1. Nature：开放沟道金属粒子超晶格
尽管目前在从分子前驱体制备多孔晶体方面已经取得了巨大进展，但在10~1000 nm长度尺度还没有通用的方法来设计和制造拓扑多样的多孔胶体晶体。在这个尺寸范围内控制孔隙率对于实现分子吸收和储存、分离、化学传感、催化和光学特性等具有重要意义。鉴于此，来自西北大学化学与生物工程系的Chad A. Mirkin院士团队设计了一种构建具有10至1000个孔的合成金属开放沟道超晶格的通用方法 实现了对基于DNA修饰的中空胶体纳米颗粒（NPs）的纳米颗粒结构的灵活控制合成。1) 通过调整中空NP几何形状和DNA设计，可以调整晶体孔隙几何形状（孔隙大小和形状）和通道拓扑结构（孔隙相互连接的方式），中空NP的组装是由边对边而不是面对面DNA-DNA相互作用驱动的；2) 该组装状态的两个新设计规则被用于合成12种具有不同晶体对称性、沟道几何形状和拓扑结构的开放沟道超晶格，开放通道可以选择性地被适当大小的互补DNA填充。Li, Y., Zhou, W., Tanriover, I. et al. Open-channel metal particle superlattices. Nature (2022).DOI: 10.1038/s41586-022-05291-yhttps://doi.org/10.1038/s41586-022-05291-y
2. Nature：使用毛细管力操纵微观物体的3D打印机器
毛细作用在自然界中普遍存在，能够使液体界面变形的物体更易受到毛细力的影响，因此毛细力可以用来组装物体，不过一般情况下，一旦组装起来，这些结构通常是固定状态无法进行调整和更改，因而具备较差的灵活性。鉴于此，来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院的Vinothan N. Manoharan教授团队通过结合3D打印，动态地调节这些毛细力，从而实现可编程的二维模式移动对象，有望用于操纵微米级颗粒或编织用于高频电子设备的微丝。1) 3D打印包含通道，而这些通道使用排斥毛细管捕获漂浮的物体，由于通道横截面随高度而变化，因此可以在二维方向上操纵捕获的对象；2) 研究设计了平移、旋转和分离多个漂浮物体的器件，并通过循环垂直运动对水下物体进行操作，把这些基本器件组合在一起，可以制造出厘米级的复合器件，例如将微米级的细丝编织成规定的拓扑结构形成不重复的多种编织物。Zeng, C., Faaborg, M.W., Sherif, A. et al. 3D-printed machines that manipulate microscopic objects using capillary forces. Nature (2022).DOI: 10.1038/s41586-022-05234-7https://doi.org/10.1038/s41586-022-05234-7
3. Nature：新佐剂relalimab和nivolumab用于治疗可切除黑色素瘤
局部晚期、可切除的黑色素瘤患者复发和死于黑色素瘤的风险相当高。Relatlimab和nivolumab联合免疫治疗可以提高无法切除的晚期黑色素瘤患者的生存率。近日，来自洛克菲勒大学霍华德·休斯医学院的Gaby Maimon教授团队基于该思路研发了临床III期或转移IV期黑色素瘤（NCT02519322）患者的治疗新方案。1) 患者接受了两种新佐剂剂量（nivolumab 480 mg和relalimab 160 每4周静脉注射mg），然后进行手术以及10次辅助联合治疗，在30例接受治疗的患者中，联合治疗导致57%的pCR率和70%的总体病理缓解率，在实体瘤中使用反应评估标准的放射反应率为57%，而在新佐剂组中未观察到3-4级免疫相关不良反应；2) 无病理反应患者的1年和2年无复发生存率分别为100%和92%，而无病理反应的患者为88%和55%（P=0.005). 基线时免疫细胞浸润增加，治疗期间M2巨噬细胞减少，与病理反应相关。Amaria, R.N., Postow, M., Burton, E.M. et al. Neoadjuvant relatlimab and nivolumab in resectable melanoma. Nature (2022).DOI: 10.1038/s41586-022-05368-8https://doi.org/10.1038/s41586-022-05368-8
