1. Nat. Rev. Mater.：单分子结中的反应

开发新材料是一个跨越合成、催化、纳米技术和材料科学领域的长期目标。将一种化合物或材料转化成另一种化合物或材料涉及到在分子水平上获得、失去和共享电子。研究单分子反应——并了解它们如何提供有关或不同于大部分反应的信息——将加深我们对化学反应的理解，并建立材料科学的新框架。浙江大学J. Fraser Stoddart、Hongliang Chen和南开大学Xuefeng Guo等综述了发生在单分子结中的最新化学反应。

本文要点：

1）作者探索了实时测试床的优势，它可以提供有关反应动力学、中间体、过渡态和溶剂效应的详细信息。作者提供了与分子隧道结化学反应相关的电荷输运现象的定量观点，并且作者比较了单分子反应和发生在系综态中的反应的行为。最后，作者探索了利用单分子催化大规模生产材料的可能性。

2）作者相信，对这些单分子反应的仔细研究将有助于弥合合成化学、多相催化和分子电子学之间的差距。

Chen, H., Jia, C., Zhu, X. et al. Reactions in single-molecule junctions. Nat Rev Mater (2022).

DOI: 10.1038/s41578-022-00506-0

https://doi.org/10.1038/s41578-022-00506-0

2. Nat. Rev. Mater.：用于建筑集成光伏应用的半透明有机光伏器件

有机材料窄而强的吸收光谱为开发高效的有机光伏器件提供了机会，这些器件在质量上不同于其他现有的太阳能电池技术。它们的选择性吸收光谱使它们在发电窗口的应用中具有吸引力，这些发电窗口在可见光谱范围内是半透明的，但在不可见的紫外和红外光谱带中强烈吸收，从而为清洁能源的产生提供了可行的解决方案。密歇根大学Stephen R. Forrest等回顾了用于电动窗和其他建筑应用的半透明有机光伏的最新进展，并讨论了在扩展到模块时赋予其高效率、可见透明度、中性外观、延长的使用寿命和低效率损失的潜在策略。作者还讨论了取得进一步进展需要解决的问题。

本文要点：

1）作者强调了ST-OPV在发电窗应用中面临的挑战和机遇。为了在这个潜在的巨大应用领域获得更深的市场认可，有机物必须表现出可接受的美学、长的使用寿命、制造的可扩展性、高效率和足够低的成本。作者首先讨论了近红外吸收材料的分子设计的最新进展，特别是线性受体-供体-受体(A-D-A)非富勒烯受体(NFAs)显示出低能量损失(E_loss)。接下来是通过结合光学结构来改善ST-OPV可见光透明度和NIR吸收的策略的总结。

2）最后，作者讨论了从电池到模块时发生的效率损失，并对ST-OPV技术商业化必须解决的剩余挑战进行了展望。

Li, Y., Huang, X., Sheriff, H.K.M. et al. Semitransparent organic photovoltaics for building-integrated photovoltaic applications. Nat Rev Mater (2022).

DOI: 10.1038/s41578-022-00514-0

https://doi.org/10.1038/s41578-022-00514-0

3. Chem. Rev.：实现水中化学催化与生物催化的组合

在单个反应容器中，化学酶催化通常是指同时使用化学催化和生物催化的顺序反应，并且大多数酶催化的过程都是在作为自然反应介质的水中进行的，因此，由于可以选择使用几乎所有类型的酶，可以在使用水时实现了广泛的合成多样性。此外，水价格便宜，可大量获得，而且环境友好，因此原则上，它是理想的反应介质。然而，目前大多数化学催化通常在有机溶剂中进行（这可能会使酶失活），因此似乎很难将这种反应与生物催化结合起来。近日，比勒菲尔德大学的Harald Gröger、瑞士Novartis Pharma AG的Fabrice Gallou、加利福尼亚大学的Bruce H. Lipshutz 介绍了几种创造性的方法和解决方案，这些方法和方案能够实现水中化学催化和生物催化的组合并应用于合成问题，同时也反映了这一新兴领域的最新技术。

本文要点：

1) 首先侧重介绍开创这一研究领域的历史发展；其次，描述了在最初发现后推动该领域的关键发展；再次，强调了最新的成果，这些成果为生物催化（主要用于水性介质）和化学催化（主要在有机溶剂中进行）之间的兼容性这一主要问题提供的解决方案。

2) 简要概述了该领域的现状、未来面临的挑战，并最终展望了化学酶催化在有机合成中的未来。

Harald Gröger, et al. Where Chemocatalysis Meets Biocatalysis: In Water. Chem. Rev. 2022

DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00416

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00416

4. EES：面向安培级电流密度析氢反应所设计的局部钾离子富集的微环境

寻找一种在安培级电流密度下进行碱性析氢反应(HER)的非铂催化剂对于新出现的阴离子交换膜(AEM)水电解是重要的，但也是具有挑战性的。近日，湖南大学Hongwen Huang，南京大学胡征报道了一种纳米锥组装的Ru₃Ni(NA-Ru₃Ni)催化剂。

本文要点：

1）该催化剂在1000 mA cm^-2时表现出168 mV的低过电位，在100 mV的过电位下表现出26.5 s^-1的高周转频率，而Ru₃Ni的负载量仅为0.08 mg cm^-2，并且在60 ^oC的实际AEM电解槽中稳定运行2000 h，表现出最佳的综合性能。

2）理论模拟和实验结果证实，尖端集中的K⁺离子通过增强界面水的H-OH键极化和降低水的解离能垒来促成这种显著的碱性HER活性，其中非共价相互作用被认为是内在的驱动力。

本工作对工业用碱性HER催化剂的合理设计具有普遍的指导意义。

Lei Gao, et al, Engineering a Local Potassium Cation Concentrated Microenvironment toward Ampere-Level Current Density Hydrogen Evolution Reaction, Energy Environ. Sci., 2023

DOI: 10.1039/D2EE02836K

https://doi.org/10.1039/D2EE02836K

5. EES：可再生电子驱动的生物无机固氮:通向绿色氨的优越途径？

氨对化肥工业和全球化学经济至关重要。然而，传统的哈伯-博世NH₃合成工艺是能源和资本密集型的，并与高温室气体排放(占全球二氧化碳排放的1.44%)有关。因此，开发绿色能源转型和可持续发展的绿色氨合成已成为研究热点。其中，受自然启发的生物电催化固氮(e-BNF)结合了电催化、酶/微生物和可再生能源的优点，正在成为一种前沿的碳中性、节能和潜在的可持续氨合成策略。然而，e-BNF的发展仍处于初级阶段。近日，丹麦技术大学Yifeng Zhang对用于氨合成的e-BNF的历史发展和现状进行了系统的综述。

本文要点：

1）作者首先回顾了传统的Haber-Bosch过程和非生物电催化方法，并在电化学和生物电化学的背景下访问了生物无机e-BNF的基本原理、优点和挑战。

2）作者其次对e-BNF的电子传递机制以及基于酶和微生物细胞的e-BNF进行了深入的讨论。最后讨论了生物电催化氨合成的发展方向和前景。

Bo Wang, et al, Renewable electrons-driven bioinorganic nitrogen fixation: A superior route toward green ammonia?, Energy Environ. Sci., 2023,

DOI: 10.1039/D2EE03132A

https://doi.org/10.1039/D2EE03132A

6. Angew：一个无序魔方启发的超长循环寿命钠离子电池框架

具有快速充电能力和长寿命的钠离子电池(SIBs)可以应用于各种可持续能源存储系统，包括个人设备到电网存储。近日，受“魔方”和HE氧化物及金属合金领域蓬勃发展的研究启发，温州大学侴术雷教授，伍伦贡大学Jiazhao Wang以五种常用的过渡金属为原料制备了HE-HCF作为“概念验证”,展示了高熵金属有机框架(MOFs)在储能器件中的应用。

本文要点：

1）结果显示，HE-HCF确实是熵稳定的，导致了前所未有的循环寿命，在50000次循环后容量保持率接近80%，在75 C下具有快速充电能力，并且在-10至60 °C的宽温度范围下工作时具有全天候特性。

2）研究人员使用中子粉末衍射(NPD)和扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)技术研究了熵增加引起的结构变化的来源及其与电化学特性的关系。基于原位同步辐射粉末衍射(PD)、原位X射线吸收光谱(XAS)和原位透射电子显微镜(TEM)以及密度泛函理论(DFT)计算，进一步研究了钠离子储存机制。

这些结果为开发高熵金属有机框架作为GESS应用的长寿命和全天候SIBs铺平了道路。

Jian Peng, et al, A Disordered Rubik’s Cube-Inspired Framework for Sodium-Ion Batteries with Ultralong Cycle Lifespan, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215865

DOI: 10.1002/anie.202215865

https://doi.org/10.1002/anie.202215865

7. Angew：通过直接钯催化的二羰基化或多羰基化有效合成新型增塑剂

二酯在化学工业中非常重要，用于许多应用，例如增塑剂、表面活性剂、乳化剂和润滑剂。近日，莱布尼茨化学研究所Matthias Beller，Ralf Jackstell，Henrik Junge，安特卫普大学Bert U.W. Maes，德国赢创Robert Franke提出了一种新的最先进的钯催化剂体系，用于从相应的醇高效和选择性地合成二酯或多酯。

