1. Nature Commun. ：用于安培级电流密度制氢和富含加速水活化的三角形活性区的稳定金属有机框架材料

二维金属有机骨架（MOFs）是析氢反应（HER）的有效电催化剂。然而，在超高电流密度下缓慢的水活化动力学和结构不稳定性阻碍了它们的大规模工业应用。近日，浙江大学侯阳、华中师范大学邱明，新南威尔士大学Liming Dai运用通用配体调控策略，构建了具有S引入的镍-苯二甲酸（S-NiBDC）基MOF纳米片阵列。

本文要点：

1) 更靠近费米能级的p带中心能够增强电子转移能力，在碱性电解质中，S-NiBDC阵列在1.0 Acm^-2电流密度下具有310 mV的过电位 在和极高稳定性。

2) 通过机理分析和结构表征，构建的三角形“Ni₂-S₁”基序是HER的活性区，通过S的引入增强了Ni-O键的共价性，从而稳定了S-NiBDC结构。实验观察和理论计算表明，“Ni₂-S₁”中心的Ni位点能够明显加速水活化动力学，而S位点作为最佳HER活性位点能够很容易地捕获H原子，从而提高了整个HER活性。

Cheng, F., et al. Accelerated water activation and stabilized metal-organic framework via constructing triangular active-regions for ampere-level current density hydrogen production. Nat Commun 13, 6486 (2022).

DOI: 10.1038/s41467-022-34278-6

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34278-6

2. Chem：超分子相互作用使得假纳米相分离能够用于构建离子传输高速路径

一种明确的亲水/疏水纳米相分离结构被广泛应用于在聚合物膜中构建快速离子传输路径，用于与能量相关的应用，例如电化学反应器、燃料电池和氧化还原液流电池（RFBs）。传统的纳米相分离是通过共价接枝的侧链诱导的，然而这使膜的制备变得复杂并潜在地降低了膜的化学稳定性。近日，湖南大学Qing He，德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授展示了通过超分子相互作用实现的伪纳米相分离，用于设计低成本和高性能的离子传导膜。

本文要点：

1）与传统的共价键膜不同，在这种新型膜中，聚合物主链和亲水性“侧链”(以下简称“纳米相分离诱导物”或简称“诱导物”)通过多重超分子相互作用连接在一起。当膜纳米通道中的诱导剂被支持电解质代替时，电荷载体以类似于本体溶液的方式移动通过电解质，但是在聚合物链的受限空间内。

2）这种新策略的有利特征包括：(1)诱导假纳米相分离以构建快速和选择性的离子转运通道，(2)避免共价分子修饰，共价分子修饰可能恶化膜的化学稳定性，(3)大大简化膜的制造和低成本，以及(4)通过诱导物含量对微观形态的广泛调节。

3）研究人员通过整合的实验和模拟研究被清楚地阐明了具有确定的超分子相互作用的假纳米相分离。研究人员进一步在所设计的膜中成功地构建了快速和选择性的离子传输通道，并实现了具有高效率和良好循环稳定性的高性能酸性水溶液RFBs。

Xiong et al., Supramolecular interactions enable pseudo-nanophase separation for constructing an ion-transport highway, Chem (2022)

DOI：10.1016/j.chempr.2022.10.002

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3. Chem：具有高稳定性阴离子共价有机骨架电解质的一体化固态锂-氧电池

可充电固态锂-氧（Li-O₂）电池被认为是下一代储能系统的有前途的候选者。然而，由于缺乏对空气/金属锂具有高离子电导率和高稳定性的固体电解质（SSE），限制了固态Li-O₂电池的发展。为了应对这一挑战，吉林大学徐吉静教授通过一种简单、经济、环保的微波辅助溶剂热法开发的三维阴离子COF（简称CD-COF-Li）是一种用于Li-O₂电池的新型Li⁺导体。

本文要点：

1）CD-COF-Li的化学结构被合理地设计为一个高度结晶的结构，具有明确的定向离子通道，基于具有不同反离子的柔性构筑单元。此外，得到的CD-COF-Li具有特殊的离子传导特性（σ= 2.73x10^-3 S cm^-1 活化能[Ea]为0.18 e V ）和高稳定性的锂金属负极上的电镀/剥离行为。此外，研究人员首次用二维交换核磁共振谱（2D-EXSY NMR）对锂离子在COFs中的迁移机制进行了深入研究。