4. Nature：非晶配位聚合物中的本征玻璃态金属输运
近年来，随着导电有机材料的发展，例如复合有机聚合物、分子导体和新兴的配位聚合物等，显示器和柔性电子等电子科技技术得到了飞速发展。要在传统绝缘有机材料中实现高导电性，就必须通过化学掺杂调整其电子结构。此外，即使部分有机材料在本质上是导电的，如单组分分子导体，它们也需要结晶性才能实现这些行为。而事实上，导电聚合物通常是无定形的，使用分子设计在未掺杂的无定形材料中产生高导电性，可在许多应用中实现可调且稳定的导电性，但本身不导电的有机材料在无序时会保持高导电性。近日，来自芝加哥大学化学系的John S. Anderson教授团队设计构建了一种无定形配位聚合物（四硫富瓦烯四硫代酸镍），用于在无需材料中实现金属导电性。1) 这种材料显示出明显的高电子电导率（高达1200 S/cm） 以及玻璃金属行为，理论分析表明，这些性质是由对结构扰动鲁棒的分子重叠现象实现的；2) 这些不寻常的特性实现了无序材料的高导电性，且在潮湿的空气中，pH值为0–14，温度高达140 °C的温度的条件下仍能保持高稳定性，该研究表明，即使在高度无序的材料中，分子设计也可以实现金属导电性。Xie, J., Ewing, S., Boyn, JN. et al. Intrinsic glassy-metallic transport in an amorphous coordination polymer. Nature (2022).DOI: 10.1038/s41586-022-05261-4https://doi.org/10.1038/s41586-022-05261-4
5. Nature Commun.：揭示离子液体在促进燃料电池催化剂反应性和耐久性方面的作用
离子液体（IL）已被证明是极具潜力的催化剂层添加剂，以增强聚合物电解质燃料电池中的氧还原反应。然而，为了合理设计高耐久性和活性铂基催化剂，需要从根本上理解它们在实际相关的膜电极组装环境中的复杂催化剂层中的作用。近日，加利福尼亚大学Iryna V. Zenyuk揭示了离子液体在促进燃料电池催化剂反应性和耐久性方面的作用。1) 作者探索了三种具有高质子传导性和氧溶解度的咪唑啉衍生的离子液体，并将它们结合到高比表面积炭黑载体中。此外，基于离子液体在改变催化剂层界面内亲水/疏水相互作用方面的直接依据，作者建立了离子液体改性催化剂的物理性能和电化学性能之间的相关性。2) 在H2/O2电池系统中，具有优化界面设计的催化剂在0.9 V下实现了347Ag-1Pt的高质量活性 ，在H2/空气电池系统中，在1.5bar下的功率密度为0.909 W cm-2。在经过30K次加速应力试验循环后，在0.8 A cm-2下电位仅下降了0.11 V。 这种性能源于掩埋在中孔内的Pt催化剂的利用率显著提高。Avid, A., Ochoa, J.L., Huang, Y. et al. Revealing the role of ionic liquids in promoting fuel cell catalysts reactivity and durability. Nat Commun 13, 6349 (2022).DOI: 10.1038/s41467-022-33895-5https://doi.org/10.1038/s41467-022-33895-5
6. EES：揭示无铅锡钙钛矿太阳能电池中的超氧化物诱导降解机理
