1. Nature Commun.：一维半金属与二维半导体的接触
二维(2D)半导体由于其优良的栅极静电性，在场效应晶体管(FET)的沟道长度调节方面具有很好的应用前景。然而，由于接触电阻的急剧增加和纳米级金属导电性的恶化，测量它们的接触长度仍然是一个巨大的挑战。近日，清华大学张跃钢教授，Yang Wei使用单壁碳纳米管电极构建了一维半金属-2D半导体接触，可以将接触长度推到亚2 nm区域。1）这种1D-2D异质结比2D-2D异质结显示出更小的范德华能隙，而肖特基势垒高度可以通过栅势来有效地调节以实现欧姆接触。2）提出了一种用于分析器件在短接触极限下的电势和电流分布的纵向传输线模型，并利用该模型提取了超短接触的一维接触电阻率，最低可达10−6 Ω·cm-2。3）进一步证明，具有栅极可调功函数的半金属纳米管可以与包括MoS2、WS2和WSe2在内的各种二维半导体形成良好的接触。一维半金属接触为未来纳米电子学的进一步小型化奠定了基础。
Li, X., Wei, Y., Wang, Z. et al. One-dimensional semimetal contacts to two-dimensional semiconductors. Nat Commun 14, 111 (2023).DOI：10.1038/s41467-022-35760-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-022-35760-x
2. Nature Commun.：从电化学反硝化转向合成氨
一氧化氮的去除是一个重要的环境问题，也是实现高效CO2电还原的必要前提。为此，电催化反硝化是一条可持续的途径。近日，中科院大连化物所Jianping Xiao使用反应相图来分析不同催化剂下反应机理的演变，并研究 Pd 和 Cu 的电势/pH 效应。1）研究发现与 N2O 生产相比，N2 选择性较低，这与一组实验一致，从根本上受到两个因素的限制。N2OH* 与过渡金属的结合相对较弱，导致生成的 N2O* 质子化速率较低。2）OH* 和 O* 结合能的强相关性限制了 N2O* 解离的路径。尽管不同电位、pH 和 NO 压力的实验条件可以略微调整选择性，但不足以促进 N2 选择性超过 N2O 和 NH3。一个可能的解决方案是设计有例外的催化剂来打破能量的标度特性。
Li, H., Long, J., Jing, H. et al. Steering from electrochemical denitrification to ammonia synthesis. Nat Commun 14, 112 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-35785-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-35785-w
3. Nature Commun.：单晶 PdCu 合金纳米粒子中 fcc-bcc 相变的动力学
金属和金属合金中两种最常见的晶体结构是体心立方 (bcc) 和面心立方 ( fcc ) 结构。这些结构之间的相变在耐用和功能性金属合金的生产中起着重要作用。尽管它们具有技术意义，但由于与探索这些过程相关的挑战，这种相变的细节在很大程度上是未知的。基于此，新加坡国立大学Utkur Mirsaidov使用原位加热透射电子显微镜描述了 PdCu 合金纳米粒子 (NPs) 中 fcc 到 bcc 相变的纳米级细节。1）观察表明，bcc 相总是从 fcc NP 的边缘成核，然后通过形成一个独特的几个原子范围的相干 bcc-fcc 界面在 NP 中传播。2）值得注意的是，该界面充当 bcc 相成核的中间前体相。这些对 fccto-bcc 相变的见解对于理解一般的固体 - 固体相变很重要，并且可以帮助定制金属及其合金的功能特性。
Jiang, Y., Duchamp, M., Ang, S.J. et al. Dynamics of the fcc-to-bcc phase transition in single-crystalline PdCu alloy nanoparticles. Nat Commun 14, 104 (2023).DOI：10.1038/s41467-022-35325-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-022-35325-y
4. Nature Commun.: 通过随机粒子键合构建大块超稳定玻璃
玻璃科学的最新突破是通过物理气相沉积技术合成了超稳定玻璃。这些样品显示出增强的热力学、动力学和机械稳定性，对基础科学和技术应用具有重要意义。然而，气相沉积技术仅限于原子、聚合物和有机玻璃形成剂，只能生产薄膜样品。近日，巴黎文理研究大学Francesco Zamponi通过提出一种随机键合方法克服了上述几个问题，其中冻结相邻粒子对子集之间的距离。1）随机键合在数学上类似于随机钉扎，我们将在数值上证明它满足安静冻结的要求，从而产生接近平衡的键合系统配置，但不会破坏与随机钉扎相反的平移不变性。因此，这种方法允许生成具有广泛可调稳定性的大量分子系统（例如，二聚体、三聚体和聚合物）的平衡玻璃构型。最重要的是，这种方法可以在真实的实验系统中实施，例如具有DNA 接头和聚合物 的路径，即可以通过外部参数修改组成粒子之间的相互作用的系统。2）在介绍了这种新方法之后，研究人员展示了计算机模拟的结果，这些结果通过确定简单玻璃形成剂的加热冷却循环的动力学稳定性和应力应变测量的机械稳定性来证明随机键合的有效性。此外，表明生成的配置接近平衡，因此在数值精度内未检测到老化。最后，讨论了该方法的实验可行性。
