1. Nature Commun.：CuCo双金属电催化还原硝酸盐
由于电化学还原硝酸盐（NO3-）制备NH3的反应过程的碳排放比较低，而且有助于环境保护，因此发展能够电化学还原硝酸盐（NO3-）制备NH3的电催化剂目前受到人们的广泛关注。有鉴于此，厦门大学孙世刚、楼耀尹等报道CuCo双金属电催化剂能够起到类似Cu硝酸盐还原酶通过两个催化活性位点配合消除NO2-的功能，这种双金属通过金属之间的协同作用，表现了优异的电催化硝酸盐还原反应性能。1）CuCo双金属电催化剂的Co作为电子/质子供体，Cu促进NOx-的吸附/脱附，因此这种生物灵感CuCo纳米片催化剂在-0.2 V过电势和安培量级电流密度（1035 mA cm-2）的法拉第效率达到100±1 %，制备NH3的速率达到4.8 mmol cm-2 h-1（960 mmol gcat-1 h-1）。2）机理研究。通过电化学原位FTIR光谱表征、壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱SHINERS（shell-isolated nanoparticle enhanced Raman spectroscopy）表征技术，说明Cu和Co之间的强协同作用，Co位点能够通过表面吸附H*促进NO3-还原为NH3。通过合理的调控表面H*和*NO3-的覆盖度比例，实现高NH3选择性和产率。其中Cu和Co之间协同作用能够改善电子结构，降低决速步骤（*NO3在Cu表面吸附）的能垒；与Cu(111)相比，在Co(111)表面容易吸附*H物种，因此在Co(111)上*NOx中间体物种加氢反应的ΔG降低。这项研究为研究双金属催化剂的表面吸附调控促进加氢脱氧反应提供机会，为发展制备NH3或者污水处理的多组分异相催化剂提供帮助。Jia-Yi Fang, et al, Ampere-level current density ammonia electrochemical synthesis using CuCo nanosheets simulating nitrite reductase bifunctional nature, Nat Commun 13, 7899 (2022)DOI: 10.1038/s41467-022-35533-6https://www.nature.com/articles/s41467-022-35533-6
2. Joule：多尺度成像分析和计算建模的耦合以理解厚正极退化机理
锂离子电池(LIBs)因其高比能量密度、宽工作温度和长循环寿命而主导了当今应用于便携式电子设备的电池技术。过去10年LIBs产量的激增已经将价格压低到一定程度，使得电动汽车和住宅系统等公用事业规模的存储(以千瓦时为单位)变得具有商业可行性。近日，以厚的NMC811（LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2）电极为例，加州大学圣地亚哥分校孟颖教授，固体反应与化学实验室（LRCS）Alejandro A. Franco提出了一种宏观到纳米级的2D和3D成像分析方法，结合4D(空间+时间)计算模型来探索其在锂离子电池中的降解机理。颗粒开裂增加，并且观察到颗粒和碳粘合剂区域之间的接触损失与电池退化相关。1）这项研究揭示了由不平衡的电子传导引起的厚正极内的反应不均匀性是电池在循环中退化的主要原因。2）系统中增加的不均匀性将需要更多的阴极区域，其中活性材料的利用程度是不均匀的，导致更高的粒子破裂概率。这些发现揭示了电子和离子传输网络在厚阴极性能退化中的关键作用。此外，还为正极结构优化和性能改进提供了指导。Zhang et al., Coupling of multiscale imaging analysis and computational modeling for understanding thick cathode degradation mechanisms, Joule (2022)DOI：10.1016/j.joule.2022.12.001https://doi.org/10.1016/j.joule.2022.12.001
3. EES：抑制溶剂共嵌入石墨负极以扩展电解质设计范围的偶极-偶极相互作用