2）考虑到CD-COF-Li SSE具有较高的热稳定性、机械稳定性和电化学稳定性，首次将其引入固态Li-O₂电池。结果表明，CD-COF-Li SSE的循环寿命(超过100个循环)明显长于PEO SPE(38个循环)和LAGP SIE（50个循环）。此外，在锂离子电池的广泛应用中，CD-COF-Li的优势也得到了保持，展示了COF基SSE在其他稳定性受到液体电解液限制的储能系统中的广泛应用潜力。

Wang et al., An integrated solid-state lithium-oxygen battery with highly stable anionic covalent organic frame-works electrolyte, Chem (2022)

DOI：10.1016/j.chempr.2022.09.027

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4. Chem：利用Pd纳米团簇调节Fe单原子的自旋态实现解离途径的强氧还原

与Pt/C催化剂相比，Fe单原子催化剂在酸性电解液中的氧还原反应（ORR）性能较差，严重阻碍了Fe单原子催化剂的发展。近日，华中师范大学朱成周教授，北京大学郭少军教授，中国石油大学Weiyu Song报道了一类由超细Pd纳米团簇(Pd_NC)和具有良好自旋态的Fe-N-C/Pd_NC组成的杂化催化剂，用于提高燃料电池在酸性介质中的ORR。

本文要点：

1）研究发现，当贵金属负载量很低时，Fe-N-C/Pd_NC的半波电势(E_1/2)为0.87 V（Pt/C 催化剂为0.85 V），并显示了在30,000个势循环后可以忽略不计的活度衰变。

2）实验和理论都揭示了PdNC和Fe单原子之间的强电子相互作用触发了Fe中心从低自旋(LS)到中自旋(MS)的自旋态转变，从而导致了性能的提高。电子注入垂直的d_z²轨道有效地实现了O₂的侧向吸附，进而实现了从间接4e^-途径，这得到了原位光谱监测的证实。此外，O(OH*)的d_z²轨道和2p轨道之间的s*键的产生抑制了位阻效应，加速了OH*的脱附，从而促进了整个ORR过程。

3）更重要的是，Fe-N-C/Pd_NC在H₂-O₂燃料电池中表现出了优异的性能，在2.79 A/cm²时最大功率密度(P_max)达到920 mW/cm²，甚至超过了Pt/C催化剂（2.62 A/cm²时，P_max=839 mW/cm²），有望成为质子交换膜燃料电池下一代阴极催化剂。

这项工作获得了对结构-活性关系的自旋电子学的洞察，这为电化学能源技术中催化剂的调节和优化提供了新的范式。

Wei et al., Tuning the spin-state of Fe single atoms by Pd nanoclusters enables robust oxygen reduction with dissociative pathway, Chem (2022)

DOI：10.1016/j.chempr.2022.10.001

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.10.001

5. Angew：调节锂金属电池电解液还原稳定性的阴离子化学

先进的电解质设计是构建高能量密度锂(Li)电池的关键，将阴离子引入Li⁺溶剂化鞘层已被广泛证明是一种有前途的策略。然而，对阴离子在电解质中的关键作用的基本理解非常缺乏。清华大学张强等通过计算和实验相结合的方法，探讨了调节电解质结构和稳定性的阴离子化学。

本文要点：

1）基于最低未占据分子轨道的综合分析，Li⁺溶剂化鞘中的溶剂和阴离子与自由对应物相比，分别表现出增强和降低的还原稳定性，这与还原电位的计算和实验结果一致。因此，作者提出了基于已建立的阴离子化学来构建稳定电解质的新策略。

2）这项工作揭示了调节电解质结构-功能关系的阴离子化学，有助于合理设计实用锂金属电池的高级电解质。

Yao, N., et al, The Anionic Chemistry in Regulating the Reductive Stability of Electrolytes for Lithium Metal Batteries. Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202210859

https://doi.org/10.1002/anie.202210859

6. Angew：锂硫电池中硫还原反应的电催化模型

锂硫电池因其高理论能量密度和低成本而被认为是最有前途的储能系统之一。然而，放电过程中Li₂S₄向Li₂S的缓慢还原动力学阻碍了锂硫电池的实际应用。尽管已经提出了各种电催化剂来改善反应动力学，但是由于硫还原反应(SRR)的复杂性，电催化机理尚不清楚。深入理解电催化机理对于设计先进的电催化剂至关重要。清华大学张强等以杂原子掺杂的碳材料为例，基于系统密度泛函理论计算，构建了一个电催化模型来揭示Li–S电池中SRR的化学机理。