Ozawa, M., Iwashita, Y., Kob, W. et al. Creating bulk ultrastable glasses by random particle bonding. Nat Commun 14, 113 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-35812-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-35812-w
5. Science Advances：中性条件下持续600小时太阳能水分解的半导体-电解质动态界面
光电化学(PEC)水分解在pH中性电解液中的作用越来越引起人们对能源需求可持续性的关注。近日，内蒙古大学武利民教授，Lei Wang，Jinlu He提出了一种通过调整中性电解液的组成来原位形成NiB层的策略，从而提高了BiVO4光阳极的PEC性能。1）NiB/BiVO4在1.23 VRHE下的光电流密度为6.0 mA cm−2，在1 sun太阳光下的起始电势为0.2 VRHE。该光阳极在中性电解液中具有600小时以上的光稳定性。2）电解液中添加Ni2+能有效地抑制NiB的溶解，加速光生电荷转移，增强水氧化动力学。具有B-─-O键的硼酸盐物种通过加速质子耦合电子转移而促进了催化剂的活性。两种物质的协同作用抑制了BiVO4的表面电荷复合，抑制了BiVO4的光腐蚀。
Rui-Ting Gao, et al, Dynamic semiconductor-electrolyte interface for sustainable solar water splitting over 600 hours under neutral conditions, Sci. Adv. 9, eade4589 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.ade4589https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade4589
6. Matter综述：来自可再生自然资源的可持续生物塑料用于食品包装
食品包装是塑料最终用途的主要部门之一。生物塑料是从农作物、木浆和草本纤维等自然可再生资源中生产的。近日，美国东北大学Hongli Zhu综述了利用天然资源进行食品包装生物塑料的合理设计。1）考虑的生物塑料性能包括热性能、机械性能、耐氧/耐湿性能和生物降解性。作者讨论了生物塑料的降解性和处理生物塑料废物的技术。对生物塑料可持续性的各个方面(如环境概况、技术经济分析和社会影响)进行了调查。2）作者讨论了生物塑料应用的主要挑战，如低断裂应变和较差的阻隔性能。此外，还讨论了克服生物塑料力学性能的缓解方法，如添加增塑剂。生物塑料的性能可以与化石塑料相媲美。在大多数食品包装应用中，生物塑料可以作为传统塑料的替代品，由于其可生物降解性，可以减少碳足迹和对环境的影响。
Xianhui Zhao, et al, Sustainable bioplastics derived from renewable natural resources for food packaging, Matter, 2023DOI: 10.1016/j.matt.2022.11.006https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.11.006
7. EES：使用界面氧化还原介体的高性能全固态Li2S电池
基于硫化锂正极的全固态锂-硫电池已经成为下一代储能候选电池，因为它们可以提供比锂离子电池更高的理论能量密度，并且有可能实现无阳极电池设计。然而，由于离子和电子输运的限制以及电荷的高活化势垒，固态Li2S的正极动力学受到阻碍。近日，滑铁卢大学Linda F. Nazar报道了一种封装的Li2S正极设计，在该设计中，30 nm厚的外层LiVS2外壳作为Li2S芯的电荷载流子(Li+和e-)的传输载体。1）研究发现，VS2(一旦在外表面脱氢)是Li2S↔S转化的固-固界面介体。通过采用这种核壳结构，实现了准金属、离子导电的LiVS2外壳和绝缘Li2S内核之间的紧密接触。这有助于在正极复合材料与银辉石电解液混合后，通过电子和离子通道渗入。LiVS2提供的双功能行为改善了固态硫电化学的阴极动力学，使锂硫电池能够在合理的高电流密度(高达3 mA∙cm-2)下充电。2）采用这种方法，在中等电流密度1 mA∙cm-2和活性物质负载量2.0 mgLi2S+LiVS2∙cm-2的条件下，全固态Li-S电池可以循环1000次以上，同时在室温下保持了近80%的初始容量。在4和6mgLi2S+LiVS2∙cm-2的中等负荷下，电池还显示出极长的循环寿命。高负载电池(10 mg∙cm-2)在60 °C时的面积容量>5 mA∙h∙cm-2，但循环寿命有限。这些研究为全固态Li-S正极结构的定制设计提供了洞察力。
Chun Yuen Kwok, et al, High-Performance All-Solid-State Li2S Batteries Using an Interfacial Redox Mediator, Energy Environ. Sci., 2023https://doi.org/10.1039/D2EE03297J
8. EES: 有序阵列辅助有机胺盐在多孔性碘化铅中的全方位扩散助力两步沉积大面积钙钛矿型太阳电池
