1. Chem. Rev.: 高温电解水：进展、挑战和前沿
由于化石燃料的广泛使用导致了严重的全球变暖和相关的气候问题，因此需要大力开发可再生能源，并需要向稳定的化学能源转型，以克服能源波动的危害。近日，北京智慧能源研究院Deng Zhanfeng、清华大学史翊翔对高温电解水的进展、挑战和前沿进行了综述研究。1) 作为一种环境友好和高效的能源载体，氢能可以用于各种行业，并且其可以直接通过电解水产生，称为绿色氢。尽管如此，通过水电解大规模生产绿色氢是不可行的，因为其具有高的比能量需求和电力费用，从而导致了其没有竞争力的成本，而可以通过在升高的工作温度下增强相应的热力学和动力学过程来克服这一问题。2) 作者主要从电解槽的角度介绍了温度变化对电解水的影响。随着工作温度的增加，基于高温碱性电解池和聚合物电解质膜电解池（ET AECs和ET PEMEC），高温离子导体（ET IC）、质子陶瓷电解池（PCEC）和固体氧化物电解池（SOEC），作者对材料的结构、性能、降解机制和缓解策略以及堆叠和系统中的电解进行了多维评估。
Weizhe Zhang, et al. Water Electrolysis toward Elevated Temperature: Advances, Challenges and Frontiers. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00573https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00573
2. Nature Communications：用于超软电子产品的导电和弹性瓶装橡胶
了解生物系统并模拟其功能需要电子工具的参与，这些电子工具能够以相适配的柔软度与生物组织交互。这些工具会涉及生物界面材料，且这些材料应能与生物组织的柔软度相匹配，并显示出用于记录和读取生物电子信号的合适电导率。然而，通常使用的柔软且可拉伸的材料都含有限制长期使用稳定性或具有低电导率的溶剂。迄今为止，还没有超软（即杨氏模量<30 kPa）、导电和无溶剂弹性体，并且将这种超软和导电材料集成到电子设备中的探索也很少。近日，来自多伦多大学的Xinyu Liu和Helen Tran等人开发了一种以单壁碳纳米管（SWCNT）为导电填料的无溶剂、超软、导电的PDMS瓶鼻草弹性体（BBE）复合材料。1) 该研究发现，对于所开发的复合材料，当填料浓度为0.4−0.6 wt%时，导电SWCNT/BBE会显示出超低的杨氏模量（<11kPa）和较为理想的电导率（>2 S/m）以及粘附性能；2) 此外，该研究还基于导电和非导电BBE的激光切割，以及3D打印制造了超软电子器件，并初步展示了它们在可穿戴传感、软机器人和电生理记录方面的潜在应用。
Xu, P., Wang, S., Lin, A. et al. Conductive and elastic bottlebrush elastomers for ultrasoft electronics. Nat Commun 14, 623 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-36214-8https://doi.org/10.1038/s41467-023-36214-83. Angew: 具有弱溶剂化分子调节的离子液体电解质在高性能锂-氧电池中的稳定锂沉积采用双（三氟甲磺酰基）亚胺基离子液体（TFSI-IL）电解质的锂-氧电池极具应用前景，因为TFSI-IL可以稳定O2分子，以降低充电过电位。然而，TFSI-IL电解质中缓慢的Li+传输导致较差的Li沉积。有鉴于此，南开大学陈军院士实现了具有弱溶剂化分子调节的离子液体电解质在高性能锂-氧电池中的稳定锂沉积。1) 作者优化了弱溶剂化分子（茴香醚），以及在TFSI-IL电解质中生成茴香醚掺杂的离子聚集体。这种独特的溶剂化环境不仅可以实现高Li+传输，而且可以实现阴离子衍生的固体电解质界面（SEI）。因此，在电解质本体和SEI中同时实现了快速的Li+传输。2) 在Li–O2电池中，作者实现了具有高达3 mA cm–2速率能力和长循环寿命（0.2 mA cm–3时为2000小时）的Li沉积。此外，Li–O2电池具有优异的循环稳定性（经过120次循环后，过电压增加0.16 V）和高速率能力（1 A g–1）。该工作为实现稳定的锂沉积和高性能锂-氧电池提供了有效的电解液设计策略。
Cai Yichao, et al. Ionic Liquid Electrolyte with Weak Solvating Molecule Regulation for Stable Li Deposition in High-Performance Li–O2 Batteries. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202218014https://doi.org/10.1002/anie.202218014
4. Angew：用于 Li-O2 电池的添加 LiI 的非质子电解质中溶剂去质子化的起源
