1. Nature Catalysis：Al₂O₃修饰的Rh/GaN-ZnO光催化剂上整体水分解逆反应的阻断

阳光驱动的光催化整体水分解(OWS)为太阳能转化为化学能提供了一条有前途的途径。然而，只有少数光催化剂已经实现了OWS，这是原因在光催化剂表面上的OWS产物(包括氢、氧和活性中间物质)之间发生的逆反应。大连化物所李灿院士等发现通过原子层沉积用Al₂O₃物种修饰的以Rh为助催化剂的基准光催化剂GaN–ZnO（Rh/GaN-ZnO）可以在很大程度上抑制这些逆反应。

本文要点：

1）Al₂O₃修饰使Rh/GaN–ZnO光催化剂上OWS在420 nm处的AQE从0.3%提高到7.1%。作者揭示了这种抑制主要是通过氧化物物种优先沉积在贵金属助催化剂的低配位位点(LCS)上实现的，这阻止了表面上产物物种(2H₂ + O₂ → 2H₂O和O₂+4H ⁺+ 4e→2H₂O)之间的催化反应。

2）这项工作为光催化OWS反应中贵金属助催化剂上的逆反应的内在机理提供了深刻的理解，也为解决这一光催化中长期存在的问题提供了有效的策略。

Li, Z., Li, R., Jing, H. et al. Blocking the reverse reactions of overall water splitting on a Rh/GaN–ZnO photocatalyst modified with Al₂O₃. Nat Catal (2023).

DOI: 10.1038/s41929-022-00907-y

https://doi.org/10.1038/s41929-022-00907-y

2. Nature Nanotechnology：在高速CO₂/CO电解中覆盖率驱动从乙烯到乙酸酯的选择性转换

通过电解质和有机改性来调节催化剂微环境对于改善CO₂电解性能是有效的。另一种方法是使用来自化石燃料不完全工业燃烧的混合CO/CO₂进料，但其对催化剂微环境的影响知之甚少。大连化物所包信和院士和Guoxiong Wang等研究了碱性膜电极组件电解槽中CuO纳米片上的CO/CO₂共电解。

本文要点：

1）随着进料中一氧化碳压力的增加，由于一氧化碳覆盖率和局部pH值的增加，主要产品逐渐从乙烯转变为乙酸酯。在优化条件下，多碳产品的法拉第效率和局部电流密度分别达到90.0%和3.1 A cm^-2，对应的碳选择性为100.0%，产率为75.0%，优于热催化一氧化碳加氢。

2）使用电解槽组的放大演示在150 A时实现了457.5ml min^–1的最高乙烯生成速率，在250 A时实现了2.97g min^–1的乙酸生成速率。

Wei, P., Gao, D., Liu, T. et al. Coverage-driven selectivity switch from ethylene to acetate in high-rate CO₂/CO electrolysis. Nat. Nanotechnol. (2023).

DOI: 10.1038/s41565-022-01286-y

https://doi.org/10.1038/s41565-022-01286-y

3. Nature Energy：用于高性能锂硫电池的锂化金属二硫化钼纳米片

与锂离子系统相比，基于氧化还原化学物质的电池可以储存更多的能量，将在实现能源向净零碳排放过渡方面发挥重要作用。其中锂硫（Li–S）电池极具应用前景，受到了科研工作者极大地关注。在此，剑桥大学Chhowalla Manish、Yang Jieun报道了用于高性能锂硫电池的锂化金属二硫化钼纳米片。

本文要点：

1) 在贫电解质条件下，作者将预锂化金属1T相二维（2D）二硫化钼（Li_xMoS₂）用作高性能Li–S电池的硫主体材料，且导电和亲液的1T相MoS₂纳米片的锂化导致多硫化物锂的吸附改善、Li⁺传输增强、电化学反应动力学加速以及多硫化物转化的优异电催化活性。

2) 这些特性使袋式电池具有441 Wh kg⁻¹和735 Wh l⁻¹的容量，且200次循环后容量保持率为85.2%。该结果为基于电催化活性和导电2D材料的实用Li–S阴极的设计提供了见解。此外，该设计原理可应用于同时需要导电性和离子导电性以及电催化活性的材料。

