨烯纳米带（GNR）具有结构可调的带隙、超高的载流子迁移率和优异的稳定性，是未来纳米电子应用的潜在候选者。然而，在绝缘衬底上直接生长微米长的GNR仍然是一个巨大的挑战，这是制造纳米电子器件所必需的。近日，上海交通大学史志文特别研究员，Shiyong Wang，韩国基础科学研究所Feng Ding，特拉维夫大学Oded Hod利用纳米粒子催化化学气相沉积(CVD)，成功在绝缘六方氮化硼(h-BN)衬底上外延生长GNRs。

本文要点：

1）合成了长度可达10μm的超窄GNR。值得注意的是，生长的GNRs与h-BN衬底在结晶学上对准，形成了一维(1D)莫尔超晶格。扫描隧道显微镜显示，在导电石墨衬底上生长的类似GNR的平均宽度为2 nm，典型禁带宽度为1 eV。

2）完全原子化的计算模拟证实了实验结果，揭示了在成核阶段GNRs和碳纳米管(CNTs)的形成以及在整个生长阶段GNRs在h-BN衬底上的范德华滑动之间的竞争。

这项研究提供了一种可扩展的、一步法在绝缘衬底上生长微米长的窄GNR，从而为探索高质量GNR器件的性能和一维莫尔超晶格的基础物理开辟了一条途径。

Bosai Lyu, et al, Catalytic growth of ultralong graphene nanoribbons on insulating substrates, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202200956

https://doi.org/10.1002/adma.202200956

5. AM：一种多功能蛋白质结合剂构建的坚固人工相助力高电压钠离子电池正极材料

电极/电解质界面不稳定、反应动力学迟缓、过渡金属(TM)溶解等问题一直是影响钠离子电池正极材料循环性能的重要因素。近日，中南大学张治安教授，Yanqing Lai，香港城巿大学Hongyan Sun开发了一种多功能的蛋白质粘合剂-丝胶蛋白/聚丙烯酸(SP/PAA)，其显示出了解决这些问题的独特物化性质。

本文要点：

1）交联SP和PAA之间的高亲水性和强氢键相互作用导致粘合剂层的均匀涂覆，并用作高电压Na₄Mn₂Fe(PO₄)₂P₂O₇正极材料(NMFPP)上的人工界面。

2）通过系统的实验和理论计算，研究人员发现，SP/PAA粘合剂在高电压下具有是电化学稳定性，并且由于丝胶蛋白和电解质阴离子ClO₄^-之间的相互作用而具有增加的离子电导率，这可以提供额外的钠迁移路径，同时大大降低了能垒。此外，粘结剂与NMFPP之间的强相互作用力可以有效地保护正极免受电解液腐蚀，抑制锰的溶解，稳定晶体结构，保证循环过程中电极的完整性。

3）得益于这些优点，基于SP/PAA的NMFPP电极表现出增强的倍率和循环性能。值得注意的是，研究人员在Na₃V₂(PO₄)₂F₃上进一步证实了SP/PAA粘合剂的通用性。

这种多功能的蛋白质基粘合剂对高性能电池的开发具有启发意义

Huangxu Li, et al, Robust Artificial Interphases Constructed by a Versatile Protein-Based Binder for High-Voltage Na-Ion Battery Cathodes, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202202624

https://doi.org/10.1002/adma.202202624

6. AM：生物模板化的单原子Fe-N介体促进双向硫氧化还原助力耐用Li−S电池

锂-硫（Li-S）电池具有高能量、低成本等优点，被认为是用于下一代电化学储能系统的候选电池。尽管如此，其发展仍然受到严重的多硫化物穿梭效应和反应动力学缓慢的困扰。尽管单原子催化剂（SACs）已成为加速硫氧化还原反应的有效手段，但单原子负载量一般、原子利用率低、催化途径难以捉摸等问题仍然比较严峻。

近日，苏州大学孙靖宇教授利用硅藻土模板法，成功将单原子Fe-N₂物种分散在生物形态三维层状C₃N₄载体（3DFeSA-CN）上，其载铁量为6.32 wt%。这样的生物模板策略防止了碳质载体的堆积，从而显著提高了Fe负载量和原子利用率。

本文要点：

1）所制备的3DFeSA-CN继承了硅藻土模板独特的层次化结构，不仅促进了离子/电子的传输，而且减少了体积变化，从而在电化学循环过程中保持了电极的完整性。更可喜的是，具有不饱和配位环境和偏离电子结构的Fe-N₂部分可以显著增强LiPSs的化学吸附和催化转化，最终促进氧化还原动力学，缓解穿梭效应。

2）由于同时优化了SACS的碳载体和配位环境， 3DFeSA-CN表现出优异的电催化活性，研究人员通过电动测量和理论计算阐述了这一点。结果表明，S@3DFeSA-CN正极材料具有优异的电化学性能，0.2 C下的比容量为1363.5 mAh g⁻¹，3.0 C下的比容量为783.0 mAh g⁻¹。它还可以在1.0 C下循环2000次，保持高容量，衰减可以忽略不计，仅为0.031%。此外，硫负载量为5.75 mg cm^-2的锂-硫电池的面容量为6.18 mAhc m⁻²。