本文要点：

1）研究成功的关键是L16的使用，它允许在其他典型的羰基化条件下进行这种转化。一系列工业上重要的烯烃首次直接与各种二元和多元醇(包括生物基多元醇)反应，以良好的收率和高正/异选择性生成二元或多元酯。

2）合成的二酯的代表性实例为聚氯乙烯（PVC）薄膜中的增塑剂。所有测试的化合物都显示出增塑效果，降低了增塑PVC膜的玻璃化转变温度(T_g)。值得注意的是，通过该方法制备的反式-4ca二酯的性能甚至比普通产品更好，表明少量的异构体显著影响塑化性能。

总的来说，本催化体系允许在温和的反应条件下以简单的方式生产非邻苯二甲酸酯类增塑剂类似物。因此，这项工作将激励未来开发更加环保和可持续的增塑剂。

Yuya Hu, et al, Efficient Synthesis of Novel Plasticizers by Direct Palladium-catalyzed Di- or Multi-carbonylations, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214706

DOI: 10.1002/anie.202214706

https://doi.org/10.1002/anie.202214706

8. Angew：具有丰富氧空位的缺陷假钙钛矿Fe₂TiO₅纳米纤维实现耐久电催化还原硝酸盐制氨

高效电催化还原硝酸盐制氨是一种很有前途的废水处理和绿色合成氨方法。然而，由于硝酸盐中N-O的键能高达204 KJ·mol^-1，因此寻找有效的方法来高效还原硝酸盐非常必要。最近，电催化硝酸盐还原以合成氨受到越来越多的关注。该过程以水为氢源，由风能和太阳能等可持续能源提供动力。然而，电催化硝酸盐还原会被析氢反应(HER)和其他一些副反应所抑制。因此，迫切需要具有良好选择性和稳定性的高效电催化剂。近日，电子科技大学Tingshuai Li成功地制备了具有丰富氧空位的均匀连续的Fe₂TiO₅纳米纤维，并将其用于常温下电催化硝酸盐还原为氨的高效、耐用的电催化剂。

本文要点：

1）实验结果显示，氨产率高达0.73 mmol h^-1 mg^-1_cat，具有高达87.6%的FE，同时保持优异的电化学耐久性和化学稳定性。因此，该催化剂对亚硝酸根还原为氨具有较好的电化学性能。

2）材料计算结果证实，Fe原子是硝酸盐吸附的活性中心，反键态的形成有利于电荷转移，这是Fe₂TiO₅纳米纤维电催化硝酸盐或亚硝酸盐转化为氨具有良好性能的原因。

Hongting Du, et al, Durable Electrocatalytic Reduction of Nitrate to Ammonia over Defective Pseudobrookite Fe₂TiO₅ Nanofibers with Abundant Oxygen Vacancies, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215782

DOI: 10.1002/anie.202215782

https://doi.org/10.1002/anie.202215782

9. Angew：压力工程实现二维无机分子晶体中电荷输运的巨大可调性

在新兴的二维无机分子晶体(2DIMCs)中，独特的分子间范德华作用力赋予了它们在外界刺激下具有高度可调的结构和性质。近日，华中科技大学翟天佑教授，北京高压科学研究中心Xujie Lü通过高压调节和原位表征，研究了二维α-Sb₂O₃无机分子晶体从绝缘体到宽带隙半导体的高度可调谐的电荷输运行为。

本文要点：

1）通过原位高压拉曼光谱和密度泛函理论计算揭示了压缩条件下的结构变化，结果表明在~4 Gpa、10 Gpa和15 Gpa处分别发生了三次等结构转变。此外，还可以通过调节晶体厚度来调节等结构转变的转变压力。用键级和电子局域函数(ELF)研究了分子间键的演化过程。

2）压缩后，分子间的成键作用显著增强，这对α-Sb₂O₃禁带宽度的减小和电荷输运性能的改善起着至关重要的作用。然而，间接带隙的性质被保留，并且在15 Gpa以下没有形成分子间的共价键。有趣的是，在0-3.2 Gpa范围内，电阻率急剧下降了5个数量级，这意味着从绝缘体到半导体的转变。

这项工作的成果为2DIMC树立了一个新的里程碑，并将极大地刺激2DIMC在光电子学和纳米机电系统中的基础研究和潜在应用。

Xin Feng, et al, Giant Tunability of Charge Transport in 2D Inorganic Molecular Crystals by Pressure Engineering, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202217238