LiI 和 LiBr 已被用作电解质中的可溶性氧化还原介质 (RM)，以解决非质子 Li-O2 电池充电过程中缓慢的析氧反应动力学问题。与 LiBr 相比，LiI 表现出更接近理论放电产物的氧化还原电位，表明更高的能量效率。然而，在添加 LiI 的电解质中发生溶剂去质子化的原因仍不清楚。近日，上海大学Siqi Shi通过结合从头计算和实验验证，发现是亲核试剂 IO3− 通过亲核攻击触发溶剂去质子化和 LiOH 形成，而不是如前所述增加溶剂酸度或延长 C-H 键。1）作为比较，发现添加 LiBr 的电解质中 BrO3− 的形成在热力学上是不利的，这解释了没有 LiOH 形成的原因。2）这些发现为溶剂去质子化提供了重要的见解，并为 LiI RM 在非质子 Li-O2 电池中的实际应用铺平了道路。
Aiping Wang, et al, The Origin of Solvent Deprotonation in LiI-added Aprotic Electrolyte for Li-O2 Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202217354DOI: 10.1002/anie.202217354https://doi.org/10.1002/anie.202217354
5. Angew：用于生产高价值化合物和增强可回收性的有机聚合物光催化颗粒的 pH 触发回收
准均相聚合物光催化剂是一类新兴的高效可调光催化材料，其光催化中心易于接近。创建可快速分离和回收的高效光催化材料是光催化化学中的关键挑战之一。近日，马克斯普朗克聚合物研究所Calum T. J. Ferguson展示了新型 pH 响应聚合物光催化纳米粒子，包含二异丙基氨基部分作为敏感官能团和一小部分光催化部分。1）稳定的 PDPA 嵌段的 pH 触发疏水性变化可在水性环境中实现可控的光催化。在低于 PDPA 嵌段 pKa 的酸性条件下 (pH 4.0)，光催化部分处于伪均相状态，促进对无机和有机转化的有效催化活性，包括 Cr(VI) 的光还原和光氧化还原 Friedel-工艺吲哚衍生物的烷基化。这些反应表现出纳米粒子浓度依赖性。此外，带电的 PDPAH+ 嵌段不仅能够增强纳米粒子的分散性，而且由于电荷吸引相互作用，还能够加速阴离子底物的光催化反应。2）通过简单地将 pH 值调整到稳定 PDPA 嵌段的 pKa 以上，具有未改变形态和组成的光催化纳米粒子已被回收，从而实现可持续的性能。该策略生产出具有出色光催化性能、可转换性和可回收性的高效聚合物光催化纳米粒子。
Rong Li, et al, pH-triggered Recovery of Organic Polymer Photocatalytic Particles for the Production of High Value Compounds and Enhanced Recyclability, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202217652DOI: 10.1002/anie.202217652https://doi.org/10.1002/anie.202217652
6. Angew：设计铜单原子电子桥以实现高效的光催化 CO2 转化
开发用于 CO2 还原反应 (CO2RR) 的高效稳定的光催化剂仍然是一个巨大的挑战。近日，安徽师范大学Junjie Mao，清华大学王定胜教授首先设计了一种具有 N-Cu1-S 单原子电子桥（表示为 Cu-SAEB）的 Z 型光催化剂，以实现令人鼓舞的 CO2RR 性能。1）在没有牺牲剂的情况下，Cu-SAEB 产生的 CO 和 O2 分别高达 236.0 和 120.1 μmol g-1 h-1，优于大多数先前报道的光催化剂。值得注意的是，设计的 Cu-SAEB 在总计 300 小时的 30 个循环反应中高度稳定，这归因于由 N-Cu1-S 原子结构介导的 Cu-SAEB 的强化接触界面。2）实验和理论计算表明，SAEB 极大地促进了 Z 型界面电荷传输过程，从而导致 Cu-SAEB 的光催化 CO2RR 大大增强。这项工作为开发高效稳定的光催化剂提供了一个有前途的平台，这些光催化剂具有 CO2 转化实际应用的潜力。
Gang Wang, et al, Engineering a Copper Single-Atom Electron Bridge to Achieve Efficient Photocatalytic CO2 Conversion, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218460DOI: 10.1002/anie.202218460https://doi.org/10.1002/anie.202218460
7. EES: 超强导电相使固态锂电池无枝晶、寿命长、比容量高