无铅（Pb）锡（Sn）基钙钛矿仅在氧气（O2）条件下稳定性差，而其在同时光照和氧气（光/O2）条件下的稳定性尚未探索。近日，四川大学赵德威、北京师范大学龙润、中国科学院高鹏揭示了无铅锡钙钛矿太阳能电池中的超氧化物诱导降解机理。1) 作者发现（NH2）2CHSnI3（FASnI3）钙钛矿在暴露于光/O2时比仅暴露于O2时降解更严重，这是因为O2与光激发电子之间反应产生的超氧化物。并提出了FASnI3的超氧化物诱导降解途径。荧光分子探针结果表明，FASn3中的超氧化物产率高于FAPbI3。密度泛函理论模拟结果表明，无论在富I、中等或富Pb/Sn的生长条件下，在FASnI3中形成超氧化物的最优选位点（碘空位，VI）的形成能远低于FAPbI3。2) 通过加入含卤化物的添加剂，采用有针对性的策略来填充FASnI3中的VI，以抑制超氧化物的形成。通过超氧化物产率测量，电容主导的表征可以系统地区分改性后表面和内部VI的减少。揭示了FASnI3在光/O2暴露下的降解机理，并且表明了超氧化物对Sn基钙钛矿和太阳能电池稳定性的致命影响。Zhang Zhihao et.al Revealing Superoxide-Induced Degradation in Lead-free Tin Perovskite Solar Cells EES 2022https://doi.org/10.1039/D2EE02796H
7. EES：用于高效乙醇电氧化重整和创新的锌乙醇空气电池的Co（OH）2@Ni（OH）2的原位电化学活化异质结构
析氧反应（OER）的缓慢动力学过程严重阻碍了电解水和可充电金属空气电池的发展。乙醇氧化反应（EOR）代替OER是解决这一问题的一种极具潜力的策略。近日，暨南大学孟辉、加拿大国立科学研究院Sun Shuhui报道了用于高效乙醇电氧化重整和创新的锌乙醇空气电池的Co（OH）2@Ni（OH）2的原位电化学活化异质结构。1) 作者合成的Co（OH）2@Ni（OH）2异质结构催化剂显示出良好的EOR催化活性（j10＝1.3 0V）和高稳定性（在50mA cm-2下超过100 h）。催化反应通过4e-氧化将乙醇转化为乙酸，法拉第效率为97.9%。它的高性能归因于通过电化学活化进一步优化的双氢氧化物异质结构。2) 原位拉曼光谱和DFT计算确定Ni（NiOOH）是EOR的关键活性位点。基于EOR替代OER的创新思想，设计了混合水电解和锌乙醇空气电池。这种设计的优点不仅使电解水的总电位降低了200 mV，电池充电电压降低了300 mV，同时还实现了生物质能源的直接利用。Li Zilong et.al In-Situ Electrochemical Activation of Co(OH)2@Ni(OH)2 Heterostructure for Efficient Ethanol Electrooxidation Reforming and Innovative Zinc-Ethanol-Air Battery EES 2022https://doi.org/10.1039/D2EE01816K
8. Angew：有机锌离子电池：平面、π-共轭醌基聚合物引发超快离子扩散动力学
随着基于易燃有机电解质的商用锂离子电池安全问题的日益严重，水电池引起了人们的极大兴趣。其中，水性锌离子电池（AZIBs）因其低氧化还原电位、高理论容量、优异的水相容性和相对较低的成本等突出优点而被认为是最具潜力的下一代储能设备。近日，东南大学胡林峰通过平面、π-共轭醌基聚合物引发有机锌离子电池中超快离子扩散动力学过程。1) 作者采用缩聚聚合的方法，成功地设计合成了一种新型的聚（吩嗪-alt-均苯二甲酸酐）（PPPA）作为有机锌离子电池的正极材料。电化学石英晶体微天平（EQCM）、FTIR和XPS表征证实了PPPA阴极中的可逆Zn2+配位机制。2) 在这个大π-共轭体系中发现了1.2×10-7 cm2 s-1的超高Zn2+扩散系数。理论计算表明，PPPA中的扩展π-共轭平面导致能隙显著减小，有效地促进了充放电过程中分子内的电子转移。该发现为通过平面聚合物体系的设计策略实现高锌离子迁移动力学提供了思路。Ye, F., Liu, Q., Dong, H., Guan, K., Chen, Z., Ju, N. and Hu, L. (2022), Organic Zinc-Ion Battery: Planar, π-Conjugated Quinone-Based Polymer Endows Ultrafast Ion Diffusion Kinetics. Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202214244https://doi.org/10.1002/anie.202214244
9. AM：用于高效电化学硝酸盐还原成氨的介孔PdN合金纳米立方体
