1. Sci. Adv.：用于析氢反应的晶体-纳米结构铝基电催化剂

铂基催化剂被广泛用于析氢反应，然而，出于其成本效率权衡考虑，它们的应用受到限制。近日，香港城市大学吕坚院士、李杨杨、西安交通大学吴戈通过组合磁控共溅射合成了Al₇₃Mn₇Ru₂₀催化剂。

本文要点：

1) 该电催化剂由被约2纳米非晶区域包围的约2纳米中等熵纳米晶体组成。该催化剂表现出类似于单原子催化剂的优异催化性能，并且优于基于纳米团簇的催化剂。

2) 使用非贵金属铝作为催化剂的主要元素，而使用比铂便宜的钌作为贵金属组分。该设计策略为开发用于大规模制氢的电催化剂提供了一条有效的途径。此外，由纳米双相结构的协同效应产生的优异析氢反应活性能够指导其他合金体系中高性能催化剂的合成。

Liu Sida, et al. A crystal glass–nanostructured Al-based electrocatalyst for hydrogen evolution reaction Sci. Adv. 2022

DOI: 10.1126/sciadv.add6421

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add6421

2. JACS：CeO₂负载的Ru单原子用于催化芳烃选择性加氢脱氧制环己醇

环己醇是广泛使用的化学品，主要通过氧化化石原料来生产。木质素衍生物的选择性加氢脱氧具有生产这些化学品的巨大潜力，但获得高产率仍具有挑战性。近日，中科院化学研究所韩布兴院士，Qinglei Meng，华东师范大学Haihong Wu报道了片状二氧化铈负载的Ru单原子（Ru/CeO₂-S）中心用于芳烃转化，包括苯环的有效氢化和C-O键的选择性断裂。

本文要点：

1）使用水作为反应介质，该催化剂能够以99.9%的产率成功地将多种芳香族化合物转化为环己醇。

2）实验和计算研究为理解Ru单原子和CeO₂之间的协同作用提供了见解。研究发现，在催化剂中形成了Ru-O-Ce中心，一个Ru原子与大约四个O原子配位。Ru−O−Ce结构能够有效地激活苯环结构和分子氢，促进反应中芳烃的选择性加氢脱氧，这可能与Ru单原子与CeO₂的协同作用有关。

3）这种坚固、选择性好、稳定性好的催化剂在生物质资源转化为增值燃料和化学品方面具有巨大的应用潜力，此外，这一发现有望通过单原子和载体的协同作用来指导其他新型高效SACs的设计。

Kaili Zhang, et al, Selective Hydrodeoxygenation of Aromatics to Cyclohexanols over Ru Single Atoms Supported on CeO₂, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c08992

https://doi.org/10.1021/jacs.2c08992

3. Angew：共价有机骨架原位固定化酶

酶固定化是一种广泛报道的方法，通过提高酶的稳定性和重复使用性，有利于酶的适用性。在各种现有的固体载体和固定化策略中，在晶体多孔基质中原位封装酶是设计具有稳定和受保护催化活性的生物杂化物的有力工具。然而，迄今为止，只有少数金属有机框架(MOFs)和氢键有机框架(HOFs)的报道。令人兴奋的是，Y. Chen和同事们首次将原位生物包埋扩展到一类新的晶体多孔材料，即共价有机框架(COFs)。巴黎萨克雷大学Clémence Sicard对这项研究进行了解读

本文要点：

1）报道的原位COF固定化平台满足了作为高效固定化基质的所有强制要求，因为它具有较高的催化活性和选择性，提供了化学和长期稳定性，以及系统的可重用性。由于COFs的固有特性，本研究为酶固定化提供了新的令人兴奋的机会。

2）功能化的便利性允许对宿主基质的疏水/亲水平衡进行微调，为酶/COF偶对的“按需”设计提供了最大的生物催化效率。COF基质的作用不仅局限于简单的宿主载体，而且还有助于催化性能，正如之前在MOFs中所演示的那样，应该会产生前所未有的生物催化剂。

虽然封装更不稳定的生物实体(更脆弱的酶、核酸、细胞……)面临着挑战，但这项工作无疑将成为一个垫脚石，并激发基于COF的研究的一个全新领域。

Clémence Sicard, et al, In-situ Enzyme Immobilization by Covalent Organic Frameworks, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202213405

