1. Nature Commun.：Re掺杂大幅度提高RuOx电催化OER性能
杂原子掺杂是一种改善RuOx酸性OER性能的好方法，但是通常使用的掺杂元素将导致电子重新分布。有鉴于此，阿德莱德大学乔世璋（Shi-Zhang Qiao）、中科院物理所董俊才（Juncai Dong）等报道Re掺杂构筑Re0.06Ru0.94O2通过动态的电子受体-供体调控作用，能够促进电催化活性和催化剂的稳定性。这种掺杂作用与通常的调控电子分布掺杂作用不同。1）研究发现Re掺杂的多种作用：于在位(on-site)电场的电催化剂原位接受电子并活化Ru；在较高的过电势向Ru反馈电子，避免Ru溶解；2）通过原位表征技术和第一性原理计算，说明Re和Ru之间的动态电子相互作用，并且促进吸附物的催化转化，降低氧中间体的吸附能，促进Re0.06Ru0.94O2的催化活性和稳定性，实现了500 A gcata-1的高质量活度（7811 A gRe-Ru-1），稳定系数（s-number, stability number）达到4.0×106 noxygen nRu-1，性能比大多数电催化剂都更好。作者提出动态掺杂能够大幅度提高催化位点的催化活性和稳定性，这种机制为发展具有适应性的电催化剂提供帮助。
Huanyu Jin, et al, Dynamic rhenium dopant boosts ruthenium oxide for durable oxygen evolution, Nat Commun 14, 354 (2023)DOI: 10.1038/s41467-023-35913-6https://www.nature.com/articles/s41467-023-35913-6
2. Nature Commun.：单原子Sb修饰Cu电催化选择性CO2还原制备CO
通过可再生电能将CO2转化为CO是实现可持续制备市售化学品的重要过程步骤，但是通常电化学CO2还原反应难以达到量产和经济性，这是因为通常电催化CO2还原反应需要使用Au、Ag等贵金属作为催化剂。Cu是具有工业量级CO2电化学还原的催化剂，但是通常C-C偶联反应步骤将耗尽Cu催化剂的表面CO*中间体物种，因此限制生成CO的反应动力学速率，并且生成许多烃类和氧化衍生物的混合。有鉴于此，电子科技大学夏川、中国科学技术大学曾杰、中科院大连化学物理研究所肖建平等报道通过Cu引入Sb构筑合金催化剂，能够调控CO2电催化反应的CO选择性。含有单独Sb-Cu界面的Sb1Cu催化剂能够以超过95 %的法拉第效率实现CO2电化学还原为CO。1）电催化反应的部分电流密度达到452 mA cm-2，CO的法拉第效率达到91 %，而且反应中基本上不会生成C2+。原位光谱表征和理论模拟计算，发现单原子Sb-Cu界面结构促进CO2的吸附和活化，并且能够降低CO*中间体的结合强度，因此能够改善CO选择性和电催化反应的产率。2）通过降低H*和CO*中间体物种的结合强度，降低CO*覆盖度，抑制HER反应和CO*二聚反应，同时还改善CO2电化学还原为CO。这种修饰单原子Sb的Cu催化剂在电流密度为500 mA cm-2，CO2电化学还原为CO的法拉第效率达到91 %。
Jiawei Li, et al, Selective CO2 electrolysis to CO using isolated antimony alloyed copper, Nat Commun 14, 340 (2023)DOI: 10.1038/s41467-023-35960-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-023-35960-z
3. Nature Commun.：表面电荷作为在有机官能化Cu上电化学CO2还原成多碳产物的活性描述符
通过对电化学CO2还原反应的深入研究，科研工作者发现了许多对多碳产物具有高选择性的高性能催化剂，其中大多数催化剂仍是基于纯过渡金属。近日，新加坡科技研究局Albertus D. Handoko、Zhang Jia、Lim Yeefun将表面电荷作为在有机官能化Cu上电化学CO2还原成多碳产物的活性描述符。1) 作者通过原位拉曼和密度泛函理论计算发现，在更高的阴极电位下，吸附的组氨酸和CO2还原中间体之间存在直接相互作用，并且多碳产物的产率与催化剂表面的表面电荷密切相关。此外，该发现的可靠性得到了脉冲伏安法技术的证明。2) 作者通过对其他催化系统进一步验证和创建了更精确的回归模型，并将表面电荷归因于催化剂表面吸附物种的种群密度，其可用作解释CO2还原活性的有力工具，从而可以有效促进未来催化剂替代物的开发，包括有机-无机杂化物。
Carina Yi Jing Lim, et al. Surface charge as activity descriptors for electrochemical CO2 reduction to multi-carbon products on organic-functionalised Cu. Nature Communication 2023DOI: 10.1038/s41467-023-35912-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-35912-7