Zhuangnan Li, et al. Lithiated metallic molybdenum disulfide nanosheets for high-performance lithium–sulfur batteries. Nature Energy 2023

DOI: 10.1038/s41560-022-01175-7

https://doi.org/10.1038/s41560-022-01175-7

4. Nature Chemistry：制备π-共轭互锁纳米碳的活性模板策略

在独特拓扑材料中，机械互锁的碳纳米结构是碳纳米科学中的前沿领域。近日，俄勒冈大学Ramesh Jasti报道了制备π-共轭互锁纳米碳的活性模板策略。

本文要点：

1)作者将一个[n]环对苯撑前体大环用两个与金属离子配位的聚合吡啶供体修饰，从而实现在大环的中心空腔内的金属离子催化炔-炔交叉偶联反应，而生成的互锁产物可以在随后的合成步骤中转化为完全π-共轭结构。

2) 具体而言，作者报道了一个链烷家族的合成，该家族包含两个或三个不同大小的相互穿插的[n]环对苯撑衍生的大环。此外，作者通过相同的方法合成了完全π-共轭的[3]轮烷。作者开发的合成方法可以获得不同拓扑结构的机械互锁碳纳米结构，有助于阐明机械结合对这类新兴纳米材料的影响，并建立结构-性能关系。

James H. May, et al. Active template strategy for the preparation of π-conjugated interlocked nanocarbons. Nature Chemistry 2023

DOI: 10.1038/s41557-022-01106-9

https://doi.org/10.1038/s41557-022-01106-9

5. Nature Communications：用于在工业相关电流下电催化生产过氧化氢的金属单中心催化剂设计

通过双电子氧还原反应直接电合成过氧化氢(H₂O₂)是传统高能耗蒽醌技术的可持续替代方案。然而，设计具有工业相关生产率的高性能和可扩展的电催化剂仍然具有挑战性，部分原因是对催化剂设计的原子水平理解不足。哥伦比亚大学Jingguang G. Chen和大连理工大学Xie Quan等利用理论方法，以*OOH结合能作为描述符，来识别用于双电子氧还原的过渡金属单中心催化剂。

本文要点：

1）作者将理论预测用作合成所需钴单中心催化剂的指导，该催化剂具有O-改性的Co-(吡咯烷N)₄构型，可实现高达300mA cm^-2的工业相关电流密度，H₂O₂生产的法拉第效率为96-100 %，创下11527 mmol h^-1 g_cat^-1的记录速率。这里，作者展示了使用各种商业碳和钴酞菁作为起始材料的金属单中心催化剂设计的可行性和多功能性，以及在酸性、中性和碱性电解质中H₂O₂电合成的高度适用性。

2）该工作在未来大规模H₂O₂制造和原位废水处理和消毒中表现出有希望的潜力。

Cao, P., Quan, X., Nie, X. et al. Metal single-site catalyst design for electrocatalytic production of hydrogen peroxide at industrial-relevant currents. Nat Commun 14, 172 (2023).

DOI: 10.1038/s41467-023-35839-z

https://doi.org/10.1038/s41467-023-35839-z

6. Sci. Adv.: 多尺度分层结构和多机制增强的强韧纤维水凝胶

坚韧的天然材料（如珍珠层、骨骼和丝绸）具有多尺度的分层结构，其中在分层结构的每个层次上发生着不同的增韧机制，即从分子尺度的展开到微观尺度的原纤维滑动再到宏观尺度的裂纹偏转。天然材料的多尺度设计以及如何转化为下一代仿生水凝胶的开发仍是一个悬而未决的问题。有鉴于此，南洋理工大学Gao Huajian、新加坡国立大学Zhai Wei报道了多尺度分层结构和多机制增强的强韧纤维水凝胶。

本文要点：

1)作者利用冷冻铸造辅助溶液替代策略制造了具有多尺度分层结构的水凝胶，其潜在的多尺度多机制归因于水凝胶的分层结构，包括微尺度各向异性蜂窝结构纤维壁和基质，其模量分别为8.96和0.73 MPa；并且具有纳米晶畴的氢键增强纤维，以及具有连接离子键的交联强聚乙烯醇链。

