1. Nature Commun.：静电力驱动下的十二方准晶的二维蜂窝相变

十二方氧化物准晶被很好地建立为二维长程非周期有序的例子。然而，尽管有扫描隧道显微镜(STM)、低能电子衍射(LEED)、低能电子显微镜(LEEM)、光电子能谱以及密度泛函理论(DFT)的研究，但它们的结构仍然存在争议。此外，指导氧化物中准晶(QC)形成的原理是难以捉摸的，因为已知的驱动金属QC的原理预计对氧化物无效。

近日，马丁路德·哈勒维腾贝格大学Stefan Förster利用SXRD实验和密度泛函理论计算相结合的方法分析了一种超薄膜的结构，它允许直接相关的十二方氧化物准晶的结构解。

本文要点：

1）研究人员利用SXRD实验和密度泛函理论计算相结合的方法分析了一种超薄膜的结构，它允许直接相关的十二方氧化物准晶的结构解。准晶和相关准晶近似物的结构是基于n=4、7和10的互连TiO_n环的2D网络。

2）研究人员证明了氧化物准晶的形成受一个基本原理的支配，该原理基于低能相变(Stone-Wales变换)，其中环内带正电荷的大阳离子之间的静电相互作用的减少是主要的驱动机制。

3）通过利用这种环大小改变的机制，研究人员预计类似柔性的2D结构，例如由V_xO_y、FeWO₃、Nb₂O₃和SiO₄单元制成的结构，也可能被驱动成氧化物准晶。

Schenk, S., Krahn, O., Cockayne, E. et al. 2D honeycomb transformation into dodecagonal quasicrystals driven by electrostatic forces. Nat Commun 13, 7542 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-35308-z

https://doi.org/10.1038/s41467-022-35308-z

2. Nature Commun.：通过表面化学反应性控制用于3D纳米结构中无缝间隙填充的梯度区域选择性沉积

自下而上制造技术和自上而下方法的结合可以克服当前纳米制造中的限制。对于这种集成，仁川大学Han-Bo-Ram Lee提出了使用原子层沉积的梯度区域选择性沉积，以克服3D纳米制造的固有限制，并证明了所提出的方法对于大规模材料生产的适用性。

本文要点：

1）Cp(CH₃)₅Ti(OMe)₃用作分子表面抑制剂，以防止在下一个原子层沉积过程中TiO₂薄膜的生长。Cp(CH₃)₅Ti(OMe)₃吸附在三维纳米孔中被逐渐控制以实现梯度TiO₂生长。这导致具有高纵横比孔结构的完美无缝TiO₂膜的形成。

2）实验结果与基于密度泛函理论、蒙特卡罗模拟和Johnson-Mehl-AvramiKolmogorov模型的理论计算一致。此外，由于梯度区域选择性沉积TiO₂膜的形成是基于分子化学和物理行为的基本原理，这种方法可以应用于原子层沉积中的其他材料系统。

Nguyen, C.T., Cho, EH., Gu, B. et al. Gradient area-selective deposition for seamless gap-filling in 3D nanostructures through surface chemical reactivity control. Nat Commun 13, 7597 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-35428-6

https://doi.org/10.1038/s41467-022-35428-6

3. Nature Commun.：通过氢键键合微孔聚合物粘合剂实现高性能燃料电池电极的低Pt负载

基于磷酸掺杂的聚苯并咪唑膜的燃料电池的一个关键挑战是高Pt负载，这是由于低的电极性能所需要的，低的电极性能是由于差的质量传递和通过在Pt表面上的酸吸收的严重Pt中毒。近日，中国科学院煤化学研究所Nanwen Li，Hongying Tang，丹麦技术大学Qingfeng Li对一系列具有内在微孔性(PIM)的聚合物通过引入官能团进行改性。该聚合物的气体渗透性比传统的催化剂粘合剂PTFE和mPBI高两个数量级。