开发高活性和选择性的电化学硝酸盐还原反应（NITRR）电催化剂对于以经济和环保的方式合成可循环氨（NH3）非常重要。尽管催化剂的研究取得了一定的进展，但它们的活动和选择性明显低于预期。近日，四川大学刘奔报道了介孔钯非金属（meso-PdX）纳米管（NCs）作为一种新型高效电催化剂，用于选择性硝酸盐还原反应（NITRR）电催化合成NH3。1) 该催化剂具有均匀的合金成分和高渗透性的中孔，具有丰富的高活性位点和优化的电子结构。最佳介孔PdN NCs具有优异的NITRR活性和选择性，合成NH3的法拉第效率为96.1%，产率为3760μg h−1。2) 同时，超过20次循环后，介电PdN纳米碳仍很好地保持了NO3−还原合成NH3的活性和选择性。通过机理研究，发现介观PdN NCs的组成和结构协同作用使其具有优异的催化活性，这不仅促进了NO3−的吸附而且还增加了关键中间体的保持时间，从而促进NITRR电催化合成NH3的八电子过程。Sun, L. and Liu, B. (2022), Mesoporous PdN Alloy Nanocubes for Efficient Electrochemical Nitrate Reduction to Ammonia. Adv. Mater. 2207305.DOI: 10.1002/adma.202207305https://doi.org/10.1002/adma.202207305
10. AM：通过快速运输和阴离子配对液化气体电解质实现的超低温LiCFx电池
锂氟化碳（Li/CFx）是一种极具应用潜力的化学物质，可用于不需要充电的高能量密度初级储能系统。尽管Li/CFx在环境条件下表现出高能量密度（>2100 Wh kg-1），但在低温高电流密度下实现如此高的能量密度仍然是一个挑战。近日，加利福尼亚大学Meng Y. Shirley、Zheng Chen, Li Weikang通过快速运输和阴离子配对液化气体电解质实现超低温Li/CFx电池。1) 基于低熔点二甲醚的具有阴离子对溶剂化结构的液化气体电解质(−141°C）和低粘度（20℃时为0.12 mPa×s）特性。此外，通过X射线光电子能谱和透射电子显微镜表征对CFx的低温性能进行了评估。2) 电解质的快速传输和阴离子配对溶剂化结构导致低温下电荷转移电阻降低，这导致Li/CFx电池的性能显著提高（−60℃下为1690 Wh kg-1；−70°C 下为1172 Wh kg-1）。该工作为电解液设计提供了新见解，并且可以克服电池在极端环境下的操作限制。Yin, Y., et al, Ultra-Low Temperature Li/CFx Batteries Enabled by Fast-transport and Anion-pairing Liquefied Gas Electrolytes. Adv. Mater.2207932.DOI: 10.1002/adma.202207932https://doi.org/10.1002/adma.202207932
11. 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）施加力，从而影响电池的性能。而电池性能与SEI在循环负载条件下保持完好的能力密切相关，这基本上可归结为SEI的机械性能。SEI的挥发性和复杂性以及其纳米级厚度和环境敏感性阻碍了对其力学行为的研究。虽然研究SEI力学性能的方法多种多样，但产生了不同的观点。技术和理论层面缺乏共识阻碍了有效设计策略的发展，从而阻碍SEI的机械稳定性的提高。近日，香港理工大学Zhang Biao对机械稳定的固体电解质界面及其在设计策略中的意义进行了综述研究。1) 作者概述了SEI的基本和理想的机械性能、可用的机械表征方法以及为提高测试精度而值得注意的重要问题。2) 通过调整SEI机械性能对电池性能进行优化，阐明了这些研究中的不一致性，并探讨了潜在原因。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优异的电池循环性能。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.202205421https://doi.org/10.1002/adma.202205421
