1. Nature Commun.：用于高效CO2还原的背照式光电化学流动池
光电化学CO2还原反应流动电池是满足以工业规模生产太阳能燃料的要求的有前途的装置。具有宽带隙的光电极无法在高电流密度下实现高效CO2还原，而在流动池配置中集成具有窄带隙的不透明光电极仍然是一个挑战。近日，天津大学巩金龙教授展示了一种用于CO2还原的PEC流通池，该流通池具有背照式硅光阳极，可提高能量利用效率。
本文要点：
1）为了克服流动池中不透明半导体光吸收体和气体扩散电极之间的矛盾，Si光电极被无定形Si钝化，以获得超长的少数载流子扩散长度，并将光吸收区和催化部位分开。这种分离的结构使得光能够从阳极室侧引入到电池的阳极室中。
2）在这种配置中，用于CO2RR的PEC流动池中实现了高反应速率（38 mA/cm2）。此外，对于CO2的转化，使用Ag催化剂，背照式Si光阳极辅助的PEC流动池对于FE为90%的CO显示出2.42%的STF效率。同时，在Cu催化剂上实现了CO2RR转化为C2+产物的直接PEC流动池，FE为53%，STF为0.29%。
这项工作中的设计策略打开了基于硅光电极的有前途的方法，以从CO2和H2O产生太阳能燃料，用于工业应用。
Liu, B., Wang, T., Wang, S. et al. Back-illuminated photoelectrochemical flow cell for efficient CO2 reduction. Nat Commun 13, 7111 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-34926-x
https://doi.org/10.1038/s41467-022-34926-x
2. Nature Commun.：一种可高效分离单价阳离子的共价有机骨架膜
共价有机骨架(COF)具有刚性、高度有序性和可调性等结构，可以有效地控制熵选择性和焓选择性的协同作用，具有很大的潜力作为下一代离子分离膜材料。近日，天津大学姜忠义教授，潘福生副研究员展示了COF膜对单价阳离子的高效分离。
本文要点：
1）研究人员通过设计具有不同通道尺寸和酸基的COF，提出了受限级联分离的概念来解释分离过程：i）COF膜的通道由两种结构域组成，被酸基团覆盖的通道域，简称为ACID域和不被酸基团占据的通道域，简称为无酸域。酸区作为受限段，可以充分结合水分子形成水合壳，使有效通道尺寸变窄；ii）沿COF膜通道排列的所有酸区都能放大每个受限段的筛选能力，对单价阳离子具有较高的选择性；iii）无酸段保持了原有的通道尺寸，使单价阳离子具有高的渗透性。
2）研究人员选择了一组描述符，包括水化能、基团密度(每个孔内的酸基数)、基团距离，以确定受限阶段的性质。水化强度为−0.15~−0.44 eV，每个孔的基团密度为0~6，基团间距为6~25 Å，根据COF膜的厚度，级数从~2000级到~10,000级不等。
3）此外，研究人员从头设计的COF（TpPa-PO3H2）膜在直接筛选二元一价阳离子混合物方面取得了优异的性能，对K+/Li+二元混合物的实际选择性为4.2~4.7，对K+/Li+的理想选择性为~13.7。
Wang, H., Zhai, Y., Li, Y. et al. Covalent organic framework membranes for efficient separation of monovalent cations. Nat Commun 13, 7123 (2022).