固态锂金属电池（SSLMB）因其高能量密度和良好的安全性而被认为是最有潜力的储能系统之一。然而，巨大的界面电阻和有害锂枝晶生长阻碍了SSLMB的实际应用。近日， 重庆大学徐朝和、王荣华通过构建超强导电相获得了无枝晶、寿命长、比容量高的固态锂电池。1) 作者设计和制备了具有良好分散的超离子导电Li3N和LiNxOy物种的复合锂阳极（CLA），其不仅大大提高了块状锂阳极的固有离子扩散能力，还提高了阳极对固态电解质（SSE）的润湿性。作者通过密度泛函理论（DFT）计算发现，构建的高离子导电固体界面可以有效增强Li/SSE的化学接触。2) 在室温下，全固态对称电池具有高的比面积容量（1.5 mAh cm–2，0.5 mA cm–2）和超高临界电流密度（1.4 mA cm–2）。将其与CLA和商用LiFePO4（LFP）阴极组合得到的全SSLMB具有高达500次的优异循环性能，容量保持率为80.0%，高速率为2.0C。即使在高压（4.3V）条件下，其与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）匹配的全固态电池也可以稳定循环超过115次，容量保持率为80.0%。
Lu Guanjie, et al. Built-in Superionic Conductive Phases Enabling Dendrite-free, Long Lifespan and High Specific Capacity of Composite Lithium for Stable Solid-State Lithium Batteries. EES 2023https://doi.org/10.1039/D2EE03709B
8. AM: 二维TMDs的末端原子可控刻蚀
二维过渡金属二醇化物（2DTMDs）的可控蚀刻对于理解2D材料的生长机制和2D材料图案化至关重要，但其仍然极具挑战性。近日，湖南大学段曦东报道了一种合理的策略来控制2D TMDs蚀刻孔的末端原子。1) 通过结合激光照射，作者利用在特定气氛下改进的各向异性热蚀刻工艺在2D TMD上创建了末端原子可控的蚀刻孔阵列。并通过在热蚀刻阶段调节气体气氛，可以获得由W-ZZ边缘和S-ZZ（Se-ZZ）边缘（在纯Ar气氛中）交替终止的六边形蚀刻孔阵列和由S-ZZ边缘（Se-ZZ）终止的三角形蚀刻孔阵列（在Ar/硫（硒）蒸气气氛中）。2) 作者利用密度泛函理论（DFT）揭示了其不同边缘的形成能量以及金属原子和硫族化物原子在不同气氛下的不同活性，从而决定了空穴的末端原子。该工作可以增强科研工作者对2D TMD的蚀刻和生长的理解。通过该工作构建的二维TMDs孔阵列在催化、非线性光学、自旋电子学和大规模集成电路中具有重要应用。
Ziwei Huang, et al. Terminal Atom-Controlled Etching of 2D-TMDs. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211252https://doi.org/10.1002/adma.202211252
9. AM：自修复、可重构、热开关的变革性电子产品用于健康监测
柔软、可变形的电子设备可作为监测生理信息和健康状况的重要手段以用于疾病诊断。然而，由于缺乏热开关以实现机械变形适应性和对机械损伤的自愈，该设备的实际应用仍受到了很大的限制。河北工业大学杨丽研究员、四川大学吴锦荣教授和宾夕法尼亚州立大学程寰宇教授对基于超支化聚合物和双相液态金属的自修复、可重构、热开关器件平台的设计概念、材料和物理、制备方法以及应用进行了研究。1）超支化聚合物能够为贴片开关提供优异的自愈性能、可调的刚度和受温度调节的附着力，而双相液态金属则能够产生具有极端拉伸性的液态金属电路(>900%)、高导电性(3.40 × 104 S cm-1)以及可回收能力。在皮肤表面温度升高的触发下，改多功能设备平台可与分层纹理的皮肤表面贴合并强效粘附，以实现无创、连续且舒适的健康监测。2）此外，该设备的自修复和粘合特性能够实现多个多功能电路组件的组装并完全包裹在3D曲线表面上。综上所述，该自修复、可改造的自组装电子产品能够为构建强大的软变形设备、智能机器人、义肢、物联网以及不规则表面上的人机界面开辟新的道路。
Li Yang. et al. Self-healing, Reconfigurable, Thermal-switching, Transformative Electronics for Health Monitoring. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202207742https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.20220774210. AEM：超薄非对称固体聚合物电解质实现宽温高压锂金属电池非常需要能够与高压阴极相容的固体电解质来增加固体锂金属电池(SLMBs)的能量密度。然而，由于其有限的内能隙，没有一种单相聚合物或陶瓷实例能够同时表现出强的电化学稳定性和合理的锂相容性。中科院过程所张锁江院士和Haitao Zhang等提出了一种新型的具有定制Li+传输机制的不对称固体聚合物电解质(AMSE)。