开发先进的电解液被证明是下一代锂离子电池(LIBs)不可缺少的。然而，Li+与各种溶剂之间强烈的溶剂化相互作用往往导致缓慢的脱溶和溶剂共嵌入到石墨电极中，从而限制了电解液设计的范围。近日，华中科技大学谢佳教授，曾子琪提出了一种偶极-偶极相互作用的机制，通过故意调节Li+、溶剂和非配位分子(非溶剂)之间的相互作用来促进解溶和抑制共插层。1）具体地说，在中等Li盐浓度下，非溶剂抵消了静电吸引，从而在不改变初级溶剂化结构的情况下驯服了Li+与溶剂之间的亲和力。2）弱化的Li+-溶剂强度可以方便地去溶，从而在包括DME(1，2-二甲氧基乙烷)、DMSO(二甲基亚砜)、TMP(磷酸三甲酯)、PC(碳酸亚丙酯)和DEC(碳酸二乙酯)在内的各种溶剂中与石墨阳极具有良好的电化学兼容性。3）偶极-偶极相互作用的策略可以将电解液设计的视野扩展到先进的LiBs。Mingsheng Qin, et al, Dipole-dipole Interactions for Inhibiting Solvent Co-intercalation into Graphite Anode to Extend the Horizon of Electrolyte Design, Energy Environ. Sci., 2023,https://doi.org/10.1039/D2EE03626F
4. Matter：更好的鞋面：具有面料般的柔性高吸水性胶片
吸水性液体的材料要么是可折叠的布/纸巾(使用方便，但吸水性差)，要么是高吸水性聚合物水凝胶(高吸水性，但干燥后很脆弱)。近日，马里兰大学Srinivasa R. Raghavan首次展示了吸湿剂可以制成布或类似织物的形式(即，几毫米厚的柔性薄片)，同时仍保持快速吸收大量水分的能力。1）研究人员通过一种简单且可扩展的工艺来制造这些吸收片材，该工艺允许在实验室中制备宏观尺寸（例如，10 X 10厘米）的片材。工艺包括泡沫模板，在二氧化碳气泡周围形成一种丙烯酸酯单体凝胶，然后在常温下干燥该凝胶。2）干燥的床单柔软而柔软，可以像织物一样折叠和卷起。同时，薄板坚固耐用，可以承受高达2 kpa的拉应力，并可承受85%的压缩而不会损坏。虽然有织物般的手感，但它们的行为仍然像水凝胶。3）与任何由织物或纸张制成的海绵或吸收剂不同，我们的凝胶片在吸收液体时会膨胀。这种薄膜可以吸收包括血液在内的各种水溶液，而且吸收能力很高。由于其独特的性质，这些凝胶片可用于清理家庭、实验室和医院等各种地点溢出的液体。在手术或其他医疗过程中，它们也可能是吸收生物液体的有用工具。Choudhary et al., A better picker-upper: Superabsorbent ‘‘gel sheets’’ with fabric-like flexibility, Matter (2022)DOI: 10.1016/j.matt.2022.11.021https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.11.021
5. Matter：用于过度炎症性饥饿治疗的通过选择性营养限制的天然细胞外基质水凝胶
充足的营养供应对维持高度活跃的免疫细胞的功能至关重要；然而，在过度炎症的环境中，这种营养供应会加重炎症。近日，浙江大学Xianfeng Lin，Shunwu Fan ，Chao Liu展示了一种通过高度选择性地限制局部营养素的供应，来治疗由过度代谢引起的各种疾病的“高炎症饥饿疗法”。1）研究人员开发了一种天然的，生理触发的，可注射的，基于纳米血小板囊泡的细胞外基质水凝胶(NPV-ECM)。2）作为概念的证明，在典型的过度炎症性糖尿病创面中，我们证明了NPV-ECM可以基于分子间相互作用选择性地调节营养物质的运输，重塑局部免疫微环境，限制过度代谢状态，促进血管生成，实现伤口愈合。3）进入临床后，对糖尿病足溃疡患者进行了临床试验，以验证NPV-ECM的安全性和疗效。本研究对天然细胞外基质生物材料的制备和应用提供了一定的了解。Chen et al., A natural extracellular matrix hydrogel through selective nutrient restriction for hyperinflammatory starvation therapy, Matter (2022)DOI：10.1016/j.matt.2022.12.002https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.12.002
6. Matter：用于可穿戴视觉记忆系统的纤维状人工光电突触
