1. Chem. Soc. Rev.：塑料废物转化为有价值化学品的进展和前景
自然界中废弃的塑料已经造成了严重的“白色污染”，然而这些塑料废物含有丰富的碳资源，可以作为生产商品的原料。因此，有必要将这些塑料废物转化为有价值的化学品。近日，中国科学技术大学谢毅院士、孙永福、Jiao Xingchen综述研究了塑料废物转化为有价值化学品的进展和前景。1) 最先进的塑料转化技术分为两类，即在剧烈条件下和温和条件下进行的技术，并讨论了转化机制。由于其优异的转化效率，在恶劣条件下的策略更接近实际应用，而在温和条件下的战略更环保，显示出巨大的发展潜力。2) 详细总结了在448至973K温度范围内热解、加氢热解、溶剂解和微波引发的塑料废物中键断裂催化。此外，还概述了在接近甚至正常温度和压力下塑料废物中用于键断裂的光催化、电催化和生物催化。最后，提出了一些改进现有技术和深入研究机制的建议和展望，以将塑料转化为有价值的化学品。Zheng Kai, et al. Progress and perspective for conversion of plastic wastes into valuable chemicals. Chem. Soc. Rev. 2022https://doi.org/10.1039/D2CS00688J
2. EES：多功能类SEI结构涂层在大电流、大容量下稳定锌负极
水系锌离子电池的发展和应用仍然面临着一些挑战，如枝晶生长和活性水引发的副反应等。近日，哈工大张乃庆教授，Yu Zhang在类SEI结构的Zn负极上构建了PVA@SR-ZnMoO4多功能涂层（SR指SO42-受体）。1）研究发现，PVA@SR外层可以赋予涂层一定的柔韧性，同时增强了锌离子的迁移率和分散性。内层的ZnMoO4能有效抑制枝晶生长和副反应。2）重要的是，在无机-有机复合内层中，可以在PVA和ZnMoO4之间建立一条快速的锌离子迁移路径，确保锌阳极的大电流运行。3）由于“相互配合”，锌负极在5 mA cm-2和5 mAh cm-2下具有99.42%的高库仑效率和1700 h的循环稳定性。此外，Zn/α-MnO2全电池在1.0 A g-1循环1000次后仍能保持141.7mAh g-1的剩余容量。Aosai Chen, et al, Multifunctional SEI-like structure coating stabilizing Zn anode at large current and capacity, Energy Environ. Sci., 2022https://doi.org/10.1039/D2EE02931F
3. EES：用于CO2分离的有机微孔膜研究进展
随着全球变暖和气候变化，碳排放已成为全球关注的问题。利用膜技术进行碳捕获是实现可控碳排放和碳中和的有效途径。在过去十年中，有机微孔材料表现出优异的物理和化学性能，并引发了新型膜结构的革命。近日，天津大学Guiver Michael D.、Jiang Zhongyi对用于CO2分离的有机微孔膜进行了综述研究。1) 重点关注先进有机微孔膜的进展，并强调受限传质机制、设计原则和具有代表性的有机微孔膜及其CO2分离应用。基于物理/化学约束机制讨论了有机微孔膜通道中的异常约束效应，以了解CO2分子传输行为。2) 提出了三个设计原则，纳米组装工程、网状工程和微环境工程，以构建特定的膜结构。还总结了四类有机微孔膜材料，即固有微孔聚合物（PIM）、氧化石墨烯（GO）、金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）。最后，还对实现从先进膜到实际应用的转变所面临的机遇和挑战进行了展望。Wang Yuhan, et al. Advances in organic microporous membranes for CO2 separation. EES 2022https://doi.org/10.1039/D2EE02449G
4. Angew：非晶态Mo掺杂NiS0.5Se0.5纳米片@晶态NiS0.5Se0.5纳米棒实现中性介质中高电流密度电催化水分解