本文要点：

1）LiS_y ∙ ( y = 1、2或3)自由基的吸附能被用作预测反应途径、速率控制步骤和超电势的关键描述符。作者据此构建了用于设计先进电催化剂的图。

2）这项工作建立了一个理论模型，这是探索复杂的SRR机制和设计高性能锂硫电池的先进电催化剂的智能集成。

Feng, S., et al, An Electrocatalytic Model of the Sulfur Reduction Reaction in Lithium–Sulfur Batteries. Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202211448

https://doi.org/10.1002/anie.202211448

7. Angew：自组装Ru(bda)配位低聚物作为可见光驱动纯水氧化的高效催化剂

德国维尔茨堡大学Frank Würthner等研究了基于2，2’-联吡啶-6，6’-二羧酸钌(bda)和联吡啶连接单元的水溶性多核配合物在三组分可见光驱动水氧化催化中的应用。

本文要点：

1）系统研究表明，在不存在有机助溶剂的情况下，随着低聚物长度的增加，催化效率大大提高。深入的动力学和形态学研究表明，性能的提高是由线性Ru(bda)低聚物自组装成聚集的超结构引起的。

2）所获得的每个钌中心的转换频率(高达14.9 s^–1)和转换数(超过1000)是迄今为止报道的基于Ru(bda)的光催化水氧化系统中最高的。

Schlossarek, T., et al, Self-assembled Ru(bda) Coordination Oligomers as Efficient Catalysts for Visible Light-Driven Water Oxidation in Pure Water. Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202211445

https://doi.org/10.1002/anie.202211445

8. AM：使用分子忆阻器的能量和空间高效的并行加法器

内存计算技术的突破取决于开发适当的材料平台，这些平台可以克服现有的限制，例如大于最佳占用空间和多个串行计算步骤，以及潜在的错误累积。印度科技学院Sreetosh Goswami和R. Stanley Williams等制造了具有多达64个分子忆阻器的交叉杆阵列，并通过实验演示了8位串行和4位并行加法器，它们可以运行数千个测量周期，估计误差概率为10^-16。

本文要点：

1）为了进行性能基准测试，作者设计了一款32位并行加法器，并使用2.6亿个输入(包括来自外围电路的输入)进行了仿真。

2）结果显示，与基于专用CMOS的多核加法器相比，其能效提高了47倍，运算速度提高了93倍，占用空间减少了9%，能量延迟积提高了4390倍。

Yi, S.-i., et al, Energy and Space Efficient Parallel Adder Using Molecular Memristors. Adv. Mater. 2206128.

DOI: 10.1002/adma.202206128

https://doi.org/10.1002/adma.202206128

9. AM：用于PEMFC阴极高效氧还原的多孔共价有机聚合物配位单钴位纳米纤维

与铁基电催化剂相比，氮配位的单钴原子电催化剂在质子交换膜燃料电池（PEMFC）阴极氧还原反应中具有较强的稳定性。然而，热解导致活性位点构型坍塌，从而无法有效保持孔隙度和形态结构，致使暴露的活性位点较少。鉴于此，北京化工大学向中华、纽约州立大学Wu Gang避开热解策略，通过静电纺丝直接制备高度稳定的交联纳米钴基共价有机聚合物（Co-COP）纤维电极。

本文要点：

1) 所得纤维具有均匀分层多孔结构和催化剂表面原子Co活性位点完全分散的独立大面积膜。聚焦离子束场发射扫描电子显微镜和计算流体动力学实验证实，相对扩散系数提高了3.5倍，这可以为反应物进入活性位点和有效排出水提供有效传输途径。

2) 与传统喷涂方法相比，集成Co-COP纳米纤维电极的峰值功率密度显著提高了1.72倍，并且耐久性也显著提高。这种纳米制造技术还保持了优异的可扩展性和均匀性，能满足PEMFC的膜电极所需特性的制造。

Yang, B., et al. Porous Covalent Organic Polymer Coordinated Single Co Site Nanofibers for Efficient Oxygen-Reduction Cathodes in Polymer Electrolyte Fuel Cells. Adv. Mater.2208661. (2022)