4. Angew: 用于集成固态锂电池的原位聚合1,3-二氧杂环戊烷电解质
固态锂电池是用于移动电子设备和电动汽车的高效安全的储能设备。近日，华中科技大学夏宝玉报道了用于集成固态锂电池的原位聚合1,3-二氧杂环戊烷电解质。1) 作者报道了1，3-二氧戊环电解质的简单原位聚合，以制备集成固态锂电池。在互连的碳纳米管（CNT）和活性材料上原位聚合和形成固态二氧戊环电解质是实现CNT、活性材料和电解质之间具有良好界面接触的高性能电池的关键。2) 因此，电极可以通过CNT和电解质紧密地集成到电池中。电子/离子能够完全接触整个电极中的活性材料，从而显著改善电化学动力学过程，即电极具有4.5Ω的低电阻和2.5×10-11 cm2 s-1的高锂离子扩散效率，并且获得的电池具有高能量密度，优异的充电/放电速率和长循环寿命。
Ye Qian Mi, et al. In-situ Polymerized 1, 3-Dioxolane Electrolyte for Integrated Solid-State Lithium Batteries. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202218621https://doi.org/10.1002/anie.202218621
5. Angew：聚氢化物[Au(I)7(PPh3)7H5](SbF6)2簇合物:结构、转变和电催化CO2还原性质
由于氧化金属和还原配体的电势不匹配，Au(I)氢化物的键是不稳定的，因此很少研究揭示了它们的纳米团簇的结构和构效关系。近日，青岛科技大学汪恕欣教授，湘潭大学Yong Pei发现单分散的Au7H52+团簇可以容易地从HAuCl4∙3H2O中获得，并且Au7H52+对光高度敏感，在暴露于它时分解成6e Au82+纳米团簇和氢气。1）DFT计算、XPS和NMR的结果表明簇合物中的H作为氢化物配体。2）研究发现Au7H52+和Au82+在多相电催化CO2还原反应中表现不同，Au7H52+释放超过90%的氢，Au82+释放超过70%的CO—这是一个不寻常的发现，因为大多数混合价纳米团簇的电催化产物是CO，而不是氢。释放的H2中的所有氢原子都来自电解质(H3O+),而不是氢化物配体。3）为解释这一结果而进行的理论计算表明，对于Au7H52+来说，由于其相对高的吉布斯自由能(1.58 eV)，CO2向COOH*的转化是困难的，而Au82+可以通过催化COOH*中间体的形成而容易地完成CO2向CO的电化学还原。
Li Tang, et al, Poly-Hydride [Au(I)7(PPh3)7H5](SbF6)2 cluster complex: Structure, Transformation, and Electrocatalytic CO2 Reduction Properties, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300553DOI: 10.1002/anie.202300553https://doi.org/10.1002/anie.202300553
6. Angew：PdNi(OH)2催化剂上工业级电流密度下PET衍生醇协同选择性电氧化为乙醇酸
将PET衍生的乙二醇(EG)电转化为精细化学品和H2是解决严重塑料污染的理想方案。近日，中国科学院理化技术研究所Yong Chen，香港大学Edmund C. M. Tse设计了一种Pd-Ni(OH)2/Ni泡沫协同催化剂(记为Pd-Ni(OH)2/NF)用于EG-to-GA氧化反应。1）研究发现，Ni(OH)2可以在相对较低的电位下有效地将Pd表面的OH-氧化成*OH活性物种。这些*OH物种不仅在协助EG的O-H/C-H键断裂以促进级联脱氢过程中发挥关键作用，而且还将有毒的羰基中间体快速转化为目标GA产物，从而保持催化剂的活性和稳定性。同时，通过界面相互作用调节的Pd的d带中心的下移和Ni亲氧性的增加可以协同地促进GA从活性Pd位到非活性Ni位的快速解吸和转移，避免其过度氧化或C-C键断裂。2）结果表明，PdNi(OH)2/NF显示了EG到GA的高效电氧化，甚至在工业水平的电流密度(600 mA·cm-2，1.15 V vsRHE)具有高法拉第效率(FE) (85%)和选择性(90%)，。值得注意的是，可以实现超过200小时的稳定电解，优于所有可用的Pd基电催化剂。3）此外，将实际的双电极液流电解槽改造成用于PET电解重整和制氢，其中100 g PET原料在0.9 A(100mA·cm-2)和1.2 V槽电压下产生83.3 g TPA(产率:96.3%)、23.2 g GA(产率:58.5%)和20.6 L H2 (FE: 98%)，展示了该技术用于实际应用的潜力。
Fulai Liu, et al, Concerted and Selective Electrooxidation of PET-derived Alcohol to Glycolic Acid at an Industry-level Current Density over a Pd-Ni(OH)2 Catalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300094DOI: 10.1002/anie.202300094https://doi.org/10.1002/anie.202300094