本文要点：

1）引入的官能团具有不同的pK_a值和氢键/酸碱相互作用的能力。粘合剂聚合物与PA的相互作用通过PA结合能和氢键结合能来表征，并通过理论计算、酸掺杂/溶胀和NMR谱来研究。四唑官能化聚合物(PIM-Tz)显示出最佳的特性，特别是比PA在Pt颗粒上的吸附能更高的PA结合能。这使得PIM-Tz成为优先保留催化剂层中PA的理想粘合剂，这确保了离子导电性，同时减轻了Pt颗粒的酸溢流和吸附。固有的微孔性和增强的PA结合能的结合改善了气体扩散电极在扩展的三相边界、传质方面的性能，从而改善了燃料电池的整体性能。

2）在催化剂层中使用10 wt% PIM-Tz制造优化电极，铂负载量为0.35 mg_Pt cm^-2。H₂-O₂和H₂-空气操作下的燃料电池测试显示峰值功率密度分别为832 mW cm^-2和536 mW cm^-2。最重要的是，在仅0.15 mg_Pt cm^-2的低Pt负载下，H₂-O₂电池的最高Pt质量比功率密度高达38 W mg_Pt^-1，H₂-空气电池的最高Pt质量比功率密度高达24 W mg_Pt^-1。这些优异的性能与文献报道的相比具有很强的竞争力。因此，具有高PA结合能的氢键依赖性PIM-Tz作为粘合剂材料的应用为降低催化剂负载提供了很大的机会，并为商业HT-PEMFC提供了可行的节约成本的替代方案。

Tang, H., Geng, K., Aili, D. et al. Low Pt loading for high-performance fuel cell electrodes enabled by hydrogen-bonding microporous polymer binders. Nat Commun 13, 7577 (2022).

DOI: 10.1038/s41467-022-34489-x

https://doi.org/10.1038/s41467-022-34489-x

4. Angew：用于无机钙钛矿太阳能电池的通过表面螯合的含氟钝化层

减少表面缺陷对进一步提高无机钙钛矿太阳能电池的功率转换效率(PCE)和稳定性至关重要。近日，陕西师范大学刘生忠教授，Qingwen Tian，Wanchun Xiang设计了一种钝化剂三氟乙酰胺(TFA)来抑制CsPbI_3-xBr_x薄膜缺陷。

本文要点：

1）研究发现，TFA的脒基可以强烈地螯合到钙钛矿表面上，以抑制碘化物空位，并通过额外的氢键得到加强。此外，三个氟原子通过分子间氢键形成强有力的分子间连接，从而构建了一个坚固的防潮屏障。

2）经TFA处理的PSC表现出显著抑制的复合，对于0.09 cm²和1.0 cm²的器件面积，产生21.35%和17.21%的创纪录PCE，这两个值都是迄今为止全无机PSC的最高值。

3）在室内光照下，该器件还实现了39.78%的PCE，这是全无机室内光伏器件的最高值。此外，通过在960小时后保持93%的初始PCE，因此，TFA极大地提高了器件的环境稳定性。

Hao Zhang, et al, Fluorine-Containing Passivation Layer via Surface Chelation for Inorganic Perovskite Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202216634

DOI: 10.1002/anie.202216634

https://doi.org/10.1002/anie.202216634 

5. Angew：面向均匀钠沉积的固体电解质界面设计

金属钠是一种很有前途的大规模储能金属阳极。然而，不稳定的固体电解质界面(SEI)和不可控的Na枝晶生长导致灾难性的短路和差的循环寿命。中国科学技术大学余彦教授等通过相场和从头算分子动力学模拟，首次预测在钠卤化合物(NaX，X = F，Cl，Br，I)中具有最低Na离子扩散能垒的溴化钠(NaBr)是诱导球形Na沉积以抑制枝晶生长的理想SEI组分。

本文要点：

1）作者将1，2-二溴苯(1，2-DBB)添加剂引入普通的氟代碳酸乙烯酯基碳酸酯电解质(相应的SEI具有高机械稳定性)中，以构建期望的富含NaBr的稳定SEI层。当Na||Na₃V₂(PO₄)₃电池使用含有1，2-DBB添加剂的电解质时，在10C的高倍率下经过2000次循环后，达到了94%的非凡容量保持率。