DOI：10.1038/s41467-022-34849-7
https://doi.org/10.1038/s41467-022-34849-7
3. Chem：一种基于配位B-N键的结晶稳定的微孔骨架
尽管人们已经提出了利用含硼氮B-N键来构建微孔结晶有机骨架（BNF）材料的概念，但目前尚未得到实现，由于在热/真空活化下很难稳定其孔结构，因此它们的各种功能还没有得到充分的探索。近日，福建师范大学张章静研究员首次报道了一种结晶和稳定的微孔BNF-1。
本文要点：
1）研究人员很容易地从其相应的有机构筑单元1，4-二(苯二恶硼)苯（BACT）和(4-(3-吡啶基)-N，N-双[4-(3-吡啶基)苯基]苯胺（3-TPPA）中自组装得到BNF-1。
2）单晶X射线结构测定表明，BNF-1是一个二维骨架，其中的双层片层相互互锁，形成具有可进入的孔笼的伪三维骨架。
3）研究发现，BNF-1对热/真空活化是稳定的，因此研究人员不仅确定了活化后的BNF-1a的永久孔隙率，而且还揭示了其单晶X射线结构。气体吸附研究表明，该材料比二氧化碳（CO2）分子吸收更多的乙炔（C2H2），因此在常温下可以很容易地从C2H2/CO2混合物中分离出C2H2，动态穿透实验清楚地揭示了这一点。
4）单晶X射线衍射和分子模拟研究表明，孔壁上的位阻静电势(ESP)与C2H2分子相匹配，这是C2H2分子优先结合CO2分子的分子识别机理。
Zhang et al., A crystalline and stable microporous framework based on the dative B-N bonds, Chem (2022)
DOI：10.1016/j.chempr.2022.10.023
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.10.023
4. Angew：FeMn团簇修饰单原子Mn位点以促进ORR反应
通过原子团簇调控单原子金属中心的电子分布是提高其氧还原反应（ORR）本征活性的有效策略。近日，湖南大学韩磊教授，上海高等研究院Lina Li报道了一种通过后吸附和二次热解的创新组合来构建带有原子团簇的单原子Mn位点。
本文要点：
1）FeMnac/Mn-N4C催化剂的合成包括CdMn-PPD前体的合成、Fe3+离子的物理吸附和两步热解。具体而言，CdMn-PPD前体通过将Cd(NO3)2和MnCl2与对苯二胺混合并搅拌12小时来制备，并进一步在500 ℃下热解以获得具有多孔结构和丰富缺陷的Mn-DNC。然后，所得Mn-DNC用作后续铁离子吸附的主体。最后，在900 ℃下二次热解2 h，得到FeMnac/Mn-N4C催化剂。
2）研究人员通过X-射线吸收光谱证实了通过Mn-N4配位键合到FeMn原子团簇（FeMnac/Mn-N4C）上形成Mn位点，这已经在理论上被证明有助于在ORR过程中分子O2的吸附和O-O键的断裂。
3）由于上述结构特点，FeMnac/Mn-N4C催化剂表现出优异的ORR活性，在0.5 M H2SO4中的半波电位为0.79 V，在0.1 M KOH中的半波电位为0.90 V，以及优异的锌-空气电池性能。
这种合成策略有望为构建具有可调原子结构的高活性催化剂开辟一条途径。
Heng Liu, et al, Decorating Single-Atomic Mn Sites with FeMn Clusters to Boost Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214988
DOI: 10.1002/anie.202214988
https://doi.org/10.1002/anie.202214988
5. Angew：通过化学键在石墨烯纳米片上镶嵌纳米铋助力超长寿命的水系储钠
由于安全性和低成本，可充电的水系钠离子电池（ASIBs）正在成为锂离子电池的重要替代品。金属负极表现出高的理论容量和对ASIBs的非选择性水合离子插入，然而其大体积膨胀和缓慢的反应动力学导致差的电化学稳定性。近日，清华大学深圳国际研究生院杨诚教授，Fangcheng Wang发现，通过调节激光照射条件，可以方便地实现Bi纳米颗粒和激光诱导的石墨烯纳米片之间的强化学键，并且这种Bi@LIG复合电极可以显著提高ASIBs的寿命。
本文要点：
1）研究人员首先将含有硝酸铋和尿素的氧化石墨溶液用作前体，并浇铸到不锈钢箔上，湿涂层的厚度控制在400微米。随后，涂布的箔在60 ℃下风干12小时。通过调节重复频率和束直径的散焦值，可以精确调节传递的光子能量，从而得到具有独特结构特征和石墨化的最终产品。
2）研究发现，具有均匀尺寸的Bi纳米颗粒通过紫外激光诱导的光化学还原紧紧固定在石墨烯层上，表现出镶嵌结构，这提供了缓冲基质以减轻Bi的体积变化，并保持石墨烯基电极网络中有效的电子和离子传输。
3）牢固的化学键能够实现快速的电荷转移动力学和负极可循环性的显著改善（9500次循环后在4 A g-1下为122 mAh g-1，在250 mA g-1下可逆容量为502.6 mAh g-1）。
该策略可以为石墨烯-合金组合的未来结构调控提供长期应用场景的指导。
