1. Nature Commun.：富S空位1T“-MoS₂结构中的电荷自调节以提高HER活性

过渡金属二硫属化物中的活泼电子态能够通过促进氢的吸收来促进析氢（HER）。然而，热力学稳定的六方2H-MoS₂作为HER催化剂的应用很大程度上受到其有限活性电子态的影响。近日，中科院上硅所黄富强研究员，Jianjun Liu提出了一种电荷自调节的概念来操纵具有S空位的1T“”MoS₂（1T“”-MoS₂-V_S）费米面上的激活电子态，以提高其HER活性。

本文要点：

1）研究人员为了验证这种电荷自调节效应，在酸性K₂Cr₂O₇水溶液中，通过局部化学反应和化学腐蚀的方法合成了1T“”-MoS₂-V_S大块晶体。

2）研究发现，引入S空位可以通过形成悬挂键来激活Mo-Mo键。被激活的Mo-Mo键可以通过增强S和H原子之间的相互作用（S-H键）来自调节电子态以促进质子的吸附。

3）实验结果显示，最优的1T“”-MoS₂-V_S表现出显著增强的电催化HER性能，在10 mA cm⁻²下的过电位仅为158 mV，Tafel斜率为74.5 mV dec⁻¹，具有良好的循环稳定性，远远超过具有S空位的2H-MoS₂（2H-MoS₂-V_S：369 mV和137 mV dec⁻¹）。

这项研究强调，TMD中固有的金属-金属键能够调节活性电子态，从而实现高效的电催化HER性能。

Guo, X., Song, E., Zhao, W. et al. Charge self-regulation in 1T'''-MoS₂ structure with rich S vacancies for enhanced hydrogen evolution activity. Nat Commun 13, 5954 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-33636-8

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33636-8

2. Nature Commun.：一锅H/D交换和低配位铁电催化丁腈在α，β-氘芳基乙胺中的氘化反应

开发一种逐步经济的方法，利用易于处理的氘源在环境条件下高效合成具有高氘比的α,β-氘芳基乙胺（α,β-DAEAs）是非常可取的。近日，天津大学张兵教授，Cuibo Liu报道了以D₂O为氘源，在室温下一锅两步将芳基乙腈转化为α，β-DAEAs，分离收率高达92%，α，β-氘比高达99%。

本文要点：

1）研究人员初步筛选出了几种典型的芳基乙腈加氢正极材料，以Fe箔为最佳材料。然后，通过α-Fe₂O₃/CP原位电还原合成碳纸(CP)负载的低配位铁纳米粒子(LC-Fe NPs)阴极，使芳基乙腈一锅氘生成α、β-DAEAs，以D₂O取代水，具有较高的收率和良好的氘率。

2）一系列的原位和非原位表征证实了α-Fe₂O₃转化为LC-Fe NPs。理论结果表明，丁腈和亚胺中间体的适度吸附和活性氢的增强形成是获得高反应效率的关键。

3）这一简便的合成策略不仅可实现多种α、β-DAEAs的高选择性合成，而且可进一步发展为具有激素调节活性的d₄-Melatonin的合成和天然产物d₄-Komavine的氘标记，具有一定的实用价值。

Li, R., Wu, Y., Wang, C. et al. One-pot H/D exchange and low-coordinated iron electrocatalyzed deuteration of nitriles in D2O to α,β-deuterio aryl ethylamines. Nat Commun 13, 5951 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-33779-8

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3. Nature Commun.：纳米限域促进CO₂在超临界水中的反应

二氧化碳（CO₂）在水中在极端压力-温度条件下的反应对地球表面以下的碳储存和运输非常重要，这对大气中的碳收支有很大影响。以前的研究主要集中在体相中的CO₂(aq)溶液，但地下水溶液往往局限于纳米尺度，而纳米限制和固液界面可能会对化学形态和反应机理产生重大影响，而人们目前在分子水平上对此知之甚少。

基于此，香港科技大学Ding Pan进行了长时间的AIMD模拟，研究了在10 Gpa和1000~1400 K温度下，石墨烯和辉石（SiO₂）纳米限域的CO₂(aq)溶液。这些P-T条件通常出现在地球的上地幔。

本文要点：

1）研究人员比较了纳米限域下的CO₂(aq)反应和在主体溶液中的反应，并研究了限域壁和受限溶液之间的弱相互作用和强相互作用如何影响化学物种形成和反应机理。

2）尽管迄今为止，人们在地球深处还没有发现石墨烯，但它提供了与辉石很好的对比。在石墨烯限制条件下，石墨烯与溶液之间不发生化学反应，而辉石中的悬挂原子则积极参与水中碳的反应，因此可以比较有无界面化学的空间限域效应。更重要的是，由于近年来二维材料的制备和表征的快速发展，实验者现在能够在石墨烯纳米限制下精细地测量水溶液的性质，因此研究也可以吸引许多后续的实验。

