1. Nature Materials：抑制富锂阴极材料中的集体阳离子迁移作为缓解电压滞后的策略
富锂阴极由于具有高能量密度因为成为极具应用前景的储能材料，然而，与过渡金属迁移相关的电压滞后极大限制了它们的能量效率和在实际设备中的应用。近日，来自劳伦斯伯克利国家实验室材料科学部的Gerbrand Ceder等人发现了电压滞后与金属离子的集体迁移有关，并证实，部分阳离子无序的阴极材料可以适应高水平的过渡金属迁移，从而将对氧化还原偶的选择扩展到移动阳离子的选择。1) 研究通过产生部分无序将迁移事件彼此隔离可以产生高容量可逆阴极材料，并且即使在存在迁移的过渡金属离子的情况下也是如此；2) 此外，研究在层状富锂铬锰氧化物上进行了进一步证实，该氧化物在其完全有序状态下显示出了显著的电压滞后（>2.5 V），这与过渡金属集体迁移到Li层有关，然而当集体迁移受到部分无序干扰时却可以实现高容量（>360 mAh·g−1）和能量密度（>1100 Wh·kg−1）。
Huang, J., Ouyang, B., Zhang, Y. et al. Inhibiting collective cation migration in Li-rich cathode materials as a strategy to mitigate voltage hysteresis. Nat. Mater. (2023).DOI: 10.1038/s41563-022-01467-zhttps://doi.org/10.1038/s41563-022-01467-z
2. Nature Materials：混合离子-电子传导聚合物中的离子可调谐反二极性使生物真实的有机电化学神经元成为可能
生物集成神经形态硬件有望用于记录/调节生物系统中信号的新协议。要使这种人工神经电路成功，需要最小的设备/电路复杂性和类似于生物学中发现的基于离子的操作机制。基于硅基互补金属氧化物半导体或负微分电阻器件电路的人工尖峰神经元可以模拟多种神经功能，但制造复杂，不具有生物相容性，并且缺乏基于离子/化学的调制功能。鉴于此，瑞典林雪平大学Simone Fabiano等人报告了一种基于生物真实电导的有机电化学神经元 (c-OECN)，它使用具有稳定离子可调反双极性的混合离子-电子导电梯型聚合物。后者用于模拟生物神经元钠通道的激活/失活和钾通道的延迟激活。这些 c-OECN 可以在接近 100Hz 的生物合理频率下发出脉冲，模拟最关键的生物神经特征，展示随机脉冲并启用基于神经递质/氨基酸/离子的脉冲调制，然后用于刺激体内生物神经。使用以前的技术不可能实现这些组合功能。总之，研究人员基于聚苯并咪唑苯并菲咯啉的 OECT 中展示了基于高度可调、稳定和可逆的反双极行为的生物现实OECN。由 Na+ 和 K+ 离子调制的两个 OECT 类似于生物神经元中的电压门控离子通道，可实现各种神经特征以及与小鼠迷走神经的轻松感知和整合。类似的稳定阶梯状共轭聚合物被功能化以与特定生物分子相互作用，是实现基于事件的智能闭环内部传感和反馈神经形态生物医学系统和未来脑机接口的可能途径。
Harikesh, P.C., Yang, CY., Wu, HY. et al. Ion-tunable antiambipolarity in mixed ion–electron conducting polymers enables biorealistic organic electrochemical neurons. Nat. Mater. (2023).https://doi.org/10.1038/s41563-022-01450-8
3. Chem. Soc. Rev.: 用于电催化CO2还原反应的功能多孔框架的合理设计
电催化CO2还原反应（ECO2RR）是最有潜力实现未来较低碳排放的方法之一，但目前的ECO2RR技术与工业应用之间仍存在巨大差距。因此，设计和制备具有优异的活性、选择性和稳定性的ECO2RR催化剂已引起广泛关注。近日，北京理工大学王博、杨文秀综述研究了用于电催化CO2还原反应的功能多孔框架的合理设计。1) 作为一种典型的功能性多孔框架，结晶多孔材料（例如金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF））和衍生多孔材料（如MOF/COF复合材料和热解产物）由于其具有可设计的孔隙率、可改性的骨架、柔性活性位点结构、，可调节的电荷转移途径和可控的形态的优点，并且随着纳米表征和理论计算技术的快速发展，功能多孔框架的结构-活性关系受到越来越多的关注，即金属元素类型、局部配位环境和微观结构，分别对应于ECO2RR的选择性、活性和传质效率。2) 作者基于金属元素类型、局部配位环境和微观结构三个关键因素，系统概括了功能性多孔框架的合理设计策略。然后，按照MOF、COF、复合材料和热解物的顺序详细阐述了功能性多孔框架的结构-活性关系，并分析上述三个因素对其ECO2RR性能的影响。最后，作者提出了进一步开发ECO2RR功能多孔框架的挑战和前景。