Yifan Ding, et al, Enhanced Dual-Directional Sulfur Redox via Biotemplated Single-Atomic Fe-N₂ Mediator Promises Durable Li−S Batteries, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202202256

https://doi.org/10.1002/adma.202202256

7. AEM：缺陷辅助的电子隧穿用于低过电位下通过光电化学将CO₂还原为乙醇

太阳能驱动的光电化学（PEC）二氧化碳（CO₂）还原反应（CO₂RR）是一种很有吸引力的方法，它综合了利用电场来改善电荷分离和应用光照射界面来增强活性的优点，可以将CO₂催化转化为增值化学品。近日，复旦大学郑耿锋教授制备了一种具有电子隧道的Si/ZnO/Cu₂O p-n-p异质结势阱，用于选择性光电化学CO₂RR制备乙醇。

本文要点：

1）这种异质结是通过在富含缺陷的p型Cu₂O纳米颗粒和纳米多孔p型Si之间生长n型ZnO纳米片形成的。由于这种势阱的存在，光生电子在低偏压下借助于0.6 V的内建电势被俘获并积累在n-ZnO内部，并逃逸到Cu₂O缺陷带中。

2）在模拟太阳光下，Si/ZnO/Cu₂O光电阴极表现出0.2 V的启动电位（vs.RHE），用于水中光电化学CO₂RR。由于隧穿中受限的电子能量，产物选择性基本上从CO或甲酸盐变为乙醇，乙醇的法拉第效率在0 V时超过60%。

这项研究通过能带工程来调节电子能量，用于选择性光电化学CO₂RR。

Miao Kan, et al, Defect-Assisted Electron Tunneling for Photoelectrochemical CO₂ Reduction to Ethanol at Low Overpotentials, Adv. Energy Mater. 2022

DOI: 10.1002/aenm.202201134

https://doi.org/10.1002/aenm.202201134

8. AFM: 细胞膜启发的石墨烯纳米网膜用于快速分离水包油乳液

由于石墨烯与水的低摩擦和极薄性能，石墨烯在制备具有快速水传输的高性能膜方面表现出迷人的前景。然而，对于石墨烯组装的膜，每个穿过膜的分子都应该绕过许多石墨烯片，这延长了分子路径并增加了传质阻力。于此，受细胞膜的启发，伦敦大学学院Marc-Olivier Coppens和Yanan Liu制造了一种石墨烯纳米网 (GNM) 膜，包括具有亲水门的水通道蛋白，用于选择性传输和和疏水通道，可降低与水的摩擦，从而实现快速的水传输，以及亲水聚合物刷上膜表面抗污染。

本文要点：

1）GNM 是通过在氧化石墨烯 (GO) 纳米片上蚀刻纳米孔来合成的，以显著缩短水传输通道，而疏水性石墨烯片则导致低水摩擦；结合起来，实现了超快速、选择性的水通量。

2）此外，亲水性聚合物壳聚糖用于修饰GNM以构建水合层，从而抑制污垢接触膜表面。因此，受细胞膜启发的石墨烯纳米网膜的渗透率几乎达到 4000 L m^-2 h^-1 bar^-1，约为 GO 膜渗透率的 260 倍，并且该膜在分离各种表面活性剂稳定的水包油乳液方面表现出优异的防污性能。

Liu, Y., Coppens, M.-O., Cell Membrane-Inspired Graphene Nanomesh Membrane for Fast Separation of Oil-in-Water Emulsions. Adv. Funct. Mater. 2022, 2200199.

https://doi.org/10.1002/adfm.202200199

9. Nano Energy：自下而上双层协同优化稳定平面钙钛矿太阳能电池

钙钛矿与电子传输层（ETL）之间的界面缺陷和能垒严重阻碍了钙钛矿太阳能电池（PSC）效率和稳定性的进一步提高。因此，迫切需要开发多功能界面调制器来管理钙钛矿和 ETL 之间的界面。吉林大学Yanjie Wu, Biao Dong以及Hongwei Song等人开发了一种多功能自下而上的双层界面调制策略，即 2,2'-[[12,13-Bis(2-丁基辛基)-12,13-dihydro-3,9-dinonylbisthieno[2 '',3'':4',5']噻吩并[2',3':4,5]吡咯并[3,2-e:2',3'-g][2,1,3]苯并噻二唑-在 SnO₂/钙钛矿界面可实现PSC的高效率和出色的稳定性。 

本文要点：

1）BTP-eC9可有效防止FTO与钙钛矿的有害接触，通过格式化级联能级结构构建两条电子传输路径，消除载流子复合概率，改善界面载流子转移。

2）化学上，BTP-eC9不仅可以钝化未配位的Sn离子，表现出高电导率和大的光生载流子传输效率，而且可以通过自下而上的钝化过程有效钝化底层钙钛矿缺陷，提高成核和结晶动力学。