2）这项研究为无枝晶的Na金属阳极提供了一种设计理念，并可扩展到其他金属阳极。

Wang, L., et al, Designing Solid Electrolyte Interfaces towards Homogeneous Na Deposition: Theoretical Guidelines for Electrolyte Additives and Superior High-Rate Cycling Stability. Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202214372

https://doi.org/10.1002/anie.202214372

6. Angew：水系有机氧化还原液流电池在空气中的稳定运行

水系有机氧化还原液流电池(AORFB)作为一种大规模储能的绿色途径，受到了广泛的关注。然而，所报告的大部分AORFB都是在惰性气氛中运行的。近日，复旦大学王永刚教授，中科院大连化物所李先锋研究员以已报道的AORFB(即3，3‘-(9，10-anthraquinone-diyl)bis(3methylbutanoicacid)（DPivOHAQ)//亚铁氰化物）为例来澄清这一问题。

本文要点：

1）研究人员证明，溶解的O₂可以氧化阳极液中放电的DPivOHAQ，导致阴极液和阴极液之间的容量失衡。因此，这种电池在空气环境中运行时，会显示出持续的容量衰落。

2）研究人员针对这一挑战提出了一种简单的策略，即利用阴极液中的析氧反应(OER)来平衡阳极液中的氧还原反应(ORR)。当使用Ni(OH)₂改性碳毡(CF)作为阴极液的集流体时，该电池在空气气氛中表现出良好的稳定性，这是因为Ni(OH)₂在阴极液中诱导的OER容量正好平衡了阳极液中的ORR容量。

这种氧平衡策略有利于AORFBs的实际应用。

Taoyi Kong, et al, Stable Operation of Aqueous Organic Redox Flow Batteries in Air Atmosphere, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214819

DOI: 10.1002/anie.202214819

https://doi.org/10.1002/anie.202214819

7. Angew：双向串联电催化调控硫形态形成途径用于大容量、稳定的Na-S电池

由于多硫化物氧化还原反应动力学缓慢，硫的形态不可控，导致了严重的穿梭效应和与硫正极相关的高活化势垒。近日，安徽大学Ke Lu，哈工大Songtao Lu，北伊利诺伊大学Yingwen Cheng提出了一种具有核-壳结构的双功能催化硫载体，从根本上加速了硫的氧化还原，并改善了硫形态形成的电化学途径的可逆性。

本文要点：

1）研究人员首先将元素硫浸渍在多孔纳米Fe₂O₃纳米盒的纳米通道中，然后用界面Fe(CN)₆^4-掺杂的聚吡咯极性膜包裹。

2）掺杂的聚合物鞘为硫氧化还原提供了一个有趣的限制环境，而金属氧化物中心和铁氧化还原介体分别催化了长链到短链中间体和Na₂S₄到Na₂S的完全转化。更重要的是，协同的双催化中心还显著降低了电池充电过程中Na₂S再氧化的活化势垒。

3）经过精心设计的物理约束和可控的化学隔离，得到了高性能的硫正极，其可逆放电容量达到1122 mAh g^-1,500次循环后的高容量保持率达到75%。进一步，研究人员利用Operando光谱分析阐明了Na-S电池的电化学工作和降解机理。

Hong Zhang, et al, Bidirectional Tandem Electrocatalysis Manipulated Sulfur Speciation Pathway for High-Capacity and Stable Na-S Battery, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202217009

DOI: 10.1002/anie.202217009

https://doi.org/10.1002/anie.202217009  

8. Angew：用于氢燃料电池的原子分散的Zn-吡咯烷-N4阴极催化剂

为了实现燃料电池的实际应用，开发高效耐用的无铂催化剂至关重要。近日，北京化工大学曹达鹏教授制备了原子级分散的ZnNC催化剂，其具有Zn-吡咯-N4部分和丰富的介孔结构。