DOI: 10.1002/adma.202208661

https://doi.org/10.1002/adma.202208661

10. AM：当手性光子薄膜遇到褶皱

几个世纪以来，大自然的光操控策略一直吸引着人类。特别是，结构色由于其控制光和物质之间相互作用的能力而引起相当大的兴趣。全北国立大学Kwang-Un Jeong等制造了褶皱光子晶体纸(PCPs)，展示出颜色的一致反射，而不管视角如何。

本文要点：

1）作者将胆甾型液晶(CLC)的纳米级分子自组装与微米级波纹表面相结合。将完全可聚合的CLC涂料单轴涂布到起皱的互穿聚合物网络(IPN)基材上。螺旋纳米结构的光聚合产生柔性和自立的PCP。制造褶皱PCP的简易方法为开发具有精确控制的螺距和曲率尺寸的新型手性光子材料提供了可扩展的途径。

2）当视角增加时，平坦PCP的反射凹口位置向更低的波长移动，而褶皱PCP的选择性反射波长保持一致，与视角无关。1D条纹皱纹PCP的光学反射依赖于皱纹方向。具有不同波纹方向的PCP可以被图案化以减少皱纹的角度相关的光学反射。此外，作者成功地开发了2D波状褶皱PCP，其显示出颜色的方向独立反射。

Lim, S.-I., et al, When Chirophotonic Film Meets Wrinkles: Viewing Angle Independent Corrugated Photonic Crystal Paper. Adv. Mater. 2206764.

DOI: 10.1002/adma.202206764

https://doi.org/10.1002/adma.202206764

11. AM：仿肌腱假体的骨粘合性各向异性韧性水凝胶

肌腱由柔软的胶原蛋白组成，但由于其分级各向异性结构和独特的肌腱-骨整合(假体)，它具有机械强度并牢固地粘附在骨上。尽管生物材料最近取得了进展，但水凝胶同时提供肌腱样的高机械性能和对仿骨假体的强粘附力仍然具有挑战性。成均馆大学Jaeyun Kim等展示了一种强有力的，坚硬的，具有粘性的三重网络(TN)各向异性水凝胶，它模拟了骨粘附肌腱。

本文要点：

1）坚韧的粘合剂TN水凝胶是通过结合含咪唑的聚天冬酰胺(为骨表面提供多个水凝胶键)和耗能的藻酸盐-聚丙烯酰胺双网络而开发的。为了模拟肌腱的各向异性结构和高机械性能，骨粘附TN水凝胶被线性拉伸，随后通过二次交联固定。所得水凝胶表现出高拉伸模量和强度，同时保持高骨粘附力，而没有对骨表面进行化学修饰。

2）此外，TN水凝胶实现了骨-韧带-骨结构，其具有令人想起天然韧带的强骨粘附性。

Choi, S., et al, Bone-Adhesive Anisotropic Tough Hydrogel Mimicking Tendon Enthesis. Adv. Mater. 2206207.

DOI: 10.1002/adma.202206207

https://doi.org/10.1002/adma.202206207

12. AEM：促进NiFe层状双氢氧化物的表面重构以增强析氧

在碱性介质中，氧化物电催化剂的动态表面重构被广泛观察到，特别是对于层状双氢氧化物(LDH)，但是对于如何促进实现期望表面的重构以改善析氧反应(OER)知之甚少。南洋理工大学范红金教授和暨南大学Wenjie Mai等利用原位硫掺杂成功地诱导了NiFe LDH纳米片的表面重构。

本文要点：

1）理论计算、拉曼光谱和各种非原位表征表明，S阴离子诱导效应可以降低能垒，促进相变为高活性的S掺杂羟基氧化物。生成的S-Ni_xFe_yOOH可以优化中间体吸附并促进OER动力学。

2）与未掺杂的催化剂相比，重构的S-羟基氧化物催化剂表现出优异的OER活性和长期耐久性。这项工作提供了NiFe LDH预催化剂原位表面重构过程中的结构-组成-活性关系。

Lei, H., et al, Promoting Surface Reconstruction of NiFe Layered Double Hydroxide for Enhanced Oxygen Evolution. Adv. Energy Mater. 2022, 2202522.

DOI: 10.1002/aenm.202202522

https://doi.org/10.1002/aenm.202202522