2)作者通过对纤维水凝胶的多尺度和多机制进行详细研究，建立了结构性能机制之间的关系，并为分级韧性水凝胶的设计提供了见解，以及为启发其他分层材料设计策略提供了新思路。

Guo Xiao, et al. Strong and tough fibrous hydrogels reinforced by multiscale hierarchical structures with multimechanisms. Sci. Adv. 2023

DOI: 10.1126/sciadv.adf7075

https://doi.org/10.1126/sciadv.adf7075

7. Sci. Adv.：具有高电催化表面积的分级金属纳米结构合成

3D互连结构可以实现分子精度或微米尺寸合成。虽然纳米量级的3D结构具有许多独特的特性，但合成尺寸在数十纳米量级的3D结构策略还没有报道。近日，新南威尔士大学Richard D. Tilley实现了具有高电催化表面积的分级金属纳米结构合成。

本文要点：

1) 作者通过将纳米尺寸的金芯和镍分支直接连接起来，从而形成了分层的纳米结构。该方法的关键是将立方晶体结构的核与六方晶体结构的分支在多个步骤中结合起来，并且可以通过在每个合成步骤中进行调整来控制尺寸和3D形态。

2) 这些材料具有高表面积、高导电性和可化学修饰的表面，使它们成为理想的电催化剂载体。作者通过使用氢氧化镍铁涂层来实现析氧反应的高活性和稳定性，证明了3D纳米结构作为电催化剂载体的有效性。

Lucy Gloag, et al. Synthesis of hierarchical metal nanostructures with high electrocatalytic surface areas. Sci. Adv. 2023

DOI: 10.1126/sciadv.adf6075

https://doi.org/10.1126/sciadv.adf6075

8. Sci. Adv.：具有数百个原子的分子精确全局机器学习力场

全局机器学习力场具有捕捉分子系统中集体相互作用的能力，由于模型复杂度随着系统规模的增长而大幅增加，其现在可以扩展到几十个原子。而对于较大的分子，需要引入了局域性假设，导致其结果不能描述非局域相互作用。近日，卢森堡大学Alexandre Tkatchenko、柏林工业大学Klaus-Robert Müller、Stefan Chmiela开发了具有数百个原子的分子精确全局机器学习力场。

本文要点：

1) 作者开发了一种精确的迭代方法来训练数百个原子的全局对称梯度域机器学习（sGDML）力场（FF），其无需任何近似。在全局sGDML FF中，所有原子自由度都保持关联，从而能够准确描述具有深远特征关联长度现象的复杂分子和材料。

2) 作者在新开发的MD22基准数据集上评估了sGDML的准确性和效率，该数据集包含42到370个原子的分子。在MD22数据集中，作者通过超分子配合物的纳秒路径积分分子动力学模拟证明了该方法的可靠性。

Stefan Chmiela, et al. Accurate global machine learning force fields for molecules with hundreds of atoms. Sci. Adv. 2023

DOI: 10.1126/sciadv.adf0873

https://doi.org/10.1126/sciadv.adf0873

9. EES: 使用界面氧化还原介体的高性能全固态Li₂S电池

作为下一代电池技术，基于硫化锂阴极的全固态Li-S电池因为其可以提供超过锂离子电池的高理论能量密度，以及可以实现“无阳极”电池设计。然而，受限的离子和电子传输以及电荷上的高激活势垒阻碍了固态Li₂S阴极动力学过程。近日，滑铁卢大学 Linda F. Nazar报道了使用界面氧化还原介体的高性能全固态Li₂S电池。

本文要点：

1) 在作者报道的阴极结构设计中，基于Li₂S/LiVS₂核壳纳米结构的主体在氧化过程中同时充当Li₂S的电荷载流子传输载体和电子转移介质。因此，得到的固态Li-S电池在室温下表现出高达3mA·cm^-2的优异倍率性能。