Changli Wang et al. A rational design of functional porous frameworks for electrocatalytic CO2 reduction reaction. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00843B
4. Nature Communication：核壳颗粒的共轭双尺寸效应协同双金属催化
核壳双金属纳米催化剂在非均相催化中引起了极大关注。而根据高催化活性的特定几何结构和电子特性对调整核心尺寸和外壳厚度极其重要，但也极具挑战性。近日，中国科学技术大学路军岭、李微雪、韦世强报道了核壳颗粒的共轭双尺寸效应协同双金属催化。1)以Au@Pd核壳催化剂为例，作者通过系统研究并揭示了其具有两个单层Pd壳和大尺寸Au核，可以有效消除晶格收缩和配体失稳对苯甲醇的吸附特性的影响。此外，作者制备了一系列具有各种核尺寸和壳厚度的Au@Pd/SiO2催化剂。2) 在苄醇氧化反应中，作者发现其催化活性随核尺寸单调增加，而随壳厚度非单调变化，其中在一个6.8 nm的大核和壳层厚度约为2-3个单层Au@Pd催化剂 上具有最佳的催化活性。该发现突出了双金属催化中的共轭双粒度效应。
Xiaohui Zhang, et al. Conjugated dual size effect of core-shell particles synergizes bimetallic catalysis. Nature Communication 2023DOI: 10.1038/s41467-023-36147-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-36147-2
5. Matter：磁活性液固相过渡物质
磁驱动微型机器可以执行多模态运动和可编程变形。然而，它们要么是具有有限形态适应性的固体磁性弹性体，要么是具有低机械强度的液体材料系统。鉴于此，中山大学蒋乐伦、卡耐基梅隆大学Carmel Majidi等人报道了由嵌入液态金属中的磁性钕铁硼微粒组成的磁活性相过渡物质（MPTM）。MPTM可以通过交变磁场加热或通过环境冷却在固相和液相之间可逆地切换。通过这种方式，它们独特地结合了高机械强度（强度，21.2MPa；刚度，1.98 GPa）、高负载能力（能够承受30 kg）和快速移动速度（>1.5 m/s）（在固相中）以及优异的形态适应性（伸长、分裂和合并）。研究人员通过实现用于智能组装的智能焊接机和通用螺钉以及用于在模型胃中去除异物和药物输送的机器，展示了MPTM的独特功能，展示了其动态形状可重构性。
Magnetoactive liquid-solid phase transitional matter. Matter 2023.https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.12.003
6. JACS: 用于高效光催化的超大孔三维共价有机框架
得益于其独特的结构优势，三维（3D）大孔COF材料具有高表面积和互连的大通道，使得这些材料极具应用前景。近日，吉林大学方千荣、中国科学技术大学江海龙报道了用于高效光催化的超大孔三维共价有机框架。1) 作者基于卟啉或金属卟啉设计了一系列功能性3D stp拓扑COF，并将其命名为JUC-640-M（M=Co、Ni或H）。在所有晶体材料中，JUC-640-H具有极低的晶体密度（0.106 cm3 g–1），以及具有最大的互连孔径（4.6 nm）、高表面积（2204 m2 g–1）和丰富的卟啉暴露（0.845 mmol g–1）。2) 受其独特的结构特征和光电性能启发，作者将JUC-640-Co用于CO2光还原为CO，其表现出高的CO产率（15.1 mmol g–1 h–1）、选择性（94.4%）和稳定性。并JUC-640-CO的CO产率已超过所有报告的COF基材料的CO产率。该工作不仅合成了一系列具有大通道的新型3D COF，而且为COF的功能化和应用提供了新的指导。
Jiehua Ding, et al. Three-Dimensional Covalent Organic Frameworks with Ultra-Large Pores for Highly Efficient Photocatalysis. JACS 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13817https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13817