仿生视觉系统具有受体样的精致视觉传感和突触样的学习/记忆功能，为未来可穿戴电子产品提供了令人兴奋的机会。然而，开发可穿戴视觉系统的尝试仍然有限，目前人工视觉系统面临的挑战是与不规则表面的几何兼容性不令人满意，以及透气性差。近日，华东理工大学Shuanglong Yuan，中科院苏州纳米所Qingwen Li，Qichong Zhang，山东大学Yang Li提出了一种纤维形状的人工光电突触(FAOS)，并展示了它在可穿戴式视觉记忆系统中的潜在应用。1）FAOS是由直接生长在柔性碳纳米管光纤(CNTF)电极上的高密度TiO2x和MoS2阵列组成的双扭曲结构。2）令人兴奋的是，通过对FAOS施加电子和光刺激，两种感觉输入可以诱导突触功能，如兴奋性突触后电流、短期/长期可塑性和“学习-遗忘-再学习”行为。FAOS还表现出良好的灵活性，其光电突触性能在弯曲200次后仍能保持95.95%。此外，由于一维光纤的全方位光吸收特性，入射角的变化对FAOS的光电突触性能几乎没有影响。3）作为概念验证演示，将7个FAOS直接编织到商业纺织品中，形成光电突触阵列，从而实现可感知和记忆图像信息的可穿戴面料。这项工作为设计先进的FAOS打开了大门，并为其在未来电子纺织品中的应用提供了参考。Chen et al., Fiber-shaped artificial optoelectronic synapses for wearable visual-memory systems, Matter (2022)DOI：10.1016/j.matt.2022.12.001https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.12.001
7. AM：具有高热电性能的缺陷工程稳定的AgSbTe2
热电(TE)发电机能够实现热和电之间的直接和可逆转换，在制冷和发电中都有应用。该领域的巨大挑战与TE器件的低转换效率有关。在过去的十年中，已经报道了几种在低温和高温条件下具有相对较高的优值系数(ZT)的TE材料。然而，对工作在中温区(400-700 K)的高性能TE材料的需求非常迫切。近日，宾夕法尼亚州立大学Shashank Priya，Bed Poudel，Yu Zhang报道了S和Se共掺杂稳定的p型AgSbTe2材料在673 K时表现出显著的最大优值系数(zTmax)为2.3，在300-673 K的宽温度范围内平均优值系数(zTave)为1.59。1）这种特殊的性能源于更高的银空位浓度导致的载流子密度的增加，通过价带极大值的平坦化和抑制n型Ag2Te的形成而极大地改善了Seebeck系数。并且在673 K以上的稳定性得到了极大的提高。2）优化后的材料被用来制作效率高达13.3%的单桥臂器件和在370 K温差下达到12.3%的能量转换效率的单耦合TE器件。这些结果表明，设计高性能TE材料是一种有效的策略，可以在中温范围内实现低成本的余热回收。Yu Zhang, et al, Defect Engineering Stabilized AgSbTe2 with High Thermoelectric Performance, Adv. Mater..DOI: 10.1002/adma.202208994https://doi.org/10.1002/adma.202208994
8. AM：一种基于离子选择表面的赝电容二极管
超级电容二极管(CAPode)是一种将离子二极管的功能集成到传统双电层电容器中的新型器件，有望在信号传播、微电路整流、逻辑运算和神经形态学等新兴领域得到广泛应用。近日，中山大学阎兴斌教授首次提出了一种将离子二极管的整流特性与超级电容器的快速充放电特性相结合的赝电容二极管。1）这种器件实际上等同于一个不对称的赝电容器，它通过离子在碳电极表面的物理吸附以及在锌钴酸锌电极/电解液界面的法拉迪克反应来储存电荷，而整流功能的实现在于尖晶石锌钴酸锌在KOH电解液中的离子选择性表面氧化还原效应。与以前报道的基于严格的孔径工程（一个电极是纯微孔碳，另一个是介孔碳）和合成聚合物离子液体（它们非常昂贵，聚合度很难控制）的CAPodes相比，伪电容二极管具有更简单的器件制造工艺和更低的成本。此外，还可以在赝电容二极管中使用水溶液。这些因素更有利于CAPode器件未来的实际应用。2）赝电容二极管能够有效地阻挡反向偏置电流，表现出较高的整流比（整流比Ⅰ为3.4，200 mV/s-1下的整流比II为0.79）和出色的循环寿命（1000次循环后容量保持率为93%）。此外，还成功地展示了赝电容二极管在离子逻辑电路(AND、OR)中的新应用，这对促进电容式离子二极管的发展具有重要意义。Pei Tang, et al, A Pseudocapacitor Diode Based on Ion-Selective Surface Redox Effect, Adv. Mater..DOI: 10.1002/adma.202209186https://doi.org/10.1002/adma.202209186
9. Nano Letters：用于高效无铂族金属阴离子交换膜燃料电池的金属氮化物的等离子体辅助合成