本文要点：

1）ZnNC基阴离子交换膜燃料电池(AEMFC)在H₂-O₂和H₂-空气(无CO₂)中呈现1.63和0.83 W·cm^-2的超高峰值功率密度，并且在H₂-空气(无CO₂)和H₂-O₂中分别呈现超过120和100 h的长期稳定性。

2）密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示了Zn-吡咯-N₄结构是合成的ZnNC催化剂高活性的来源，而Zn-吡啶-N₄部分对氧还原反应(ORR)无活性，这成功地解释了为什么以前报道的大多数Zn-金属-有机骨架衍生的ZnNC催化剂由于它们的Zn-吡啶-N₄部分而没有表现出良好的ORR活性。

这项工作为加速AEMFCs的发展提供了一条新的途径。

Panpan Sun, et al, Atomically Dispersed Zn-Pyrrolic-N₄ Cathode Catalysts for Hydrogen Fuel Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202216041

DOI: 10.1002/anie.202216041

https://doi.org/10.1002/anie.202216041

9. AM: Li−空气电池的可逆放电产物

锂离子-空气电池（Li−air）以其高的能量密度在后锂离子电池中脱颖而出，在过去的几年里得到了快速的发展。关于Li-air电池在充电和充电过程中产生和分解的产物放电的基本机理，产品的可逆性密切影响电池的性能。随着主流放电产品过氧化锂的兴起，在电解液的筛选、高效阴极的构建、负极的优化等方面都取得了很大的进展。然而，有限的进步是远远不够的。在这种情况下，其他放电产品的研究应运而生，包括氢氧化锂、超氧化物锂、氧化锂和碳酸锂，并为Li−空气电池技术带来突破。

为了加深对电池中放电产物的电化学反应和转化的了解，中科院长春应化所张新波研究员，香港理工大学Meng Ni系统地综述了各种放电产物的最新进展，主要集中在电池的生长和分解机理以及决定因素上。此外，还对Li−空气电池放电产品的基本发展和未来的应用进行了展望。

本文要点：

1）放电产物在ORR和OER过程中的形成和分解直接决定了电池的性能。放电产物受多种因素的综合影响，如试验气氛、环境温度/湿度、电解液种类和阴极催化剂，这些因素会影响放电产物的组成及其生长途径、形貌和结晶度。

2）Li₂O₂是非质子Li-空气电池中最常见的放电产物，由于其在纯氧气氛中具有良好的稳定性，但其较差的导电性使得报道的Li₂O₂基电池的性能仍与理论值相去甚远。此外，当电池在空气中长期运行时，Li₂O₂很容易与H₂O和CO₂反应生成LiOH和Li₂CO₃。

3）LiOH和Li₂CO₃会逐渐积累在正极侧，从而降低Li−空气电池的电化学行为和寿命。尽管基于LiOH的Li−空气电池性能优异，但仅获得LiOH作为放电产物具有挑战性，其生长/分解机理仍需进一步探索。Li₂CO₃具有较高的稳定性，较难分解，需要高效催化剂，特别是在纯CO2气氛中循环使用。

4）LiO₂和Li₂O已被证明是可逆的，但只能在某些特定情况下稳定；目前基于这些产品的电池研究还较少，但它们可以满足特殊场合的应用，因此具有实际应用的潜力。

5）令人鼓舞的是，研究人员在促进放电产品的可逆性方面做出了大量研究，对Li−空气电池已有了基本的了解，明确了未来的方向。虽然Li−空气电池产业化的道路充满挑战，但仍然可以通过不懈的努力达到目标。在这一进程中，必须解决许多至关重要的问题。

Tong Liu, et al, Reversible Discharge Products in Li−air Batteries, Adv. Mater. 2022

DOI: 10.1002/adma.202208925

https://doi.org/10.1002/adma.202208925

10. AM：多功能自校正忆阻交叉杆阵列的图形分析

随着时间的推移，许多大数据都具有相互关联的动态图形结构。分析这些图形数据需要识别图形中节点之间的隐藏关系，这通常通过找到有效的相似性来实现。然而，图通常是非欧几里得的。首尔大学Cheol Seong Hwang等非欧图形被映射到一个特定的交叉阵列(CBA),该阵列由自整流忆阻器和对角位置的金属单元组成。

