1. JACS：Fe-N-C提高燃料电池负载铂纳米粒子的稳定性

分散在炭黑上的铂基纳米颗粒耐久性差是长寿命聚合物电解质燃料电池应用面临的挑战。最近的研究表明，Fe和N共掺杂碳（Fe-N-C）比传统的高比表面积碳具有更高的性能。近日，香港科技大学邵敏华通过Fe-N-C提高燃料电池负载铂纳米粒子的稳定性。

本文要点：

1) 在酸性和碱性介质中，Pt/Fe-N-C催化剂在电位循环过程中的电化学表面积保持率远优于商业Pt/C催化剂。原位电感耦合等离子体质谱研究表明，循环过程中Pt/Fe-N-C的Pt溶解速率比Pt/C小3倍。

2) 密度泛函理论计算进一步表明，Fe–N–C衬底可以为Pt纳米颗粒提供强大而稳定的支撑，并通过电子结构调控能够减轻氧化物的形成。强的金属-基底相互作用，加上较低的金属溶解速率和高度稳定的载体，是Pt/Fe-N-C稳定性显著增强的原因。这一发现突出了碳载体选择对于实现燃料电池用更持久的铂基电催化剂的重要性。

Xiao Fei et al. Fe–N–C Boosts the Stability of Supported Platinum Nanoparticles for Fuel Cells. JACS 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c08305

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08305

2. JACS：Au作为F的代替品：以UAu₆ vs UF6为例

六氟化铀（UF₆）是核工业中最重要的分子，因为它用于浓缩铀以生产核反应堆燃料和核武器裂变材料。因此，人们对理解UF₆及其衍生物的化学性质产生了浓厚的兴趣。然而，由于含铀分子的复杂电子结构、多重氧化态以及强相对论和自旋-轨道耦合效应，对其化学性质的更深入理解仍然具有挑战性。例如，虽然UCl₆^–和UF₆^–都已通过阴离子光电子能谱进行了研究，并且UCl₆^-的绝热电子亲和力（EA）已被测量为5.3 eV，但UF₆^-的EA却没有，尽管它可能更高。近日，巴尔的摩大学Kit H. Bowen、弗吉尼亚联邦大学Puru Jena、华盛顿州立大学Kirk Peterson通过使用Au作为F的替代物来更好地理解UF₆和UF₆^-。

本文要点：

1) 阴离子光电子能谱和第一原理量子化学被用来证明金在多大程度上可以替代UF₆及其阴离子中的F。与UF₆不同，UAu₆表现出强烈的配体-配体（即Au-Au）相互作用，导致三种低级异构体，其中两种是三维的，而第三种异构体具有环状准二维结构。

2) 此外，所有UAu₆异构体都有开壳电子，几乎所有情况下都位于中心U原子上。绝热电子亲和力和垂直脱离能分别为3.05±0.05和3.28±0.05 eV，这与计算结果非常吻合。

Rachel M. Harris et al. Au as a Surrogate for F: The Case of UAu6 vs UF6. JACS 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c08231

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08231

3. JACS：阐明局部和非局部速率增强机制在等离子体催化中的作用

等离子体金属纳米颗粒（例如，Ag、Au和Cu）构成了一类通过激发局域表面等离子体共振（LSPR）与光相互作用的材料。与没有照明的系统相比，照明等离子体纳米颗粒催化剂上的化学反应速率显著提高。有两种机制被提出来解释LSPR诱导的化学反应性。一种机制假定反应物的局部等离子体激元诱导的热电荷载体介导的活化，而另一种机制假设催化剂的LSPR诱导的平衡加热，导致能量转移到吸附的反应物并使其发生化学反应。鉴于此，美国密歇根大学Suljo Linic对局部和非局部速率增强机制在等离子体催化中的作用进行了阐明。

本文要点：

1) 作者开发了一种适合于准确原位催化剂温度和动力学反应速率测量的装置。在α-Al₂O₃负载的等离子体单金属Ag纳米粒子催化剂上CO氧化反应的研究中，作者使用此装置研究了LSPR诱导的速率增强，并探索了不同的Ag负载量和聚集水平。

2) 催化剂的平衡加热不能完全解释光诱导的等离子体速度增强。即使对于高负载和聚集的银纳米粒子也是如此，其中平衡加热显著增加。通过分析发现，与通过反应物的电子激发或反应物的光热加热（高度局部化于单个纳米颗粒）引起的吸附质（反应物）的等离子体激元诱导活化相关的局部效应在驱动LSPR诱导的化学反应中起着关键作用。

Rachel C. Elias, and Suljo Linic. Elucidating the Roles of Local and Nonlocal Rate Enhancement Mechanisms in Plasmonic Catalysis. JACS 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c08561