DOI: 10.1002/anie.202213405

https://doi.org/10.1002/anie.202213405

4. Angew：一种基于可耗能机械联锁网络的界面层助力耐久锂金属负极

固体电解质界面(SEI)因其在稳定锂阳极方面的重要作用而备受关注。然而，天然和诸多人工SEI经常在不可控的枝晶生长或长期重复的体积变化下发生开裂和碎裂，导致容量衰减。近日，上海交通大学Zheng Liang合成了一种具有独特能耗的机械坚固的轮烷化机械联锁网络（MIN），并将其作为长期稳定的锂金属负极的界面层进行了研究。

本文要点：

1）研究人员采用了烯烃修饰的[2]轮烷作为机械互锁基元，聚[(巯丙基)甲基硅氧烷](PMMS)作为聚合物基质，然后通过硫烯点击聚合进行有效的光固化过程以获得MIN。得益于力诱导的[2]轮烷单元的分子内运动，与PMMS链通过常见的共价交联剂连接的对照样品相比，得到的MIN显示出更好的强度、韧性、自适应和能量耗散能力。

2）研究人员通过旋涂和光固化过程将MIN进一步整合到Li或Cu箔上。在长时间重复的Li沉积/剥离过程中，即使在高充电容量下，最小界面层也得到了很好的保存，使对称电池在1 mA/cm²碳酸盐电解液中的循环寿命延长了1500小时。基于负载13.5 mg/cm²的金属锂和LiFePO₄负极的全电池稳定循环500次，1 C下的容量保持率为88%。

综上所述，研究结果表明MIN在长期稳定的锂金属负极和其他电池相关领域中具有潜在的应用前景。

Jun Zhao, et al, Durable Lithium Metal Anodes Enabled by Interfacial Layers Based on Mechanically Interlocked Networks Capable of Energy Dissipation, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214386

DOI: 10.1002/anie.202214386

https://doi.org/10.1002/anie.202214386

5. Angew：富氮固体电解质界面的原位形成及同时调节溶剂化结构助力先进锌金属电池

锌（Zn）金属作为一种很有前途的水系电池负极材料，存在枝晶生长、严重的锌腐蚀和析氢问题。山东大学Jian Yang研究了N-甲基吡咯烷酮(NMP)作为电解液添加剂对锌阳极性能的改善。

本文要点：

1）研究人员利用核磁共振、FT-IR、DFT计算和MD模拟等证明NMP取代了溶剂化鞘中的一个H₂O分子。同时，XPS和ToF-SIMS证实，NMP分解为富氮的SEI层。这一层的形成将有效地保护金属锌不受腐蚀性电解液的影响，从而抑制副反应。COSMOL、扫描电子显微镜和光学显微镜显示，这一层有利于锌的均匀沉积和剥离，抑制了枝晶的生长。

2）实验结果显示，NMP提高了材料的电化学性能，1000次循环库仑效率可达99.8%，10 mAh cm^-2循环200h，锌利用率高达85.6%。这些结果超过了没有NMP的结果。此外，即使在恶劣的条件下，Zn||MnO₂全电池仍然表现出令人印象深刻的累积容量。

Dongdong Wang, et al, In-situ Formation of Nitrogen-Rich Solid Electrolyte Interphase and Simultaneous Regulating Solvation Structures for Advanced Zn Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202212839

DOI: 10.1002/anie.202212839

https://doi.org/10.1002/anie.202212839

6. Angew：铁磁性原子基锂-硫电池正极中难溶Li₂S₂-Li₂S还原催化的起源和加速研究

加速不溶性Li₂S₂-Li₂S还原催化以减轻穿梭效应已成为高效锂-硫电池正极的创新范例，如通过提供高密度活性位点实现与固体Li₂S₂的原位反应的单原子催化剂。然而，关于不同单原子物种在固-固硫还原催化和调节原理上的深刻起源仍不清楚。近日，四川大学Shuang Li，Xikui Liu，Chong Cheng提供了在具有不同金属N₄位的Fes（铁磁元素(FEs =Fe、Co和Ni)）基SAC正极中不溶性Li₂S₂-Li₂S还原催化的基本来源的比较研究。

本文要点：

1）通过一系列的理论研究，研究人员发现自旋极化（Fe-N₄ > Co-N₄ > Ni-N₄）可以提供自旋电子，减少Li₂S₂-FEs-N₄中反键轨道的占据，增强FEs-S相互作用，从而削弱Li₂S₂中S-S键的强度，最终加速阴极界面的Li₂S₂-Li₂S还原催化。

2）研究人员合成了一系列负载在多孔碳上的FEs单原子位点作为正极材料来验证所提出的机理。随后，系统的光谱、结构和电化学研究表明，基于Fe-N₄的正极表现出最快的Li₂S₂-Li₂S还原动力学和在1 C下200次循环后578 mAh g^-1的最高容量保持率(1 C = 1675 mA g^-1)，这远远超过基于HP-SACo (512 mAh g^-1)和HP-SANi (454 mAh g^-1)的电池。