研究工作与地球深部的碳转化有关，也有助于人们理解碳捕获和储存过程中CO₂矿化的原子机制。

Stolte, N., Hou, R. & Pan, D. Nanoconfinement facilitates reactions of carbon dioxide in supercritical water. Nat Commun 13, 5932 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-33696-w

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33696-w

4. Nature Commun.：在受限纳米空间中快速高效地形成氢笼状水合物

笼状水合物是一种结晶固体，其特点是能够容纳大量客体分子。尽管CH₄和CO₂是自然体系中的传统客体，但由于需要施加更高的压力来稳定氢键网络，加入较小的分子(例如H₂)是具有挑战性的。此外，水合物的另一个关键限制是缓慢的成核和生长动力学。近日，阿利坎特大学Joaquin Silvestre-Albero，橡树岭国家实验室Anibal J. Ramirez-Cuesta证明了在比块体系统更低的压力(压力降低30%)下形成氢笼合物，具有极快的动力学(在几分钟内)和几乎完全的转化。

本文要点：

1）研究人员首先设计了一种多孔衬底(活性碳)，它可以在不添加添加剂的情况下促进氢笼状化合物的大量生长。其次，利用氢的渗流路径到达形核位置，以改善形核和生长动力学。

2）基于这些前提，研究人员提出了一种避免传统技术障碍的高效合成氢笼水合物的新策略。受自然的启发，甲烷水合物生长在天然沉积物的孔隙和空隙中，研究人员使用专门设计的高比表面积碳材料作为纳米反应器来促进氢水合物的成核和生长。

3）利用纳米限制效应，研究人员使用纯水生长了大量的氢水合物，几乎完成了水到水合物的转化，只需几分钟，而且比大块系统的压力低得多。因此，这一进展有望成为使氢笼形物成为一种可行储氢技术的新突破。

Farrando-Perez, J., Balderas-Xicohtencatl, R., Cheng, Y. et al. Rapid and efficient hydrogen clathrate hydrate formation in confined nanospace. Nat Commun 13, 5953 (2022)

DOI：10.1038/s41467-022-33674-2

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33674-2

5. Nature Commun.：通过掺杂态工程将p型有机电化学晶体管转换为高性能n型有机电化学晶体管

高性能的n型有机电化学晶体管（OECT）是逻辑电路和传感器所必需的。然而，n型OECT的性能远远落后于p型OECT。传统观点认为LUMO能级决定了n型性能。研究发现，与OFETs的界面掺杂特性不同，OECTs的整个聚合物膜在工作过程中被电解质高度掺杂。研究人员提出中性状态下的分子性质不能简单地决定OECTs运行过程中载流子的输运特性;然而，在掺杂状态下的电子结构和性质可能起决定性的作用。近日，北京大学Ting Lei提出了一种“掺杂态工程”策略来设计n型OECT聚合物，并有效地将典型的p型OECT聚合物转换为高性能的n型OECT聚合物。

本文要点：

1）研究人员证明了除了较低的LUMO能级外，电荷输运类型的开关机制主要是由于n掺杂后负电荷分布更加均匀，骨架平面度增强，构象稳定性更好，负极化子更加稳定。

2）这些特征使聚合物P(gTDPP2FT)在水中表现出纯n型电荷输运行为，电子迁移率高达0.35 cm2 V−1 s−1，μC*值高达54.8 F cm−1 V−1 s−1，响应速度τon/τoff = 1.75/0.15 ms。

这项工作揭示了带电态和中性态之间电子性质的显著差异，并强调了未来高性能OECT材料设计的“掺杂态工程”策略。

Li, P., Shi, J., Lei, Y. et al. Switching p-type to high-performance n-type organic electrochemical transistors via doped state engineering. Nat Commun 13, 5970 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-33553-w

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33553-w

6. Angew：耐碱防冻添加剂助力可-60°C下工作的水系Zn||Ni电池

水系碱性电池，如Zn||Ni电池，由于具有高能量密度、高安全性和低成本等优点，引起了人们的极大兴趣。然而，在碱性条件下，如果在温度低于0 °C下工作时，水溶液会结冰，循环稳定性较差，严重制约了它们的低温性能。近日，香港城市大学支春义教授，中科院深研院Chao Peng通过在1M KOH溶液中加入二甲基亚砜（DMSO）作为耐碱防冻添加剂，成功构建了一种稳定的水电解质，其最低凝固点可达-90 ℃。

本文要点：

1）在碱性条件下，DMSO还能延缓锌负极腐蚀，防止锌枝晶的形成，从而使镀锌/剥离在1mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2下可循环700 h以上。