它由高压层(HVL、聚丙烯腈/离子液体[IL])和锂兼容层(LCL、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)/UiO-66-SO3Li)组成。1）该HVL通过引入离子液体表现出车载型Li+传输机制，这实现了优异的电化学稳定性和降低的界面电阻。由于阴离子与UiO-66-SO3Li之间的络合作用，在LCL实现了结构扩散机制，实现了仿生离子通道中的准单离子迁移。COMSOL-Multiphysics证实，所提出的不对称构型，结合传输机制，导致电解质中电势和Li+的梯度分布，从而实现稳定的Li+通量。2）基于AMSE的SLMBs和按比例放大的软包电池在4.3 V下从室温(Li/LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2，3.27 mAh cm-2)到100°C表现出显著的循环稳定性。促进传输机制的策略有望为设计具有高能量密度的下一代SLMBs提供新的途径。
Yao, M., Ruan, Q., Pan, S., Zhang, H., Zhang, S., An Ultrathin Asymmetric Solid Polymer Electrolyte with Intensified Ion Transport Regulated by Biomimetic Channels Enabling Wide-Temperature High-Voltage Lithium-Metal Battery. Adv. Energy Mater. 2023, 2203640.DOI: 10.1002/aenm.202203640https://doi.org/10.1002/aenm.202203640
11. ACS Nano：用于评估身体体温调节和皮肤屏障功能的皮肤界面超疏水隐形汗液传感器
监测出汗率对于估计出汗量和准确测量感兴趣的生物标志物至关重要。尽管已经开发出各种光学或电子传感器来监测显汗率，但与体温调节和皮肤屏障功能直接相关的无显汗率的量化仍然是一个挑战。近日，宾夕法尼亚州立大学Huanyu Cheng，湘潭大学Xiufeng Wang介绍了一种基于聚丙烯酸钠/MXene 复合材料的超疏水汗液传感器，该复合材料夹在两个超疏水织物层之间，以高灵敏度和快速响应的方式连续测量来自无意识汗液的汗液。1）多孔薄基板上的超疏水织物具有较低的刚度和出色的透气性，允许汗水蒸气渗透，同时防止传感器受到外部水滴和内部显汗的影响。2）将无感汗水传感器与灵活的无线通信和供电模块相结合，进一步产生了一个独立的传感系统，可以在不同的应用场景中持续监测不同身体部位的无感汗水率。3）对人类受试者的概念验证演示展示了持续评估身体的体温调节和皮肤屏障功能以评估热舒适度、疾病状况和神经系统活动的可行性。这项工作中的结果还提供了一个低成本的设备平台来检测汗液（蒸汽）中其他与健康相关的生物标志物，作为用于智能医疗和个性化医疗的下一代汗液传感器。
Yangchengyi Liu, et al, Skin-Interfaced Superhydrophobic Insensible Sweat Sensors for Evaluating Body Thermoregulation and Skin Barrier Functions, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c11267https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11267
12. ACS Nano：在孤立的 Ru 位点上选择性 NOx− 电还原为氨
硝酸盐和亚硝酸盐 (NOx−) 是工业废水和地下水中普遍存在的污染物。通过 NOx- 电还原生产可持续的氨 (NH3) 为能源密集型工业化 Haber-Bosch 工艺提供了一种有前途的替代方案。然而，选择性地调节涉及复杂电子/质子转移的反应途径，以产生 NH3 依赖于坚固的催化剂。近日，圣地亚哥州立大学Jing Gu，武汉大学Xiangheng Xiao受 Sabatier 原理的启发，Ru 位于 Haber-Bosch NH3 合成火山的火山图顶部，证明了负载在氮化碳上的原子分散的 Ru 位点（Ru SA-NC）表现出令人印象深刻的活性和 NH3 选择性硝酸盐和亚硝酸盐在碱性条件下均被还原。1）Ru SA-NC 催化剂在 -0.6 和 -0.4 V vs RHE 时对 NH3 的最大法拉第效率分别为 97.8%（NO2-还原）和 72.8%（NO3-还原），显着高于 Ru 纳米粒子。2）密度泛函理论 (DFT) 计算表明，潜在限速步骤的 *NO → *NOH 过程更容易发生在孤立的 Ru 位点上。
Zunjian Ke, et al, Selective NOx− Electroreduction to Ammonia on Isolated Ru Sites, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c09691https://doi.org/10.1021/acsnano.2c09691