7. Angew: 用于超稳定锌阳极的双网络水凝胶电解质
锌（Zn）金属阳极受到不可控锌枝晶和界面寄生副反应的限制，从而阻碍了水性可充电锌电池（ARZB）的实际应用。近日，武汉大学周金平引入了基于两性纤维素的双网络作为水凝胶电解质来克服这些障碍。1) 一方面，两性基团可以构建阴离子/阳离子传输通道，并通过Zn2+离子通量均匀化来调节Zn（002）晶面上的电沉积过程。另一方面，带负电的羧基和Zn2+离子之间的强键合作用促进了[Zn（H2O）6]2+的去溶剂化过程，从而消除副反应。2) 基于上述两种功能，水凝胶电解质在20 mA cm−2/20 mAh cm−2下具有7 Ah cm−2的超稳定循环容量。并且Zn||NVO纽扣电池在500 mA g−1下具有299 mAh g−1的高可逆比容量，在2000 mA g−1下经过2 000次循环后具有86%的高容量保持率。该工作为开发水凝胶电解质以实现高性能ARZB的稳定阳极提供了重要指导。
Haodong Zhang, et al. Amphoteric Cellulose-Based Double-Network Hydrogel Electrolyte Toward Ultra-stable Zn Anode. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202217833https://doi.org/10.1002/anie.202217833
8. Angew: 用于增强和稳定催化CO氧化的多孔单晶TiO2孔隙率形成的原位观察
通过在单晶中引入孔隙可以创造一种新型的多孔材料，它可以保持孔隙率和结构一致性。近日，中国科学院谢奎原位观察了多孔单晶TiO2整体中孔隙率形成过程。1) 作者通过将KTiOPO4（KTP）单晶转化为多孔单晶（PSC）TiO2，并使用原位透射电子显微镜对固体到固体转化的过程进行了观察，进而揭示了其孔隙率的形成过程。在KTP表面上具有相同晶格取向的TiO2簇的孤立晶核将从TiO2/KTP界面向母相移动，并生长PSC TiO2。2) PSC TiO2结构中的相对密度主导其孔隙度，并在宏观的转变过程中保持不变。多孔的单晶结构可以稳定氧空位并活化晶格氧，从而增强了三维渗流和物质扩散。在75°C的空气中，Pt簇沉积的PSC TiO2具有增强和稳定的CO氧化催化活性。
Fangyuan Cheng, et al. In situ Observation of Porosity Formation in Porous Single-crystalline TiO2 Monolith for Enhanced and Stable Catalytic CO Oxidation. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202300480https://doi.org/10.1002/anie.202300480
9. Angew: 二维层状纳米通道膜中的选择性离子输运
在环境、能源和资源相关领域应用中，急需设计具有精确和超快离子筛选能力的全选择性层状膜。近日，西安建筑科技大学Wang Lei综述研究了二维层状纳米通道膜中的选择性离子输运。1) 由二维（2D）纳米片平行堆叠而成的全选择性层状膜为下一代分离技术的发展开辟了新的途径，因为其具有可设计的内部纳米通道并能实现性能多样性。首先，作者从起始材料讨论到同层和异层纳米结构的制备策略。2) 然后，作者探索了其性质和性能之间的关系，并强调了其物理结构特征、化学特性和外部环境刺激等因素对纳米约束下离子传输行为的影响。作者还介绍了2D膜在脱盐、离子回收和能量转换方面的现有和潜在应用，并讨论了该领域的挑战和未来研究方向。
Wang Jin, et al. Selective Ion Transport in Two-Dimensional Lamellar Nanochannel Membranes. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202218321https://doi.org/10.1002/anie.202218321
10. Angew: 用于高效析氢的双原子调谐RuBi-SAA/Bi@OG纳米结构