2）所制备的Zn||Ni电池可耐受低至-60 ℃的工作温度，其0.5 C下的放电容量在-40 ℃下保持84.1%，在-60 ℃下保持60.6%。同时，在-40℃和2 C下，它可以保持600次循环，比容量保持率为86.5%。

这一工作为设计耐碱添加剂降低电解液凝固点和稳定的金属负极提供了新的机会，将推动环境适应性显著增强的水系碱性电池的发展。

Shengmei Chen, et al, Alkaline Tolerant Antifreezing Additive Enabling Aqueous Zn||Ni Battery Operating at -60 °C, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202212767

https://doi.org/10.1002/anie.202212767

7. Angew：混合机器学习解开锂硫电池的降解化学奥秘

不断增长的能源需求使追求可持续能源技术成为全球当务之急。新兴可充电电池的发展常受到人们对在巨大空间中由缠结图案组成的有限化学理解的严重阻碍。

近日，电子科技大学彭翃杰将时间序列分解和递归神经网络（RNN）相结合，提出了一种可解释的混合机器学习（ML）框架，用以揭示锂硫（Li-S）电池的容量衰减过程。

本文要点：

1）通过对动态特征的预训练工程，以适应电池之间的差异，并结合将单个电池聚集成组的静态特征，所开发的混合模型实现了以令人印象深刻的低预测误差（8.9 %的寿命终止预测）来预测电池衰减。此外，与通常由黑盒模型组成并提供有限见解的传统电池预测ML不同，混合ML框架更侧重于丰富物理理解。

2）通过特征重要性排序进行的更深入的机理分析，研究人员揭示了一个尚未报道的性能指标（首次放电时电解质与高压区容量的比率）来表征Li–S电池的循环性能，该指标比广泛认可的指标（即电解质与硫(E/S)的比率）更有效。从而阐明了实用锂硫电池的合理设计和参数优化。

3）这些发现突出了可解释ML的有效性，它不仅揭示了复杂电池化学中的隐藏模式，还将学到的模式转化为可理解的知识。由此可见，这种可解释的混合ML框架在简化实际锂电池和其他新兴复杂系统的验证和设计方面具有巨大应用潜力。

Xinyan Liu, et al, Untangling Degradation Chemistries of Lithium–Sulfur Batteries Through Interpretable Hybrid Machine Learning, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202214037

https://doi.org/10.1002/anie.202214037

8. AM：在硅晶圆上生长的准悬浮石墨烯

石墨烯在绝缘体上的直接生长提供了晶圆级的均匀性，这对电子和光电应用是至关重要的;然而，到目前为止，这仍然是一个挑战，因为它需要一种与金属完全不同的生长模式。北京大学刘忠范教授、苏州大学孙靖宇、Lizhen Huang、国家纳米科学中心高腾以及中国石油大学(华东) Wen Zhao等使用界面解耦化学气相沉积策略演示了在Si晶圆上无金属催化剂的准悬浮石墨烯生长。

本文要点：

1）在生长过程中采用较低的H₂用量和同时引入甲醇，可以有效减弱合成的石墨烯与底层基体之间的相互作用。因此，生长模式可以进行微调，产生具有晶圆级均匀性的单层石墨烯薄膜。

2）这样，在4英寸Si晶圆上生长的石墨烯可以实现无需转移制备高性能石墨烯场效应晶体管阵列，其电荷中性点几乎没有移位，表明石墨烯具有准悬浮特性。此外，载流子迁移率可达15000 cm² V^‒1 s^‒1。本研究有望为实际石墨烯器件中硅片级高质量介电石墨烯的合成提供有意义的见解。

Ci, H., et al, Transfer-Free Quasi-Suspended Graphene Grown on a Si Wafer. Adv. Mater.

DOI: 10.1002/adma.202206389

https://doi.org/10.1002/adma.202206389

9. Nano Letters：解析用于快充锂金属负极电镀的电流依赖机制

较差的快速充电性能严重制约了可充电锂金属负极的应用。揭示充电速率、电镀机制和锂形态之间的关系可以实现快速充电解决方案。基于此，斯坦福大学鲍哲南院士，崔屹教授报道了开发了一种结合电分析和纳米尺度表征的方法来解决锂电镀机制和形态的电流依赖机制。

本文要点：

1）通过固体电解质界面(SEI)的Li⁺传输的测量表明，低电流在掩埋的Li||SEI界面诱发电镀，但是高电流在新鲜的Li | |电解质界面引发SEI击穿和电镀。后一种途径可以在极高的电流下诱导{110}面Li的均匀生长，这表明单独的离子传输限制不足以预测Li形态。