7. Angew：实验测定的CO吸附焓与Cu表面上电化学CO还原性能的关联
CO结合能已被广泛用作电化学CO2和CO还原反应(CO(2)RR)中有效催化剂的描述符，然而，由于缺乏合适的技术，它仍需在电化学界面上通过实验确定。在本工作中，北京大学徐冰君教授，清华大学Qi Lu发展了一种用定量表面增强红外吸收光谱测定CO在Cu表面标准吸附焓的方法。1）研究发现，-0.75 V下枝晶Cu上，标准吸附焓、标准吸附熵和标准吸附自由能分别为1.5±0.5 kJ/mol、～37.9±13.4 J/(mol∙k)和-9.8±4.0 kJ/mol。2）通过比较氧化物衍生铜和树枝状铜的标准吸附焓以及它们的CORR活性，表明OD Cu上存在更强的结合位点，这可能有利于多碳产物。本工作中发展的方法将有助于建立CO结合能和CO(2)RR活性之间的相关性。
Haocheng Xiong, et al, Correlating the Experimentally Determined CO Adsorption Enthalpy with the Electrochemical CO Reduction Performance on Cu Surfaces, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218447DOI: 10.1002/anie.202218447https://doi.org/10.1002/anie.202218447
8. Angew：化学机械稳定的单晶Mo掺杂LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2正极材料用于实用的4.5V级软包锂离子电池
高电压可以有效地提高基于富镍正极的锂离子电池的能量密度，但会影响其机械、电化学和热驱动的稳定性。近日，为了推动具有高机械完整性、高效储锂行为和可靠热安全性的高压锂离子电池，济南大学原长洲教授首次通过简便的静电纺丝技术合理构建了尺寸约为 230 nm 的纳米级 SS-MN6。1）在 SS-MN6 中，表面寄生反应以及晶格应变引起的裂纹在多晶和大单晶对应物中普遍存在，但基本上得到了抑制。无论是半电池还是全电池，SS-MN6 的单晶尺寸减小、晶界限制和机械强度增强是显着提升高压性能的主要原因。2）SS-MN6 在软包电池电压窗口 (2.8 − 4.5 V) 内的循环稳定性和高倍率容量显示出前所未有的水平，在 10/20 C 时具有 151.2/127.2 mAh g−1 的竞争性可逆容量，并且80.3%（1 C，3000 个循环）、80.5%（3 C，2000 个循环）的长期容量保持率，而其他三个类似物显示出明显加速的容量衰减。3）除此之外，SS-MN6 还具有与温度无关的能力，在 55°C 下运行 2300 次循环后保留其初始容量的 77.2%，在 -20°C 下运行 1500 次循环后保留 81.9% 以及可接受的容量在 5 C 时为 116.4 mAh g−1。脱锂 SS-MN6 加热过程中与氧损失相关的相变被大量抑制，导致热分解反应的起始温度更高。研究发现为合理构建具有商业 LIB 的高压和高热安全优点的先进单晶富镍正极开辟了新的道路。
Longwei Liang, et al, Chemomechanically Stable Small Single-crystal Mo-doped LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2 Cathodes for Practical 4.5 V-class Pouch-type Li-ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202216155DOI: 10.1002/anie.202216155https://doi.org/10.1002/anie.202216155
9. AM: 无枝晶金属电池中通过中间通道的Na/K超快传质
在阳极中实现Li/Na/K均匀分布的快速离子扩散对于实现无枝晶碱金属电池至关重要。扩大阳极材料层间间距的常见策略可以增强Li的体扩散，但由于Na和K的离子半径较大，因此对其效率较低。在此，厦门大学王鸣生、董全峰、Cheng Yong提出了一种普遍的策略，即通过在碳主体中引入开放的介电通道来显著提高Na/K的传质效率。1) 作者利用原位透射电子显微镜发现，这种孔隙工程可以将可接触的表面积增加一个数量级，从而显著加速表面扩散。特别是，一旦介电通道被Na/K金属填充，它们就成为通过界面扩散机制进行传质的超高速通道。因此，改性的碳主体使Na/K离子在其内腔中填充，并通过快速动力学过程使其在整个电极上均匀沉积。2) 所得的钠金属阳极在高达30mA cm−2的高电流密度下，具有稳定的无枝晶循环特性，并具有优异的速率性能。该工作有效地解决了Na/K的缓慢传输问题，以及对高性能碱金属存储多孔阳极中的传输机制提供了详细理解。