传统的两步连续沉积法制备的钙钛矿薄膜存在大量的缺陷和过量的PbI2，这主要是由于形成致密的PbI2层和不完全的固液反应所致。结果表明，PbI2物种的存在对功率转换效率(PCE)有一些积极的影响，但过量PbI2的随机分布会对器件的稳定性造成不利影响。近日，南昌大学陈义旺教授，Licheng Tan论证了将丁二酰胺(SA)添加剂与纳米印迹技术相结合来制备具有有序阵列结构的多孔PbI2层的可行性，1）它可以限制PbI2阵列中的有机胺盐，促进PbI2阵列的全方位扩散，实现充分转化为钙钛矿结构。从而获得了效率为23.56%、在空气中(相对湿度为50±5%)具有良好的长期湿度稳定性(1800 h后保持~90%的效率)的无封装器件(有效面积为0.04 cm2)。2）此外，制作的钙钛矿太阳能电池(1.01 cm2)和组件(14.63 cm2)分别获得了21.57%和16.42%的令人印象深刻的效率。这项工作为两步连续沉积法从实验室扩展到大规模制造高性能钙钛矿型光伏器件铺平了道路。
Jiacheng He, et al, Omnidirectional Diffusion of Organic Amine Salts Assisted by Ordered Arrays in Porous Lead Iodide for Two-Step Deposited Large-Area Perovskite Solar Cells, Energy Environ. Sci., 2023https://doi.org/10.1039/D2EE03418B
9. AM：钛酸盐钙钛矿中的高熵增强微波衰减
高熵氧化物(HEO)将多种主要阳离子结合到单相晶体中，并与不同的金属离子相互作用，扩展了可用成分的边界和前所未有的性能。近日，复旦大学车仁超教授，David Wei Zhang，内蒙古大学武利民教授报道了一种高熵稳定的(Ca0.2Sr0.2Ba0.2La0.2Pb0.2)TiO3钙钛矿，其有效吸收带宽(90%吸收)比BaTiO3提高了近两倍。1）结果表明，熵组态的调节可以产生明显的晶界、氧缺陷和超致密的扭曲晶格。这些特性导致了强烈的界面极化和缺陷诱导的极化，从而协同贡献了介电衰减性能。2）此外，高熵钙钛矿中强烈的晶格扭曲产生的大应变为电子载流子提供了不同的输运方式。电子全息术定量验证了高熵增强的正负电荷在晶界和应变集中位置的积累，导致了异常的介电极化损耗。这一研究为设计强吸波材料以满足先进集成电子学日益苛刻的要求开辟了一条有效的途径。此外，研究工作也为通过熵工程改善HEO的其他有趣性质提供了一个范例。
Biao Zhao, et al, High-Entropy Enhanced Microwave Attenuation in Titanate Perovskites, Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202210243https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202210243
10. AM：用于安全锂金属电池的热响应电解质
探索先进的策略来减轻热失控的锂金属电池（LMBs）是至关重要的。近日，清华大学张强教授，东南大学Xin-Bing Cheng设计了一种具有热响应特性的新型电解质体系，以大大提高1.0 Ah LMBs的热安全性。1）具体而言，引入碳酸乙烯酯(VC)和偶氮二异丁腈作为热响应溶剂，以提高固体电解质界面(SEI)和电解质的热稳定性。2）首先，与常规电解质中广泛获得的无机组分相比，在SEI中与热响应电解质一起形成了丰富的聚(VC ),其对六氟磷酸锂更热稳定。这将热安全的临界温度(明显自发热的开始温度)从71.5 ℃提高到137.4 ℃，当电池温度异常升高时，剩余的VC溶剂可以聚合成聚(VC)。3）聚(VC)不仅可以作为阻挡层防止电极之间的直接接触，而且可以固定游离的液体溶剂，从而减少电极和电解质之间的放热反应。因此，LMBs的内部短路温度和“燃点”温度(热失控的起始温度)从126.3 ℃和100.3 ℃大幅提高到176.5 ℃和203.6 ℃。这项工作为通过在商用电解质中添加各种热响应溶剂来追求热稳定的LMBs提供了新的见解。
Feng-Ni Jiang, Thermoresponsive Electrolytes for Safe Lithium Metal Batteries ， Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202209114https://doi.org/10.1002/adma.20220911411. ACS Nano: 八面体分子筛中阳离子吸附/交换机制基于MnO2的八面体分子筛（OMSs）由于其微孔隧道骨架能够吸附和交换各种离子，特别是阳离子，在去离子、地球化学和储能领域得到了广泛研究。温州大学袁一斐、王舜等人揭示了OMS材料中离子吸附和交换原理的复杂性，并进一步激发OMS框架的结构/组成修饰，增强其在各个领域中的功能。1) 随着Ag+离子交换时间的增加，K-OMS-2中的Ag+含量逐渐增加，而K+含量逐渐降低，证实了Ag+−K+阳离子直接交换机制的存在。此外，还有另一种具有Ag+在不排出K+的情况下进入K-OMS-2隧道的机制，这可能导致Mn价态的降低。这一机制的发现不仅有助于基本理解OMSs隧道内的间离子反应，而且还指出了通过简单的组成控制可能调节Mn价态和OMS的电子结构。2) 发现一种可以调控的原子占位模式，例如，经过Ag+−K+交换后，当少量的Ag+进入二氧化锰晶格，Ag+排布具有周期性，而当大量的Ag+进入二氧化锰晶格，这种周期性被破坏。
Chenghang Li, et al. Atomic Mechanisms of Cation Adsorption/Exchange in Octahedral Molecular Sieves. ACS nano, 2022.https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10682.