Ru纳米颗粒表面的电荷再分配可以显著影响HER电催化活性。近日，中国科学院大学吴宇恩报道了用于高效析氢的双原子调谐RuBi-SAA/Bi@OG纳米结构。1) 作者通过一步热解法成功制备了双原子调谐RuBi-SAA/Bi@OG结构，其具有以Bi−O单点掺杂石墨烯为载体的RuBi单原子合金纳米颗粒结构。RuBi-SAA/Bi@OG中合金化的Bi单原子和相邻的Bi-O单点可以协同调节Ru表面的电子转移，从而实现最佳的电荷再分配。2) 所得到的RuBi-SAA/Bi@OG催化剂具有优异的碱性HER活性。在150 mV的过电位下，其质量活性高达65000 mA mg–1，是商用Pt/C的72.2倍。DFT计算表明RuBi-SAA/Bi@OG在HER过程中，实现了最佳的电荷再分配，从而有利于加强水的吸附并削弱氢吸附自由能。这种Ru纳米粒子表面电荷再分配的双原子调谐策略为开发高效电催化剂开辟了一条新途径。
Xiaole Zhao, et al. A Double Atomic-Tuned RuBi SAA/Bi@OG Nanostructure with Optimum Charge Redistribution for Efficient Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202300879https://doi.org/10.1002/anie.202300879
11. AM: 通过调节相变动力学提高高性能有机光伏电池的光子利用效率
高效的光子利用是实现高性能有机光伏（OPV）电池的关键。近日，中国科学院侯剑辉、Cui Yong通过调节相变动力学提高高性能有机光伏电池的光子利用效率。1) 作者通过调节供体和受体相变动力学，在基于PBQx TCl:PBDB-TF:eC9-2Cl的系统中构建了多尺度纤维网络形态，并系统研究了其独特的相变过程和晶体尺寸。PBQx-TCl和eC9-2Cl在三元膜中形成直径约为25nm的纤维结构。此外，由PBDB-TF组装的纤维均匀分布在PBQx-TCl和eC9-2Cl的纤维网络上。2) 理想的多尺度纤维网络形态使三元系统具有比二元系统更优越的电荷转移和传输过程；这些改进增强了光子利用效率。作者在单结OPV电池中实现了19.51%的高功率转换效率，并且三元电池的外量子效率在500–800 nm的宽范围内超过85%。作者还制作了一个串联OPV电池，其可以增加太阳光子吸收，并且串联电池具有超过20%的优异PCE。
Pengqing Bi, et al. Enhancing Photon Utilization Efficiency for High-Performance Organic Photovoltaic Cells via Regulating Phase Transition Kinetics. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202210865https://doi.org/10.1002/adma.202210865
12. ACS Nano：配体工程调控原子级精确的金纳米团簇的催化活性和稳定性
由金属内核和保护配体组成的金属纳米团簇(NCs)显示出作为酶模拟物用于生产燃料、药物和有价值的化学品等的巨大潜力。近日，天津大学-新加坡国立大学福州联合学院Jianping Xie，姜忠义，天津大学Jiafu Shi等探讨了配体在调控Au NC的过氧化物酶模拟活性和稳定性中的关键作用。1）作者采用一系列不同硫醇配体保护的Au15(SR)13 NC [SR =SR = N-acetyl-l-cysteine (NAC), 3-mercaptopropionic acid (MPA), 或 3-mercapto-2-methylpropanoic acid (MMPA)] 作为模型催化剂。研究发现，由于分子内氢键，Au15(NAC)13比Au15(MMPA)13和Au15(MPA)13对外部刺激（例如 pH、氧化剂和温度）表现出更高的结构稳定性。2）更重要的是，详细的酶动力学数据表明，Au15(NAC)1的催化活性分别比Au15(MMPA)13和Au15(MPA)13的催化活性高4.3倍和2.7倍。3）密度泛函理论 (DFT) 计算表明 Au NCs 基序上的 Au 原子应该是活性中心，而Au15(NAC)13的优异过氧化物酶模拟活性应该源于Au原子的空轨道，因为NAC中乙酰氨基的吸电子作用。这项工作展示了配体工程在调控原子精确金属NC的电子结构和功能的巨大潜力，为人工酶设计提供了分子和原子水平的见解。
Huiting Shan, et al. Modulating Catalytic Activity and Stability of Atomically Precise Gold Nanoclusters as Peroxidase Mimics via Ligand Engineering. ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c09238https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c09238