Haojie Zhu, et al, Inlaying Bismuth Nanoparticles on Graphene Nanosheets by Chemical Bond for Ultralong-lifespan Aqueous Sodium Storage, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202212439
DOI: 10.1002/anie.202212439
https://doi.org/10.1002/anie.202212439
6. Angew：高体积产率带电共价有机骨架纳米片的单液相合成
共价有机骨架纳米片（COF-NSs）是开发功能材料的新兴构件，其可规模化制备具有重要意义。目前的合成方法由于受限的表面/界面生长空间和复杂的多相合成系统而导致COF-NSs较低的产量。近日，天津大学姜忠义教授，Michael D. Guiver，Yan Yin发展了一种新的方法，通过原位引入一种单体的静电排斥力，在单一溶液相中合成带电的COF-NS。
本文要点：
1）研究人员合成了三种带负电或带正电的COF-NSs，实现了首次报道的最高体积产率18.7mg·mL-1。
2）研究人员监测了COF-纳米晶在单一溶液相中的生长过程，发现静电排斥力抑制了初始聚合物的聚集，并使平面内各向异性、无序-有序二次生长成为大晶体COF-NS。合适的单体浓度、高单体溶解度的溶剂类型和离子解离能力是在单液相合成中获得高体积产率的关键。
3）研究人员用溶剂浇铸法制备了～25 μm的自支撑SPC-COF-NS薄膜。该膜表现出逐层层状形态和取向结晶度，表现出在80 ℃下364.1 mS cm-1的良好质子传导率、可忽略的尺寸溶胀比以及作为新型PEM的891.7 mW·cm-2的H2/O2燃料电池性能。
这种单一的溶液相系统为大晶体COF-NSs的可扩展、简便、高效的合成开辟了新的途径，允许这种新兴2D材料在不同应用中的可持续发展。
Tong Huang, et al, Single Solution-Phase Synthesis of Charged Covalent Organic Framework Nanosheets with High Volume Yield, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202209306
DOI: 10.1002/anie.202209306
https://doi.org/10.1002/anie.202209306
7. Angew：用于指导电催化剂设计的多元MOF中原子结构的直接可视化
用于电催化析氧反应（OER）的金属有机框架（MOFs）引起越来越多的关注。近日，香港理工大学赵炯、淮阴师范学院邓庆明、香港城市大学Ly ThucHue使用低剂量积分差分相位对比扫描透射电子显微镜（iDPC STEM）技术来可视化多元MOF（MTV MOF）的原子结构，以指导用于高效OER的体MOF催化剂的结构设计。
本文要点：
1) iDPC STEM图像显示，将Fe3+或ATA结合到Ni BDC中可以引入不均匀的晶格应变，从而削弱配位键。通过热处理可以选择性地裂解配位键，并同时生成配位不饱和金属位点，生成Ni@C和分级多孔结构。
2) 分别在286mV和365mV的小过电势下，在有缺陷的MOF上实现了电流密度为10和100mA cm-2的优异OER活性，这优于商业RuO2催化剂和大多数其他MOF。
Sun Dengrong, et al. Direct Visualization of Atomic Structure in Multivariate MOFs for Guiding Electrocatalysts Design. Angew. Chem. Int. Ed. 2022
DOI: 10.1002/anie.202216008
https://doi.org/10.1002/anie.202216008
8. AM：通过改变CsPbI3钙钛矿型太阳能电池的掩埋界面来提高开路电压不足的极限
尽管CsPbI3钙钛矿由于其优异的热稳定性在光伏领域显示出巨大的潜力，但是严重的光电压损失严重限制了器件的性能。掩埋氧化钛/钙钛矿界面在界面电荷传输和钙钛矿结晶中起着关键作用，这与非辐射复合引起的开路电压(VOC)不足密切相关。北京科技大学张跃和Zhuo Kang等故意使用具有特殊官能团的目标分子3-磺酸丙基丙烯酸酯钾盐来修饰掩埋界面，在钝化界面缺陷、优化能量排列和促进钙钛矿结晶方面产生有利的功能。
本文要点：
1）实验表征和理论计算表明，掩埋界面修饰抑制了电子转移势垒，同时提高了钙钛矿晶体质量，从而减少了陷阱辅助电荷复合和界面能量损失。因此，对掩埋界面的全方位修饰使器件的效率达到了20.98%，VOC亏损达到了0.451 V的历史最低水平。所提出的掩埋界面修饰策略为推动VOC亏损的极限提供了一个通用的处方，展示了开发高性能全无机钙钛矿光伏的光明前景。
2）作者的工艺提供了一条路线，利用标准的微制造程序来大规模制造高度小型化、柔性和可拉伸的瞬态传感器和电子器件。
Xu, C., et al, Pushing the Limit of Open-circuit Voltage Deficit Via modifying Buried Interface in CsPbI3 Perovskite Solar Cells. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2207172.