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08561

4. JACS：PNP型单分子结中的偶极调制电荷输运

电子和光电子器件中的能带工程对工业半导体的应用具有重要意义，它可以决定器件的功能和性能。就宏观器件而言，许多功能器件，如双极结晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET），可以通过适当的能带调控，可以获得高性能和开关导通比。因此，通过能带工程实现的PNP结构广泛被应用于各种电子和光电子器件中。近日，中科院高希珂、南开大学贾传成、郭雪峰对PNP型单分子结中的偶极调制电荷输运进行了研究。

本文要点：

1) 作者成功地构建了PNP型单分子结，并在单分子水平上探索了PNP结构的固有特性。背对背的天蓝分子被设计为具有相反的∼1.7D偶极矩，证明已经形成PNP型单分子结。

2) 结合理论和实验研究，发现本征偶极子可以有效地调节单分子电荷输运和相应的势垒。这种在单分子水平上的能带调控和电荷传输调节有利于对分子电荷传输机制的深入理解，并为高性能分子纳米电路的实际应用开发提供了重要见解。

Li Mingyao et al. Dipole-Modulated Charge Transport through PNP-Type Single-Molecule Junctions. JACS 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c08664

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c08664

5. JACS：阳离子的性质严重影响负电荷二氧化硅界面水

了解带电表面上离子的集体行为对于地质和电化学过程至关重要。离子屏蔽了表面电荷，界面场破坏了表面附近的中心对称性，这些可以通过二阶非线性光谱进行探测。基于泊松-玻尔兹曼方程的平均场模型半定量地解释了电解质浓度对非线性光学响应的影响。然而，为了解释先前报道的离子特异性对光谱响应的影响，需要理解界面性质中的剧烈离子特异性变化，包括表面酸度和介电常数，或强离子吸附/解吸。近日，马克斯·普朗克聚合物研究所Johannes Hunger、格拉茨技术大学Douwe Jan Bonthuis、维也纳大学Ellen H. G. Backus研究了阳离子的性质对负电荷二氧化硅界面水的影响。

本文要点：

1) 作者使用和频产生（SFG）光谱来探测不同浓度的碱金属氯化物溶液（LiCl、NaCl、KCl和CsCl）接触的带电二氧化硅表面上水分子的对称性破坏。发现水响应随阳离子而变化：与CsCl相比，LiCl的SFG响应显著增强。果。

2) 在平均场模型中，无论是特定的离子-表面相互作用还是界面附近水的介电常数降低都不能解释光谱强度随阳离子性质的变化。分子动力学模拟证实，电化学电位的衰减仅弱依赖于盐的类型。相反，不同的盐对光学响应的影响是间接的，通过界面水的重组：直接在界面上水的盐类型相关排列可以解释观察结果。

Johannes Hunger et al. Nature of Cations Critically Affects Water at the Negatively Charged Silica Interface JACS 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c02777

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02777

6. JACS：具有近红外吸收性能的B−N Lewis对功能化蒽用于癌症光热治疗

北京理工大学Kanglei Liu、蒋振奇博士和罗格斯大学纽瓦克分校Frieder Jäkle通过合成B−N功能化的双蒽基吡嗪衍生物以构建了新型低带隙发色团，并进行了光物理和电化学、晶体堆积和理论研究。

本文要点：

1）实验通过密度泛函理论计算确定了两个能量相似的构象，证明其核心单元为弯曲的马鞍状构象(x-异构体)或锯齿状构象(z-异构体)。C₆F₅取代衍生物(4-Pf)的x射线晶体结构表明，z-异构体在固态中是普遍存在的，而变温核磁共振研究则表明其在溶液中会发生动态变化。与全碳类似物相比，B−N的融合会导致其HOMO – LUMO带隙大幅减小，并显著降低LUMO能量。研究表明，4-Pf在大于700 nm处具有显著的吸光度，而在整个可见区则几乎无吸收性能。

2）被封装在生物降解聚合物DSPE-mPEG₂₀₀₀后，4-Pf纳米颗粒(4-Pf-NPs)能够表现出良好的水溶性、高的光稳定性和极佳的光热转换效率（达到41.8%），可作为一种高效的体内外光热治疗试剂。综上所述，该研究充分揭示了多环芳烃的B−N Lewis对功能化是一种构建新型NIR吸收材料的新策略。

Kanglei Liu. et al. Near-Infrared-Absorbing B−N Lewis Pair-Functionalized Anthracenes: Electronic Structure Tuning, Conformational Isomerism, and Applications in Photothermal Cancer Therapy. Journal of the American Chemical Society. 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c06538