本文要点：

1）潜在电流是CBA中的固有物理属性，允许识别相似性函数。基于潜电流的相似性函数表示节点之间的距离，可以用来预测未连接的节点在未来连接的概率、社区之间的连通性以及一个大脑中的神经连接。当CBA的所有位线都接地时，寄生电流被抑制，CBA可以用来搜索相邻节点。本工作使用基于HfO₂开关层的自整流忆阻器组成的CBA演示了应用于各种图形问题的物理计算方法。

2）此外，这种应用较少受到忆阻器与其随机性质相关的固有问题的影响。

Jang, Y.H., et al, Graph Analysis with Multi-Functional Self-Rectifying Memristive Crossbar Array. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2209503.

DOI: 10.1002/adma.202209503

https://doi.org/10.1002/adma.202209503

11. AM：用于存储器和神经形态器件应用的铁电晶体管

在过去的几十年里，铁电材料由于其非易失性极化特性而被广泛研究用于高性能非易失性存储器件。铁电存储器件有望表现出比传统存储器件更低的功耗和更高的速度。然而，非互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容性和由于传统钙钛矿基铁电材料的疲劳导致的退化在过去阻碍了高密度和高性能铁电存储器的发展。最近开发的氧化铪基铁电材料在先进半导体器件的开发中引起了极大的关注。因为氧化铪通常用于CMOS工艺，所以它可以直接结合到当前的半导体技术中。此外，氧化铪基铁电体显示出高可扩展性，这对于高密度存储器件是有利的。浦项科技大学Jang-Sik Lee等总结了铁电器件，特别是铁电晶体管在下一代存储和神经形态应用方面的最新进展。

本文要点：

1）作者首先，回顾了铁电存储器的类型及其工作机制。然后，作者讨论了限制高性能铁电晶体管实现的问题和可能的解决方案。作者还评述了铁电晶体管阵列的实验演示，包括三维铁电NAND及其工作特性。

2）最后，作者概述了基于铁电晶体管的下一代存储器和神经形态应用开发的挑战和策略。

Kim, I.-J. and Lee, J.-S. (2022), Ferroelectric Transistors for Memory and Neuromorphic Device Applications. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2206864.

DOI: 10.1002/adma.202206864

https://doi.org/10.1002/adma.202206864

12. ACS Nano：用于钾离子电池负极的掺硫碳：硫掺杂和储钾机理

硫掺杂策略具有提高碳负极容量和动力学的双重潜力，在钾离子电池碳负极中引起了广泛的兴趣。了解硫的掺杂和储钾机理对指导高性能掺硫碳负极的结构设计和优化至关重要。近日，北京大学侯仰龙教授成功地合成了硫含量为6.4 at%的掺硫硬碳(SHC)。并以此为例揭示了硫的掺杂机理和硫在钾储存中的作用。

本文要点：

1）研究人员首先合成SHC的硫原子构型主要是噻吩-硫和微量硫分子碎片，前者来自硫对碳的选择性取代，后者来自硫化后的残留物。

2）SHC中掺杂的硫在储钾中起着以下多方面的作用:(1)噻吩-硫和硫分子碎片作为电化学活性位点；(2)结合到碳框架中的噻吩硫有助于增强K⁺嵌入动力学。

3）实验结果显示，在K半电池中作为负极进行测试时，相对于不含硫的硬碳，SHC表现出显著改善的可逆比容量（0.05 A g^-1时为405.2mA h g^-1）、倍率性能和循环稳定性（2 A g^-1下1500次循环后为128.2mA h g^-1）。此外，根据SHC负极输出的能量密度和功率密度分别为139 Wh·kg^-1和7.3 kW·kg^-1，进一步组装了钾离子混合电容器。

Daping Qiu, et al, Sulfur-Doped Carbon for Potassium-Ion Battery Anode: Insight into the Doping and Potassium Storage Mechanism of Sulfur, ACS Nano, 2022

DOI: 10.1021/acsnano.2c09845

https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09845