研究发现表明，铁磁性原子的自发自旋极化可以加速不溶性Li₂S₂-Li₂S还原催化，从而为设计用于实际锂-硫电池的高能量和长寿命的多硫化物还原催化剂提供了一种新的策略。

Rui Yan, et al, Origin and Acceleration of Insoluble Li₂S₂-Li₂S Reduction Catalysis in Ferromagnetic Atoms-based Lithium-Sulfur Battery Cathodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215414

DOI: 10.1002/anie.202215414

https://doi.org/10.1002/anie.202215414

7. Angew：溶剂化结构设计实现96%利用率的大容量锌负极

水系锌离子电池(AZB)在大规模储能方面具有广阔的应用前景。然而，由于活泼的水分子在水溶液中引起的副反应，锌的利用率（ZUR）普遍较低。近日，中科大Wei Chen，Zhenyu Li设计了一种新的溶剂化结构，在电解液中引入环丁砜（SL）。

本文要点：

1）理论计算、分子动力学模拟和实验测试表明，SL重塑了锌离子的初级溶剂化壳层，显著减少了锌负极的副反应，并在大容量下获得了较高的ZURs。

2）实验结果显示，对称和非对称电池在24 mAh cm^-2的面容量下可以达到最大96%的ZUR。在67%的ZUR下，所研制的Zn-V₂O₅电池可以稳定循环500次，能量密度为180 Wh·kg^-1，Zn-AC电容器稳定循环5000次。

这种电解液结构工程策略为实现高性能AZB的高ZUR锌负极提供了新的见解。

Mingming Wang, et al, High-Capacity Zinc Anode with 96% Utilization Rate Enabled by Solvation Structure Design, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214966

DOI: 10.1002/anie.202214966

https://doi.org/10.1002/anie.202214966

8. Angew：一种含多氟烷基的非富勒烯受体在有机太阳能电池中实现自分层

对有源层中垂直相分布的精细控制是确保有机太阳能电池（OSC）高性能的关键，但也是具有挑战性的。近日，华南理工大学Fei Huang，Chunchen Liu在PM6：BTP-eC9共混物中加入一种新型的含多氟烷基的非富勒烯小分子受体(NFSMA)，EH-C₈F₁₇作为客体，实现了自层析活性层。

本文要点：

1）具有上受主富集层和下层未扰动体相异质结层，获得了良好的垂直形貌。因此，获得了18.03%的功率转换效率，高于不含EH-C₈F₁₇的器件的17.40%的效率。

2）此外，得益于这种自分层策略实现的改进的电荷传输和收集，厚度为350 nm的OSC具有16.89%的令人印象深刻的PCE。因此，研究结果表明，含多氟烷基的NFSMA辅助自分层可以有效地实现高性能OSCs的理想形态。

Shihao Chen, et al, A Polyfluoroalkyl-Containing Non-fullerene Acceptor Enables Self-Stratification in Organic Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202213869

DOI: 10.1002/anie.202213869

https://doi.org/10.1002/anie.202213869

9. Angew：单纳米级等离激元增强的电化学发光

贵金属纳米颗粒是一种重要的电催化剂，在分析、传感、能量转换等领域有着广泛的应用。了解它们的电催化性能对于指导后续催化剂的制备和优化具有重要意义。然而，目前通常是通过测量许多纳米颗粒的整体电化学性能来完成的。考虑到纳米颗粒的内在异质性，在单颗粒水平上筛选电催化活性非常必要。电化学发光(ECL)是一种涉及由电化学反应激发的探测分子发射的技术。近日，南京大学鲁振达教授用等离激元增强电化学发光显微镜(ECL)研究了单纳米粒子(NP)水平上的等离子体增强电化学发光。

本文要点：

1）Au NP被组装成有序阵列，提供了一个高通量平台，可以在顺序表征中容易地定位每个NP。

2）研究人员观察到ECL强度与Au-NP组态有很强的相关性。研究人员首次在单粒子水平上证明了Ru(bpy)32+-TPrA的电致发光主要被小于40 nm的小Au NP猝灭，而被大Au NP (>80 nm)增强，这是由于局域表面等离激元共振(LSPR)所致。值得注意的是，邻近Au NP的耦合效应进一步增强了ECL强度。此外，时域有限差分(FDTD)模拟结果与实验结果吻合较好。