DOI: 10.1002/anie.202217238

https://doi.org/10.1002/anie.202217238

10. AM：锌单原子聚集体：协同作用促进锂-硫电池中多硫化物的快速转化

单原子催化剂(SACs)在原子尺度的反应机理和构效关系方面具有很好的适用性，为提高多硫化物穿梭效应和迟滞动力学效应下硫电极的利用效率提供了新的可能性。近日，滑铁卢大学陈忠伟教授，华南师范大学王新教授报道了高度有序的氮掺杂碳纳米管阵列上的氮(N)锚定的囊作为锂硫(Li-S)电池中快速氧化还原的硫载体。

本文要点：

1）定向碳纳米管的立方结构可以促进高硫负荷下的快速传质，丰富的单原子活性中心进一步加速了锂多硫化物(LiPS)的转化。原子间距小于1 nm的相邻单原子的协同增强效应进一步加速了高硫负荷下硫的快速多步反应。

2）结果表明，在7.2 mg cm⁻²的高硫负载量(电解液与硫磺的比例约为3.7 mL g⁻¹)下，100次循环后，锂硫电池表现出良好的循环稳定性，面积容量为5.6 mAh cm⁻²。即使组装成袋状电池，它在1C循环100次后仍能提供953.4 mAh g⁻¹的高容量，为实际可行的Li-S电池的开发做出了贡献.

Xiaomin Zhang, et al, Single zinc atom aggregates: Synergetic interaction to boost fast polysulfide conversion in lithium-sulfur batteries, Advanced Materials. 2022

DOI: 10.1002/adma.202208470

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202208470

11. AEM：智能深共晶电解质使高安全性锂金属电池热诱导关机成为可能

严重的安全问题和不可控的锂枝晶是利用最先进的碳酸酯基电解质的高电压锂金属电池(LMBs)商业化的主要挑战。中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员、Jianjun Zhang、Fu Sun和青岛大学Botao Zhang等提出了一种具有热诱导智能关断功能的新型深共晶电解质(丁二腈/1，3，5-三氧杂环己烷/二氟(草酸)硼酸锂(DFOB)，缩写为DEE)来改善上述问题。

本文要点：

1）在这种精心设计的DEE中，1，3，5-三氧杂环己烷(TXE)可以参与Li⁺初级溶剂化壳层，形成独特的溶剂化结构(Li⁺-SN-TXE-DFOB ),有利于增强Li/电解质界面相容性。作者证明了使用如此制备的DEE电解质的4.45 V LiCoO₂/Li电池在25℃下提供了高库仑效率(99.5%)，显著的循环能力(100次循环后容量保持率为81%)。此外，使用如此制备的DEE的LiCoO₂/Li电池的热滥用测试显示了快速热关闭功能，以在它们暴露于超过150℃的环境温度时终止锂离子传输和随后的电池操作。

2）这种热诱导关闭功能是通过TXE聚合成具有超低离子的聚甲醛来实现的，智能热感应关断装置为设计具有增强安全性能的下一代高性能LMBs开辟了新的途径。

Zhang, J., et al, Smart Deep Eutectic Electrolyte Enabling Thermally Induced Shutdown Toward High-Safety Lithium Metal Batteries. Adv. Energy Mater. 2022, 2202529.

DOI: 10.1002/aenm.202202529

https://doi.org/10.1002/aenm.202202529

12. ACS Nano：单纳米粒子光谱定量揭示壳隔离纳米粒子增强拉曼光谱中的异常增强

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种超灵敏光谱技术，在催化、电化学、材料科学等领域有着广泛的应用。然而，它受到衬底和材料的限制。壳隔离纳米颗粒增强拉曼光谱（SHINERS）的发展有效地抵消了这一限制，由于其具有应用于任何表面的潜力，使其引起了极大的关注。作为SHINERS技术的核心，惰性外壳可以有效防止了活性金属表面的暴露，然而，也显著扩大了光被捕获的金属间隙。因此，在没有系统研究的情况下，外壳被广泛认为是削弱耦合效率并阻碍SHINERS灵敏度的副问题。近日，厦门大学李剑锋通过对单个纳米结构进行定量光学和结构表征，研究了SHINERS的壳层和结构效应。

本文要点：

1) 通过对200多个纳米结构的统计发现，优化壳隔离纳米颗粒（SHIN）的耦合几何结构可以克服由于壳引起的场增强损失。并且得到了FDTD模拟的证实和解释，SHIN二聚体显示出比其裸金纳米颗粒对应物更高的场增强。

2) 证明了SHINERS的信号增强随着热点数量的增加而饱和，但可以通过改变纳米颗粒的聚集几何结构来进一步优化。SHINERS技术灵敏度的提高将促进其在材料科学中的广泛应用。

Hu Shu, et al. Quantitatively Revealing the Anomalous Enhancement in Shell-Isolated Nanoparticle-Enhanced Raman Spectroscopy Using Single-Nanoparticle Spectroscopy. ACS Nano 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c09716

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c09716