3）钙钛矿薄膜。基于上述高效协同作用，两步法在没有任何封装的情况下，获得了高达 23.10% 的功率转换效率 (PCE)，并且在环境大气中 8000 小时后保留了其原始 PCE 的 90%。

4）此外，通过一步法获得了23.75%的冠军 PCE，具有1.25 V 的超高开路电压（VOC），该 VOC 是带隙约为1.60 eV 的钙钛矿薄膜的最高值，表明这一战略的有效性和普遍性。该研究指导了ETL的设计方法，以通过界面工程提高PSC的PCE。

BinLiu, et al. Simultaneous Bottom-Up Double-layer Synergistic Optimization by Multifunctional Fused-Ring Acceptor with Electron-Deficient Core for Stable Planar Perovskite Solar Cells with Approaching 24% Efficiency, Nano Energy, 2022

DOI：10.1016/j.nanoen.2022.107368

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285522004463#!

10. ACS Nano：仿生燕窝结构：一种轻质高强隔热材料

为了减少碳排放和建筑物的承重压力，同时实现更好的节能，一个常见的方法是制备多孔镁基轻质复合材料，以减少废物和环境危害。然而，由于内应力的作用，传统轻质复合材料的气孔容易开裂和坍塌，导致复合材料脆性较大，耐水性较差。这些材料不能同时达到低密度和高强度，这限制了它们在先进功能材料中的应用。近日，通过大自然，受燕窝的启发，中南林业科技大学Yingfeng Zuo，Yiqiang Wu提出了一种简单、快速的化学排列和组装方法。

本文要点：

1）以竹屑为载体，以甲基纤维素分子链为模板，在甲基纤维素分子链上生长并排列出5相晶体。这些晶体通过化学方法排列在竹片上，MC起到了桥梁作用。同时，利用醋酸乙烯/乙烯(VAE)共聚乳液的高粘度和弹性，以及VAE与水化产物形成醋酸镁螯合物，可以组装晶体和竹片。

2）通过这些有机−无机共聚物，形成了插层整合的仿生燕窝结构。仿生燕窝结构复合材料（BSNSC）模拟了自然燕窝的形成过程。它是一种轻质材料，壁厚，连通率低，形状规则。其密度为0.42 g/cm³，仍处于超轻无机泡沫材料的密度级，抗压强度达到6.5 Mpa，是普通复合材料的3倍。该结构的强度重量比是普通复合材料的3.5倍，导热系数远低于其他保温材料。

这种高强度、高隔热、低密度的轻质复合材料不仅是一种很好的建筑节能材料，而且在航空航天领域也是一种性能极佳的隔热材料。

Long Zheng, et al, Biomimetic Swallow Nest Structure: A Lightweight and High-Strength Thermal Insulation Material, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c01451

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c01451

11. ACS Nano：多界面N掺杂MXene/HCFG/AgNW薄膜用于多模能量转换穿戴式电磁屏蔽器及其医疗监护性能

随着现代电子技术要求的不断提高，在集成功能应用的同时，为了保护智能电子设备在各种条件下不受电磁干扰(EMI)辐射，人们普遍希望使用性能优异的电磁干扰屏蔽材料。迄今为止，如何有效地构建具有多种结构的薄膜作为集成屏蔽器件仍然是一个巨大的挑战。近日，同济大学Wei Lu，Zhen Xiang通过简单的交替分层沉积(ALD)方法制备了一种由自由取向N掺杂Mxene（Ti₃CNT_x）/氧化石墨烯包裹的中空碳纤维(HCFG)和银纳米线(AgNW)层组成的多界面组装薄膜。

本文要点：

1）得到的Ti₃CNT_x/HCFG/AgNW层状膜(LMHA)由三个独立的导电网络组成，具有厚度可控，出色的柔性以及高导电性等优点。在连续导电网络和多孔结构的协同作用下，不仅解决了一维纳米线和二维片尺寸不匹配的问题，而且掩盖了低维多孔结构带来的劣化，从而为薄膜带来了优异的电磁干扰屏蔽性能。同时，该架构进一步满足了更好的多功能集成的需求。

2）为了最大限度地提高电磁波的衰减性能，进行了退火热处理。最后，通过简单的喷涂将制备的薄膜包裹上一层PDMS，赋予所制备的薄膜疏水性作为器件(p-LMHA)，以便在不同的条件下长期使用。因此，柔性器件表现出具有有效导热层的分级多界面结构，从而产生超快的电热和光热响应。此外，构建连续的AgNW作为敏感层，使设备具有医疗监测能力。

3）正如预期的那样，组装的薄膜表现出不断增加的导电性、出色的电磁干扰容量、快速的电/光热响应以及良好的变形应变传感。P-LMHA复合薄膜具有优异的导电性、高的SSE/t、超薄的尺寸和良好的柔韧性，使其在多功能集成的耐磨EMI屏蔽设备中具有极大的应用前景。

Yuyang Shi, et al, Multi-interface Assembled N‑Doped MXene/HCFG/AgNW Films for Wearable Electromagnetic Shielding Devices with Multimodal Energy Conversion and Healthcare Monitoring Performances, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c00448

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c00448