因此，这种阵列单个NPs的等离子体增强ECL显微镜为筛选单个粒子的电催化活性提供了一个可靠的工具。

Ying Wei, et al, Plasmon-Enhanced Electrochemiluminescence at the Single-Nanoparticle Level, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214103

DOI: 10.1002/anie.202214103

https://doi.org/10.1002/anie.202214103 

10. Angew：通过荧光和对化学位移依赖的19F核磁共振实现硝基还原酶活体成像

硝基还原酶(NTR)是一种重要的生物标志物，被广泛用于评价肿瘤的乏氧程度。虽然已有一些光学方法能够用于检测低浓度范围内的硝基还原酶，但仍缺乏一种不受成像深度限制的有效策略以实现对硝基还原酶的活体监测。有鉴于此，中科院武汉物理与数学研究所周欣研究员构建了一种新型的双模态近红外荧光-¹⁹F磁共振成像探针FCy7-NO₂，并将其用于肿瘤乏氧成像。

本文要点：

1）研究发现，FCy7-NO2不仅可以作为一种快速的近红外荧光增强探针，用于监测肿瘤中硝基还原酶的生物成像，而且也是一种新型的¹⁹F MR化学位移敏感造影剂，能够用于对硝基还原酶催化的还原进行选择性检测。

2）实验结果表明，FCy7-NO₂能够将两种互补的成像技术进行集成，进而在不受组织深度限制的大浓度范围内灵敏地检测硝基还原酶。综上所述，该研究开发的探针能够实现对硝基还原酶的灵敏响应，进而能够为了解肿瘤的演进及硝基还原酶在乏氧微环境中的生理作用提供一种新的方法。

Shizhen Chen. et al. In Vivo Nitroreductase Imaging via Fluorescence and Chemical Shift Dependent ¹⁹F NMR. Angewandte Chemie International Edition. 2022

DOI: 10.1002/anie.202213495

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202213495

11. AM综述：新兴的二维金属氧化物：从合成到器件集成

二维（2D）金属氧化物以其有趣的物理性质在电子学和光电子学领域引起了越来越多的关注。近日，深圳大学Ye Zhou综述了2D金属氧化物的合成及其电子应用的最新进展。

本文要点：

1）首先，2D金属氧化物的可调性与结构(各种氧化态形式、多晶性等)、晶体和缺陷(各向异性、点缺陷和晶界)以及厚度(量子限制效应、界面效应等)有关。并对其进行了讨论。

2）作者然后介绍了除机械剥离外的2D金属氧化物的先进合成方法，并将其分为溶液法、气相沉积法和金属源自然氧化法。

3）作者讨论了2D金属氧化物在晶体管、逆变器、光电探测器、压电器件、忆阻器等广泛应用中的各种作用，以及潜在的应用(太阳能电池、自旋电子学和超导器件)。

4）作者最后对2D金属氧化物存在的挑战和未来的机遇进行了展望。

Kui Zhou, et al, Emerging Two-Dimensional Metal Oxides: From Synthesis to Device Integration, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202207774

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207774

12. AM：调控聚苯乙烯-马来酸酐网络助力超高能量密度和高温充放电效率的全聚合物介电材料

聚合物薄膜电容器具有功率密度高、充放电速度快、稳定性好等优点，在电子和电力系统中得到了广泛的应用。然而，电导率随温度和外加电场的指数增加大大降低了介电聚合物在高温下的电容性能。近日，南方科技大学Hong Wang，宾夕法尼亚州立大学Qing Wang报道了第一个通过定制分子结构显著抑制高场高温传导损耗来控制全有机交联聚合物中电荷陷阱能级的研究，这与目前基于无机填料引入的方法有很大不同。

本文要点：

1）优化了交联结构的聚合物网络表现出7.02 J cm⁻³的超高放电能量密度，150 °C充放电效率>90%，远远超过目前的介电聚合物和复合材料。

2）研究人员通过全面的实验研究和计算证实了不同的交联结构中的电荷俘获效应作为高温电容性能显著提高的根源。

3）此外，聚合物薄膜电容器还表现出了良好的循环性能和自愈性能。

这项工作为设计能够在恶劣环境下工作的可伸缩高能量密度聚合物介质提供了一条很有前途的分子结构设计途径。

Zizhao Pan, et al, Tailoring Poly(styrene-co-maleic anhydride) Networks for All-Polymer Dielectrics Exhibiting Ultrahigh Energy Density and Charge-Discharge Efficiency at Elevated Temperatures, Adv. Mater. 2022

DOI：10.1002/adma.202207580

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202207580