2) 该Li-S电池具有稳定容量保持性能，即在1mA·cm^-2的中等电流密度下，在经历1000次循环后保持了近80%的容量，且具有高活性材料负载（4和6 mg·cm^-2）。此外，作者还报道了高达5.3 mA·h·cm^-2的高面积容量和10 mg·cm^-2非常高的活性材料负载，尽管其循环寿命有限。

Chun Yuen Kwok, et al. High-Performance All-Solid-State Li₂S Batteries Using an Interfacial Redox Mediator. EES 2023

DOI: 10.1039/D2EE03297J

https://doi.org/10.1039/D2EE03297J

10. Angew：氮化碳上的单原子镍光催化剂通过单价镍实现炔烃与水分子的半氢化

光驱动水活化的前景促进了氢化反应的快速发展。中科院化学所Wenjing Song等描述了构建在碳氮化物上的Ni²⁺–N₄位点催化的炔烃的半氢化，水提供由可见辐射驱动的质子。

本文要点：

1）重要的是，这里开发的光催化方法能够在D₂O获得各种氘代烯烃，并具有优异的氘结合率。在可见光照射下，四配位的Ni²⁺到三配位的Ni⁺的水参与的演化被光谱鉴定。结合理论计算，光析出的Ni⁺被认为是HO–Ni⁺–N₂，具有未配位的质子化吡啶氮，通过耦合Ni²⁺还原-水离解和进行半氢化形成。

2）成对的Ni–N不仅促使氢从水中释放出来，还使烯烃优先解吸，而不是进一步氢化成烷烃，从而确保优异的半氢化选择性。

Jia, T., et al, Single-Atom Nickel on Carbon Nitride Photocatalyst Achieves Semihydrogenation of Alkynes with Water Protons via Monovalent Nickel. Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: 10.1002/anie.202216511

https://doi.org/10.1002/anie.202216511

11. Angew: 同步双电解质添加剂维持锌金属阳极5600小时寿命

锌金属阳极的商业化一直受到枝晶形成和副反应的阻碍，因此，控制Zn的成核模式和沉积方向是获得稳定Zn阳极的关键。近日，苏州大学孙靖宇运用同步双电解质添加剂使锌金属阳极维持5600小时寿命。

本文要点：

1) 作者提出了双电解质添加剂策略，即将木糖醇（XY）和氧化石墨烯（GO）直接添加到硫酸锌电解质中。通过分子动力学模拟分析，作者发现引入的XY分子可以调节Zn²⁺的溶剂化结构，从而抑制氢生成和副反应。

2) 自组装GO层有利于促进脱溶剂过程以加速反应动力学。在协同调控下，可以实现Zn渐进形核和定向沉积，从而实现致密和均匀的锌沉积。因此，基于双添加剂的对称电池在1.0 mA cm⁻²/1.0 mAh cm⁻²下获得5600小时的高度可逆循环寿命。

Xianzhong Yang, et al. Synchronous Dual Electrolyte Additive Sustains Zn Metal Anode with 5600 h Lifespan. Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202218454

https://doi.org/10.1002/anie.202218454

12. Angew: 通过晶体工程调节聚合物的热性能

到目前为止，晶体工程一直专注于基于小有机分子的先进材料的开发，而对于聚合物的研究较少。近日，伦敦大学学院Dejan-Kresimir Bucar通过晶体工程调节聚合物的热性能。

本文要点：

1) 在不损害其机械柔性的情况下，作者通过调节聚合物的共结晶可以显著提高其热稳定性，而同晶组分之一的同晶替换能够形成具有熔点的固溶体，并且该熔点可以在宽温度范围内容易地微调。

2) 该研究的结果可以将晶体工程和共结晶的范围从小分子扩展到聚合物。例如使用聚合物作为共晶形成剂可以增强脆性药物固体的可压片性，而使用小分子作为共晶生成剂可以增强有机半导体聚合物的结晶度和热稳定性。而未来的工作主要集中在探索其他类型聚合物的共结晶，以获得发现和开发聚合物共结晶的普遍可行性设计指南。

Luzia S. Germann, et al. Modulating thermal properties of polymers through crystal engineering. Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202212688

https://doi.org/10.1002/anie.202212688