DOI: 10.1002/adma.202207172
https://doi.org/10.1002/adma.202207172
9. AM：一种由自粘结共析凝胶制成的全设备自主自愈可拉伸软电池
开发柔软的、可拉伸的和自愈的下一代储能器件具有重要意义。先前报道的自愈合电池大多具有有限的延展性，并且依赖于可愈合的电极或电解质，而不是实现整个装置的自愈合。近日，郑州轻工业大学刘春森教授，河南工业大学Jingjing Li报道了一种全成分自粘合策略，以获得一种全共析凝胶软电池(AESB)，该电池在较宽的温度范围（–20至60°C）内同时实现了全电池自主自愈合能力和全方位内在拉伸能力（> 1000%面应变）。
本文要点：
1）在不需要任何外部刺激的情况下，五层软电池可以在全电池水平上有效地恢复其机械和电化学性能。所开发的AESB可以很容易地配置成具有高界面相容性共析凝胶电极、电解质和基底的各种三维结构，为具体化能量技术的发展提供了极好的机会。
2）本工作提供了一个通用的和用户友好的软电子材料平台，用于制造各种内在自愈合可拉伸多层电子器件，这些电子器件在储能领域之外是有前途的，例如显示器、传感器、电路和软机器人。
Chaonan Gu, et al, A full-device autonomous self-healing stretchable soft battery from self-bonded eutectogels, Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202208392
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202208392
10. AM：MoS2介导的锌金属负极外延电镀
金属基负极（Li、Zn等）由于其较高的理论比容量，被认为是下一代先进电池的有前途的解决方案。然而，这些金属负极大多存在枝晶生长问题，这严重限制了它们的实际应用。近年来，通过选择合适的衬底进行外延负极金属沉积作为抑制枝晶生长的有效策略受到了极大的关注。然而，镀金属和衬底之间的外延关系一直是争论的主题。关于之前那些报告中的未经认证的外延，一个关键的原因可能是大多数应用的衬底并不是在整个金属沉积区域内单一取向的。因此，使用不仅具有相似的晶格结构而且具有大面积连续的单取向取向的衬底可能是实现外延的关键。基于此，阿卜杜拉国王科技大学Husam N. Alshareef以大面积准单晶2D材料(MoS2)为衬底，研究了金属锌的沉积行为。
本文要点：
1）研究人员通过密度泛函理论(DFT)计算和各种实验表征（光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪等），证实了MoS2的边缘会诱导锌的择优沉积，从而影响沉积的锌薄膜的结晶质量。
2）此外，研究人员还得到了几乎所有的(002)晶面取向的锌薄膜，从包裹单取向MoS2衬底的边缘后的X射线衍射极图分析中可以看出，锌薄膜具有几乎全部的(002)晶面取向。此外，在锌金属负极研究中，首次用极图对负极外延进行了验证。这些结果验证了锌在MoS2衬底上的外延生长，并证实了利用具有相似晶格结构的大面积单取向衬底来抑制金属枝晶的有效性。
这项研究可以启发未来通过结晶学方法抑制金属枝晶的研究。
Yizhou Wang, et al, MoS2-Mediated Epitaxial Plating of Zn Metal Anodes, Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202208171
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202208171
11. AEM：水性锌离子电池Zn（002）面的择优生长
不受控制的锌枝晶生长是水性锌离子电池短路失效的主要原因。通过电解质添加剂来控制晶体生长是缓解枝晶问题的有效策略之一。然而，在沉积层结构重建过程中，大多数添加剂在循环过程中不能保持稳定。有鉴于此，华中科技大学黄云辉、李真使用1-丁基-3-甲基咪唑鎓阳离子（BMIm+离子）作为电解质添加剂，可以稳定地诱导Zn（002）面的优先生长并抑制枝晶的形成。
本文要点：
1) BMIm+离子将优先吸附在Zn阳极的（100）和（101）面上，迫使Zn2+离子沉积在（002）面上从而诱导（002）面的优先生长，并形成平坦且致密的沉积层。
2) 锌阳极在10mA cm−2下稳定循环1000小时，并且具有高达99.8%的库仑效率。同时，NH4V4O10||Zn电池可以在0.4A g−1下稳定运行240个循环。
Zhang Huangwei, et al. Inducing the Preferential Growth of Zn (002) Plane for Long Cycle Aqueous Zn-Ion Batteries Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202203254
https://doi.org/10.1002/aenm.202203254
12. AEM：富镍层状氧化物的空气不稳定性
得益于优异的锂离子扩散动力学和放电比容量，富镍层状氧化物已成为高能量密度锂离子电池的首选正极活性材料（CAMs）。然而，由于镍离子（Ni2+/3+/4+）的独特电子结构和烧结条件，使得富镍金属氧化物半导体在与环境空气接触时容易劣化。有鉴于此，西北工业大学谢科予、沈超综述研究了富镍金属膜的空气不稳定性，并且这是一个被忽视但对大规模应用至关重要的问题。
本文要点：
1) 首先阐释了空气不稳定性表征的基本原理，然后讨论了演变行为以及对电极制造性能和电池电化学/安全性能的负面影响。
2) 随后，综述了用于提高空气储存稳定性的各种材料改性策略，包括通过掺杂和涂覆的预处理策略以及通过气体、洗涤和加热进行的后处理策略。最后，还提出了进一步探索解决空气不稳定问题的研究方向，这为富镍CAMs的实际应用奠定了基础。
Zhang Wujiu, et al. Air Instability of Ni-Rich Layered Oxides–A Roadblock to Large Scale Application Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202202993
https://doi.org/10.1002/aenm.202202993