开发高活性、坚固耐用、低成本的过渡金属基电催化剂对中性溶液特别是大电流密度下的整体水分解具有重要意义。近日，海南大学邓意达教授，Xuerong Zheng采用一步法制备了非晶态Mo掺杂NiS0.5Se0.5纳米片和晶态NiS0.5Se0.5纳米棒（Am-Mo-NiS0.5Se0.5）。1）在磷酸盐缓冲溶液中，Am-Mo-NiS0.5Se0.5在10和1000 mA cm−2时的析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的过电位分别为48 mV和209 mV和238 mV和514 mV。此外，Am-Mo-NiS0.5Se0.5具有良好的稳定性，至少可稳定300h，不会发生明显的降解。2）理论计算表明，Am-Mo-NiS0.5Se0.5富缺陷非晶态结构中的Ni位具有较高的电子态密度，增强了H2O的结合能，从而优化了H的吸附/脱附能垒，降低了OER决定步骤的吸附能。Yang Wang, et al, Amorphous Mo-doped NiS0.5Se0.5 Nanosheets@Crystalline NiS0.5Se0.5 Nanorods for High Current-density Electrocatalytic Water Splitting in Neutral Media, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202215256DOI: 10.1002/anie.202215256https://doi.org/10.1002/anie.202215256
5. Angew：NaCl促进氮杂包覆的七甲川花菁形成J聚合体以用于监测植物盐胁迫和光热治疗
七甲氨酸菁的阳离子性质使得它们能够通过静电相互作用与盐形成聚集体。华中师范大学杨光富教授和尹军教授发现NaCl能够促进氮杂包覆的七甲川花菁J聚集体的形成。1）NaCl可诱导N-苄氧羰基Cy-CO2Bz形成在890 nm处有吸收的J聚集体。研究发现，该探针对NaCl具有良好的荧光响应性，能够作为植物盐胁迫示踪探针。2）此外，NaCl还可以促进N-乙氧羰基Cy-CO2Et形成J聚集体。与单体在766 nm处的吸收相比，该聚集体会在910 nm处表现出强烈的吸收。实验结果表明，该J聚集体能够作为一种光热剂，其光热转换效率可从29.37%提高到57.59%。综上所述，该研究阐明了新型的花菁J聚集体在示踪植物的盐胁迫和促进肿瘤的光热治疗等方面具有良好的应用前景。Xiaoxie Ma. et al. J-Aggregates Formed by NaCl Treatment of Aza-Coating Heptamethine Cyanines and Their Application to Monitoring Salt Stress of Plants and Promoting Photothermal Therapy of Tumors. Angewandte Chemie International Edition. 2022DOI: 10.1002/anie.202216109https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202216109
6. AM综述：Ag2Q基硫系银系(Q=S，Se，Te)热电材料
热电技术为可持续能源利用和可扩展电源提供了一种很有前途的解决方案。近年来，以Ag2Q为基础的(Q=S，Se，Te)银硫化物是一种潜在的热电材料，具有复杂的晶体结构、高的载流子迁移率和低的晶格热导率，甚至具有优异的塑性。近日，中科院上硅所陈立东研究员，上海交通大学Xun Shi综述了该材料家族的最新进展，从二元化合物到三元和四元合金，包括对多尺度结构和特殊性质的理解、热电性能的优化以及新材料的合理设计。1）作者强调了“成分-相结构-热电/力学性能”之间的关系。阐述了二元化合物Ag2S、Ag2Se和Ag2Te的晶体结构、热电输运和力学性能。接着转向它们的三元和四元合金，并概述了组成的变化如何调节结构和性能。此外，还讨论了CuAgQ材料作为Ag2Q的衍生物。2）作者总结了由Ag2Q基材料制成的柔性或异型温差发电器的制作和性能。3）作者最后指出了这些材料进一步研究的面临的几个关键问题和挑战。Tian-Ran Wei, et al, Ag2Q-Based (Q = S, Se, Te) Silver Chalcogenide Thermoelectric Materials, Adv. Mater. 2022DOI: 10.1002/adma.202110236https://doi.org/10.1002/adma.202110236
7. AM：Bi19S27Cl3的本征电荷极化促进CO2光还原制乙醇中的选择性C-C偶联反应