Weibin Ye, et al. Superfast Mass Transport of Na/K Via Mesochannels for Dendrite-Free Metal Batteries. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202210447https://doi.org/10.1002/adma.202210447
10. AM: 锌空气电池中硫调谐单原子催化剂的批量生产
单原子催化剂（SAC）在可充电锌-空气电池（ZAB）方面具有巨大潜力；然而，由于对其协调环境的控制不力，难以利用可持续资源大规模生产SAC。近日，浙江大学陆俊、华南理工大学钟林新、彭新文实现了锌空气电池中硫调谐单原子催化剂的批量生产。1)木质素磺酸盐是造纸工业的副产品，作者将其用作多功能生物配体，用于通过强金属-氮/硫配位大规模生产具有高活性M–N4–S位点（M代表Fe、Cu和Co）的SAC。从而有效地调整了电荷分布并提高了催化性能，以及其在ZAB的氧还原和析出反应中具有高度持久和优异的性能。2) Fe和木质素磺酸盐之间的配位以及随后的N掺杂形成了Fe–N4活性位点，其中S掺杂有效地调节了Fe–N4位点周围的电荷分布。所得SAC催化剂具有优异的ORR（E1/2＝0.876V）和OER活性。其在ZAB中具有798.7mAh g-1的高比容量和高达160h的长期稳定性。
Chen Zehong, et al. Mass Production of Sulfur-Tuned Single Atom Catalysts for Zn–Air Batteries. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202209948https://doi.org/10.1002/adma.202209948
11. AM：导电的透明水凝胶用于记录脑神经信号和神经调节
记录脑神经信号和光遗传神经调节为脑神经信息解码和神经退行性疾病治疗开辟了新的途径。然而，传统的植入式探针往往不匹配生物组织的模量，并且难以实现透明度和电子导电性之间的平衡。有鉴于此，中科院长春应化所张强研究员和海南大学王东研究员以聚吡咯修饰的微凝胶作为交联剂，构建了导电的透明水凝胶。1）电极的光学透明度与其特殊的结构有关，该结构使得光波可以绕过微凝胶颗粒，并最大限度地减少它们的相互作用。通过将其用于探测大鼠的脑海马体，实验证明了该仿生电极具有同时实现长时间光遗传神经调节和记录脑神经信号的能力。2）实验结果表明，该仿生电极也能够实现有趣的脑-机交互，包括向大脑输入信号、产生脑神经信号和控制肢体行为等。综上所述，这项突破性的工作能够为破译脑神经信息和开发神经退行性疾病治疗策略提供重要的帮助。
Quanduo Liang. et al. Electron Conductive and Transparent Hydrogels for Recording Brain Neural Signals and Neuromodulation. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202211159https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202211159
12. AEM: 通过聚合物电解质的分子调节使全固态锂金属电池在30°C下运行
在室温下，聚环氧乙烷（PEO）基聚合物电解质的低离子电导率和在Li|PEO界面上的锂枝晶生长阻碍了它们的进一步应用。在此，华中科技大学黄云辉、许恒辉通过聚合物电解质的分子调节使全固态锂金属电池在30°C下运行。1) PEO聚合物通过与PEO和Li盐的铜离子（Cu2+）配位效应实现对全固态锂金属电池的分子水平调节，使其在30°C下实现0.2 mS cm−1的高Li+电导率和0.42的迁移数。此外，铜配位的PEO电解质既不粘性也不吸湿，因为PEO中的亲水氧基被铜离子终止。此外，CuF2添加剂诱导原位形成的富F/Li无机层加速了Li+迁移动力学，并在Li电镀/剥离过程中实现均匀的Li+沉积。2)因此，Cu2+配位的PEO电解质在30°C时具有1.5 mA cm−2的高临界电流密度，并且具有这种铜配位PEO电解质的全固态Li-LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2（NCM83）电池具有长达500次的循环寿命，并且其在30°C和0.6 C下的容量保持率为71%。当质量负载增加到7 mg cm−2时，Li-NCM83电池在30°C和0.1C下具有1.07 mAh cm−2的高面容量。
Wei Ying, et al. Enabling All-Solid-State Li Metal Batteries Operated at 30 °C by Molecular Regulation of Polymer Electrolyte. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202203547https://doi.org/10.1002/aenm.202203547