与成熟的质子交换膜燃料电池相比，由于碱性环境，阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)允许采用不含铂族金属(PGM)的催化剂，从而大大降低了成本。然而，以前的AEMFCs通常表现出不令人满意的性能，这是由于缺乏能耐受苛刻燃料电池条件的有效的不含PGM的催化剂。近日，中科大高敏锐教授通过单独使用TMNs作为电极催化剂（Ni3N作为阳极，ZrN作为阴极）展示了第一个不含PGM的AEMFC，其表现出高的H2-O2和H2-空气性能。1）这一重要进展基于PECVD方法，该方法能够合成高质量的Ni3N和ZrN，分别具有优异的碱性HOR和ORR性能。该生产是可扩展的，并且可以扩展到在各自的金属箔上制造晶片级的Ni3N和ZrN层，显示出实际应用的巨大前景。2）此外，利用TMNs显著的结构坚固性，燃料电池表现出代表同类最佳的无PGM AEMFCs的操作耐久性。3）目前，TMNs驱动的AEMFCs的性能仍然不如Pt/C催化剂组装的燃料电池。尽管如此，这项工作中显示的有希望的结果为在AEMFCs中使用TMN作为有效催化剂提供了机会，以满足DOE在2030年无PGM AEMFCs的峰值功率密度目标。Xiao-Long Zhang, et al, Plasma-Assisted Synthesis of Metal Nitrides for an Efficient Platinum-Group-Metal-Free Anion-Exchange-Membrane Fuel Cell, Nano Lett., 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03707https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03707
10. Nano Letters：钾掺杂调节含金属石墨烯的电子响应
石墨烯的电子掺杂在石墨烯负载的表面上得到了广泛的研究，其中金属丰度受衬底的影响。近日，摩德纳-雷焦·艾米里亚大学Valentina De Renzi，罗马萨皮恩扎大学Maria Grazia Betti提出了钾在独立的纳米多孔石墨烯上的吸附，从而避免了底物的任何影响。1）研究人员监测了π*下移导带中的电子迁移。在这个刚性带移中，把上狄拉克锥体中π*态的光谱密度与相关的等离子体激元关联起来，根据电子能量损失谱推论，随着K剂量的增加，等离子体激元发生蓝移。2）由于空间分辨的光电子能谱，由C 1S发射的电子激活的狄拉克等离子体激元证实了这些结果。这种交叉检查构成了完全独立的石墨烯原位电子掺杂时导带中的电子π*态与狄拉克等离激元演化之间的关联的参考。Dario Marchiani, et al, Tuning the Electronic Response of Metallic Graphene by Potassium Doping, Nano Lett., 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03891https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03891
11. Nano Letters：用于多功能构筑单元的超低浓度2D纳米材料墨水的3D打印
使用超低浓度2D纳米材料墨水直接打印超轻结构的3D打印是必要的，但也是具有挑战性的。近日，马萨诸塞大学Thomas P. Russell ，北京化工大学Hao-Bin Zhang描述了一种基于乳液的油墨，用于直接打印使用2D纳米材料，即MXene和石墨烯氧化物(GO)。1）油相中的配体与水相中的2D纳米材料之间的静电相互作用有助于在界面上形成片状表面活性剂。不同液滴之间锚定配体之间的相互作用决定了油墨的流变性，使得凝胶状行为非常适合在超低浓度的2D纳米材料下进行3D打印。2）3D打印泡沫具有轻质结构，密度分别为2.8 mg cm−3(GO基)和4.1 mg cm−3(MXene基)，后者集成了出色的导电性、电磁屏蔽性能和与空气相当的隔热性能。这项工作描述了一种直接打印超轻多孔结构的一般方法，该方法利用了2D构建块的固有属性。Lulu Li, et al, 3D Printing of Ultralow-Concentration 2D Nanomaterial Inks for Multifunctional Architectures, Nano Lett. , 2022DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03821https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c03821