多电子介导的C-C偶联反应是CO2光还原制造多碳产物的主要挑战。用于实现这种化学转化的多组分界面的复杂设计通常会导致界面化学环境中无法追踪的有害变化，从而影响CO2转化效率和产品选择性。或者具有不对称电荷分布的坚固金属中心可以通过中间体的稳定来实现C-C偶联反应，以获得所需的产物选择性。然而，在单组分催化剂中产生固有电荷分布极具挑战性。近日，贾瓦哈拉尔·尼赫鲁高级科学研究中心Sebastian C. Peter提出了一种新型光催化剂Bi19S27Cl3，它在可见光照射下以高产率选择性地将CO2转化为C2产物乙醇。1) 通过透射电子显微镜、X射线衍射、X射线光电子能谱和X射线吸收光谱进行的结构分析揭示了Bi19S27Cl3中存在电荷极化铋中心，并得到DFT计算的验证。2) 电荷极化的铋中心引起本征电场使光生电子-空穴对的分离效率得以提高。此外，电荷极化中心对CO*中间体能够更好的吸附，并通过OCCOH中间体的形成加速C-C偶联的速率决定步骤。Kousik Das, et al. Intrinsic Charge Polarization in Bi19S27Cl3 Nano Roads Promotes Selective C-C Coupling Reaction During Photoreduction of CO2 to Ethanol Adv. Mater. 2022DOI: 10.1002/adma.202205994https://doi.org/10.1002/adma.202205994
8. AEM：多功能聚合物添加剂提高Li-O2电池的反应动力学和可逆性
作为下一代储能系统的潜在候选材料，锂-氧电池(LOBs)以其诱人的理论能量密度引起了人们极大的兴趣。然而，缓慢的氧还原反应/析氧反应(ORR/OER)动力学、不良的可再充电性、超氧化物衍生的副反应以及LOBs中锂金属的腐蚀等难题限制了它们的实际应用。厦门大学孙世刚院士、Yu Qiao和松山湖实验室Xin Wang等将聚(甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯)(PTFEMA)添加剂引入到典型的电解质中，为LOBs提供了优异的循环性能。1）PTFEMA能够使Li+强烈溶解，从而在LOBs的阴极和阳极侧调节均匀的Li+流。通过均匀的Li+通量和与超氧化物物种的有利吸附诱导，PTFEMA促进ORR中的超氧化物转化并抑制超氧化物诱导的寄生反应。均匀的Li+通量产生均匀分布的Li2O2，其可以在OER过程中完全分解。此外，PTFEMA保护锂金属免受氧气、超氧化物和副产品的腐蚀。因此，使用PTFEMA可以同时实现加速的ORR/OER动力学、促进的可再充电性、抑制的超氧化物衍生的副反应和良好保护的锂金属，从而显著增强LOBs的电化学性能。2）这种涉及简易多功能聚合物添加剂的电解质工程为商业LOBs的复杂组分优化提供了一种实用的替代方案，并有助于理解反应动力学和可逆性上的均匀Li+通量。Wu, X., et al. Enhancing the Reaction Kinetics and Reversibility of Li–O2 Batteries by Multifunctional Polymer Additive. Adv. Energy Mater. 2022, 2203089.DOI: 10.1002/aenm.202203089https://doi.org/10.1002/aenm.202203089
9. AEM: 中性电解质中强化析氢反应的声致水阻
尽管利用可再生能源生产绿色氢气很有吸引力，但由于需要昂贵的电催化剂来补偿与系统的动能过电位相关的欧姆损失，水电解目前只占全球氢气产量的一小部分。近日，皇家墨尔本理工大学Amgad R. Rezk提出了一种新的策略，利用高频(10 MHz)混合声波，通过改变其网络配位状态，显著增强了以中性电解质为原料的析氢反应(HER)。1）研究人员通过重新定义中性电解液中概念上较差的氢电催化剂，解决了与现有电解槽技术相关的实际限制，包括对高腐蚀性电解液和昂贵电催化剂的需求。2）HER性能的提高归功于由声强迫产生的强烈的局部机电耦合的独特能力，该耦合在电极-电解液界面‘挫败’水分子的四面体配位氢键网络，导致产生高浓度的“自由”水分子，这些分子更容易访问未经修饰的多晶电极上的催化位置。3）与声激发产生的其他协同效应(如离子产生、扩散传质限制的对流松弛、防止气泡在电极上堆积和去除)一起，在−100mA cm−2时，过电位降低了1.4 V，电流密度相应增加了14倍，净正能量节约27.3%，进而展示了该技术作为可扩展平台有效提高绿色氢气生产效率的潜力。Yemima Ehrnst, et al, Acoustically-Induced Water Frustration for Enhanced Hydrogen Evolution Reaction in Neutral Electrolytes, Adv. Energy Mater. 2022DOI: 10.1002/aenm.202203164https://doi.org/10.1002/aenm.202203164