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c06538

7. JACS：利用膨胀挤压晶格控制立方体的光响应分子释放

刺激响应性材料对于实现高效的药物和催化剂控制递送系统十分重要。溶致性液晶（LLC）具有明确的内部结构，适合捕获小分子，并且可以分解为低粘度分散体，因而具备作为分子输送系统的极大应用潜力。最近，来自剑桥大学材料科学与冶金系的Rachel C. Evans团队首次构建了光响应性立方体LLC分散体，通过使用可光开关的两亲分子实现对LLC结构的外部控制，并能够按需释放LLC所捕获的客体分子。

本文要点：

1) 偶氮苯光表面活性剂（AzoPS）含有一个中性的四甘醇头部基团和偶氮苯烷基尾部，将其注入油酸/水混合体系，从而形成LLC相，LLC的均质化形成直径约为200 nm的颗粒分散，通过小角度X射线散射和低温透射电子显微镜证实内部具有双连续原始立方相；

2) 研究发现，增加AzoPS的浓度会导致立方晶格膨胀，从而调整内部的纳米结构。而紫外线照射后，立方体内部的AzoPS则会在几秒内发生异构化，因而导致立方体晶格的挤压和晶格参数的降低；

3) 基于这种挤压机制，研究者成功地在几分钟内实现了尼罗河红客体分子从立方体结构中的光触发释放，该光控LLC结构转变的方法在下一代纳米递送系统的发展提供了潜在方案。

Rachel C. Evans, et al. Light-Responsive Molecular Release from Cubosomes Using Swell-Squeeze Lattice Control. J. Am. Chem. Soc. (2022).

DOI: 10.1021/jacs.2c08583

https://doi.org/10.1021/jacs.2c08583

8. AM：探索机械稳定的固体电解质界面及其在设计策略中的意义

循环期间二次电池阳极不可避免的体积膨胀对固体电解质界面(SEI)施加了力。电池性能与SEI在循环载荷条件下保持完整的能力密切相关，这基本上归结为SEI的机械性能。SEI的易变性和复杂性以及其纳米级厚度和环境敏感性使得对其机械性能的解释存在许多障碍。人们采用了各种各样的方法来研究SEI的机械性能，并产生了不同的意见。在技术和理论层面缺乏共识阻碍了有效设计策略的发展。香港理工大学Biao Zhang等概述了SEI的基本和理想的机械性能，可用的机械表征方法以及为了更高的测试精度值得注意的重要问题。

本文要点：

1）作者仔细研究了以前通过调整SEI机械性能来优化电池性能的尝试，阐明了这些努力中的不一致性，并探索了潜在的原因。

2）最后，作者提出了一套研究方案，通过提高SEI的机械稳定性来加速实现卓越的电池循环性能。

Gao, Y. and Zhang, B. (2022), Probing the Mechanically Stable Solid Electrolyte Interphase and the Implications in Design Strategies. Adv. Mater. 2205421.

DOI: 10.1002/adma.202205421

https://doi.org/10.1002/adma.202205421

9. AM：混合维度Pt-Ni合金多面体纳米链作为直接甲醇燃料电池双功能电催化剂

Pt纳米催化剂由于其合适的吸附/脱附能量而在直接甲醇燃料电池(DMFCs)中起着关键作用，然而其受到尺寸依赖性活性和稳定性之间不平衡关系的影响。郑州大学Haizhong Guo和武汉大学Ziyu Wang等制备了具有纳米多面体-纳米线-纳米多面体结构的有序组装的混合维度Pt-Ni合金多面体纳米链(Pt-Ni PNCs) 用于DMFCs的双功能电催化剂，有效地减轻了尺寸效应。

本文要点：

1）Pt-Ni PNCs对甲醇阳极氧化反应(MOR)的质量活性是商业Pt/C的7.23倍。原位傅里叶变换红外光谱和CO剥离测量表明Pt-Ni PNCs对CO中毒具有显著的稳定性。对于阴极氧还原反应(ORR),通过Pt-Ni PNCs获得了超过Pt/C的正半波电位，并且它可以很好地保持10，000次循环而几乎没有活性衰减。

2）所设计的纳米结构可以缓解零维小尺寸Pt-Ni合金纳米晶的团聚和溶解问题，丰富了一维链状纳米结构的表面原子台阶和活性晶面。这项工作提出了一种策略，通过在混合维度上构建新的界面关系来改善铂基纳米催化剂的催化性能，以缓解由尺寸效应引起的催化活性和催化稳定性之间的不平衡。

Xia, T., et al, Mixed-Dimensional Pt-Ni Alloy Polyhedral Nanochains As Bifunctional Electrocatalysts for Direct Methanol Fuel Cell. Adv. Mater. 2206508.