2）在电池相关的快速充电倍率下，高于临界电流密度的SEI击穿会产生有害的形态和较差的循环性能。因此，防止电解质中的自击穿和缓慢离子传输是至关重要的。这种机理上的见解可以为进一步的电解液工程和锂金属电池快速充电协议的定制提供信息。

David T. Boyle, et al, Resolving Current-Dependent Regimes of Electroplating Mechanisms for Fast Charging Lithium Metal Anodes, Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02792

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02792

10. Nano letters: 动态共价化学桥的电荷传输

永久多孔、二维和三维（2D和3D）有序聚合物（OP；通常称为共价有机或金属-有机框架、COF和MOF）是一类高度模块化的新兴功能材料。但是，有序聚合物的化学结构和电导率之间的关系很难用大块样品来探测。鉴于此，南加州大学Inkpen Michael S.、韦恩州立大学Liu Zhenfei提出，适当分子尺度模型的电导测量可以揭示重复单元之间电子耦合的趋势，这可能有助于OP设计。

本文要点：

1) 作者应用扫描隧道显微镜的断裂连接（STM-BJ）方法来研究包含OP相关亚胺、咪唑、重氮硼酸盐和硼酸酯动态共价化学桥的单分子的传输性质。值得注意的是，在溶液中稳定的硼基化合物在原位离解需要在高度惰性手套箱气氛下测量。

2) 作者发现结电导与桥原子之间的电负性差异呈现负相关性，而第一原理计算进一步揭示了硼酸酯结透射本征通道中不同的结结构。

Zelin Miao et.al Charge Transport Across Dynamic Covalent Chemical Bridges Nano Letters (2022)

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03288

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03288

11. AEM综述：电池中锂金属阳极的工作原理

锂金属电池被认为是下一代储能系统电池之一。然而，锂阳极中的枝晶生长是实际能量密度低、寿命短和安全性能差的罪魁祸首。抑制锂枝晶生长的策略大多在材料级纽扣电池中进行，而其在器件级电池中的有效性仍在争论中。为了实现锂金属电池的实际应用，必须解决电池中的树枝晶问题。鉴于此，清华大学张强、南京信息工程大学李敬发、东南大学程新兵对电池中锂金属阳极的工作原理进行了综述

本文要点：

1) 本文综述了实用囊式电池中锂金属阳极的失效机理和调控策略。首先，强调了材料级纽扣电池和器件级电池之间的差距。着重关注器件级锂金属电池失效机理的机理理解和定量讨论。

2) 随后，综述了最近提出的抑制电池树突生长的策略。以及电池的最新电化学性能，尤其是备受关注的电池级能量密度和寿命。本综述旨在总结对电池锂金属阳极的科学和工程理解，并为锂金属电池的实际应用提出一些新的见解。

Liu, H., Sun, X., Cheng, X.-B., Guo, C., Yu, F., Bao, W., Wang, T., Li, J., Zhang, Q., Working Principles of Lithium Metal Anode in Pouch Cells. Adv. Energy Mater. 2022, 2202518.

DOI: 10.1002/aenm.202202518

https://doi.org/10.1002/aenm.202202518

12. ACS Nano: 多孔钛合金改善关节假体的肌肉再生

全关节置换术 (Total joint replacement, TJR) 被广泛用作重建严重关节疾病的有前景的治疗方法，但其特点通常是骨骼肌与金属关节假体的附着严重丧失，导致纤维瘢痕组织形成和随后的运动功能障碍。组织工程技术可能为骨骼肌再生为金属关节假体提供潜在的策略。

鉴于此，上海交通大学医学院杨驰、郑吉驷、邹多宏等人将电泳沉积 (EPD) 涂覆碳纳米管 (CNT) 和介孔二氧化硅纳米粒子 (MSN) 的多孔钛 (Ti) 合金支架设计为机械生长因子 (MGF) 载体。

本文要点：

1）这种两层涂层具有纳米结构的拓扑结构、优异的 MGF 负载和通过共价键结合的延长释放性能，可改善多孔钛合金支架中的成肌细胞粘附、增殖和成肌分化，而无细胞毒性。Akt/mTOR 信号通路在这一过程中起着关键作用。

2）此外，体内研究表明，支架促进肌肉生长，而不是纤维化组织进入多孔钛合金结构，并改善肌肉衍生的机械性能、卫星细胞的迁移，以及可能的免疫调节。总之，这种纳米材料涂层支架提供了一个实用的生物材料平台，用于再生假体周围肌肉组织，并恢复与自然关节相当的运动功能。

Improved Muscle Regeneration into a Joint Prosthesis with Mechano-Growth Factor Loaded within Mesoporous Silica Combined with Carbon Nanotubes on a Porous Titanium Alloy. ACS Nano 2022.

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04591