10. Nano Lett.：对pH响应的共价纳米器件用于肿瘤特异性成像
DNA探针介导的精准医疗方法已被广泛用于多种类型癌症的诊断和治疗。然而迄今为止，具有临床应用所需的识别特异性和敏感性的纳米器件仍然难以实现。有鉴于此，湖南大学谭蔚泓院士、崔承教授和中科院杭州医学研究所Sitao Xie构建了一种pH驱动的共价纳米器件，它集成了pH响应性、可切换结构和近端驱动的共价交联等特性。1）由肿瘤酸性pH驱动的机制能够有效消除“在靶上，肿瘤外”的非特异性识别。研究发现，该纳米器件可通过调控与细胞表面靶分子的共价结合以避免先结合后脱落的情况，进而提高对肿瘤识别的敏感性。2）综上所述，这种pH驱动的共价纳米器件具有非常广阔的临床应用前景，能够在癌症微环境中实现特异性、长期的肿瘤成像。Jing Zhang. et al. A pH-Responsive Covalent Nanoscale Device Enhancing Temporal and Force Stability for Specific Tumor Imaging. Nano Letters. 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03487https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03487
11. Nano Lett.：Fe5GeTe2中的层数依赖磁性和反常霍尔效应
在二维（2D）范德华（vdW）晶体中实现铁磁性为理解二维极限中的磁有序性和设计新型自旋电子学器件开辟了一条重要途径。近日，中国科学技术大学陈仙辉院士、Xiang Ziji报道了vdW铁磁体Fe5GeTe2中富集的层数依赖磁输运性质。1) 通过研究厚度低至单层的纳米薄片中的磁阻和反常霍尔效应（AHE）发现，虽然块状晶体表现出具有平面内磁各向异性的软铁磁性，但在减薄时会产生硬铁磁性，并且在双层薄片中实现了垂直易轴各向异性，还伴随着AHE的显著增强。2) 对于单层薄片，根据2D极限中的局部化效应，硬铁磁性被类似自旋玻璃的行为所取代，并突出了原子薄vdW磁体中磁输运特性的厚度可调谐性，将有望实现高性能自旋电子器件的工程化。Deng Yazhou, et al. Layer-Number-Dependent Magnetism and Anomalous Hall Effect in van der Waals Ferromagnet Fe5GeTe2. Nano Lett 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02696https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c02696
12. ACS Energy Lett.：一种通过电势差实现储能和显示的双功能自供电电致变色电池
随着人们节能意识的日益增强，具有储能和显示功能的电致变色智能窗引起了广泛关注。近日，为了在自供电电致变色系统中获得快速响应，中国科学院长春应用化学研究所董绍俊院士提出了一种新型集成电致变色器件Mg∽FTO/PB∽BP/MnO2。1）这里FTO是掺F的二氧化锡，BP代表巴基纸。它们都用作形成FTO/PB和BP/MnO2电极的基底。FTO/PB电极可以从蓝色漂白到透明的普鲁士白(PW)，这是由Mg电极和PB电极之间的电势差驱动的，在这个过程中释放的能量可以为一个15 V的LED供电，持续超过24 h，PB尺寸为2 cm × 3 cm。2）能量消耗完后，系统被漂白。基于FTO/PW电极和BP/MnO2电极的电位差，漂白的FTO/PW电极可以重新着色回到原始状态，并且在着色过程中可以储存能量。3）FTO/PW电极和BP/MnO2电极可串联为15 V LED供电。整个系统不仅表现出光学对比度高、响应速度快、长期循环稳定的良好电致变色性能，而且还表现出大比容量、高能量密度和良好的容量保持的高储能性能。Qian Ma, et al, Dual-Function Self-Powered Electrochromic Batteries with Energy Storage and Display Enabled by Potential Difference, ACS Energy Lett., 2022DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02346https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c02346