DOI: 10.1002/adma.202206508

https://doi.org/10.1002/adma.202206508

10. ACS Nano：用于高效渗透能量转换的离子二极管共价有机骨架膜

显示离子二极管效应的异质膜在渗透能转化中极具应用前景。然而，现有的异质膜缺乏分子级设计的离子通道，从而限制了它们的功率密度。近日，阿卜杜拉科技大学Lai Zhiping报道了用于高效渗透能量转换的离子二极管共价有机骨架膜。

本文要点：

1) 离子二极管共价有机骨架（COF）膜具有明确的离子通道、不对称的几何形状和表面电荷极性，可以作为高性能渗透动力发生器。COF二极管膜由异质结组成，该异质结结合了带正电荷的超薄COF层和由多孔COF纳米纤维支架支撑的带负电荷的COF层，显示出实现快速单向离子扩散和阴离子选择性的离子二极管效应。

2) 密度泛函理论计算表明，阴离子和COF通道之间的差异化相互作用有助于提高I⁻ 在其它阴离子上传输。因此，COF二极管膜在50倍NaCl和NaI梯度下分别达到19.2和210.1 W m^–2的高输出功率密度，这优于最先进的异质膜。这项工作表明COF二极管膜在阴离子传输和能量相关应用方面具有巨大的潜力。

Gao Li et.al An Ionic Diode Covalent Organic Framework Membrane for Efficient Osmotic Energy Conversion ACS Nano 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c07813

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07813

11. ACS Nano：硫代磷酸酯基全固态电池的单层至多层纳米颗粒阴极涂层

由硫代磷酸锂超离子固体电解质（SE）和高容量阴极活性材料（CAM）组成的块状固体电池（SSB）因其在下一代电化学储能中的潜在应用而备受关注。然而，这种电池系统中关键部件之间的兼容性问题很难克服。近日，卡尔斯鲁厄理工学院Ma Yuan、Tang Yushu、Brezesinski Torsten报道了一种保护性阴极涂层，该涂层可显著降低电池运行期间CAM和SE之间有害副反应的发生率。

本文要点：

1) 作者使用预成型的HfO₂纳米颗粒作为层状富镍氧化物CAM、LiNi_0.85Co_0.1Mn_0.05O₂（NCM85）的二次粒子涂层。HfO₂纳米颗粒稳定分散体的制备使得能够沉积厚度≤11纳米的均匀涂层。

2) 当与基于Li₆PS₅Cl的颗粒堆叠SSB结合时，涂覆的NCM85在可逆性、电池容量、寿命和速率能力方面表现出优于未涂覆NCM85的性能。作者还使用物理和电化学表征技术研究了保护涂层在减缓电化学机械降解方面的有效性。此外，在浆料浇铸SSB和基于液体电解质的锂离子电池中证明了涂覆NCM85对湿法处理的适应性。

Ma Yuan et.al Single- to Few-Layer Nanoparticle Cathode Coating for Thiophosphate-Based All-Solid-State Batteries ACS Nano 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c07314

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07314

12. ACS Nano：用于高效淡水生产的界面电荷调制多功能MoS2Ti3C2Tx渗透电极

淡水生产对于解决全球水资源短缺至关重要。近日，为了提高淡水生产能力和保证淡水质量，北京化工大学崔骏、中国环境科学研究院席北斗设计了一种界面电荷调制的MoS₂/Ti₃C₂T_x改性碳纤维（CF/MoS₂/Ti₃C₂T_x）渗透电极。

本文要点：

1) 为了最大限度地提高CF/MoS₂/Ti₃C₂T_x的脱盐和降解效率，将光催化组分引入膜电容去离子（PMCDI）装置，得到了具有高脱盐能力的MoS₂/Ti₃C₂T_x层状结构。同时，优异的降解性能是由于形成了两个光电催化活性中心，定向生成单线态氧（¹O₂）和羟基自由基（^•OH）。

2) 嵌入的Cl^-（脱盐）作为电子转移桥优化了MoS₂/Ti₃C₂T_x的电荷分布，增强了光电催化活性。在Ti₃C₂T_x的末端O原子上形成缺电子（脱盐）和富电子（再生）区域分别加速了^•OH和¹O₂的生成。从而实现了高效优质海水淡化和降解的相互促进。

Qie Hantong et.al Interfacial Charge-Modulated Multifunctional MoS₂/Ti₃C₂T_x Penetrating Electrode for High-Efficiency Freshwater Production ACS Nano 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c07810

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c07810