1. Science Advances：用于人工光合作用的纳米线光化学二极管  

人工光合作用可以通过将水或二氧化碳等小分子转化为有用的燃料，为我们当前的能源需求提供解决方案。这可以使用光化学二极管来实现，该二极管将两个互补的光吸收器与合适的电催化剂连接起来。纳米线半导体在光吸收和催化活性方面具有独特的优势，但需要很好的控制才能将它们集成到整体燃料生产中。近日，加州大学伯克利分校杨培东院士回顾了过去二十年纳米线光电化学 (PEC) 的进展，揭示了构建这些纳米线光化学二极管的设计原则。

本文要点：

1）作者讨论了纳米线光电极方面的最新进展，重点关注性能、光电压、电子能带结构和催化之间的相互作用。重点放在整体系统集成和半导体-催化剂界面上，这适用于无机、有机或生物催化剂。

2）作者最后强调了可能改善纳米线 PEC 系统范围的进一步方向。

Virgil Andrei, et al, Nanowire photochemical diodes for artificial photosynthesis, Sci. Adv. 9, eade9044 (2023)

DOI: 10.1126/sciadv.ade9044

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade9044

2. Science Advances：用于制造逐层单分子开关的范德瓦尔斯异质结策略  

单分子电子学为电子设备的小型化提供了独特的策略。然而，现有的实验仅限于传统的分子连接，其中分子通过连接器锚定到电极对。对于这种棒状结构，装置的最小尺寸由分子的长度决定。近日，厦门大学Yang Yang通过将单个分子与两个单层石墨烯电极结合，我们制造了称为单分子二维范德瓦尔斯异质结（M-2D-vdWHs）的逐层单分子异质结，其尺寸为由分子的厚度定义。

本文要点：

1）通过施加的电场控制了 M-2D-vdWH 的构象和通过它们的跨平面电荷传输，并确定它们可以用作可逆开关。

2）结果表明，由单层 2D 材料和单个分子堆叠而成的 M-2D-vdWHs 可以响应电场刺激，这有望制造出尺寸空前的各种单分子器件。

Yu-Ling Zou, et al, A van der Waals heterojunction strategy to fabricate layer-by-layer single-molecule switch, Sci. Adv. 9, eadf0425 (2023)

DOI: 10.1126/sciadv.adf0425

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adf0425

3. Science Advances：自下而上合成具有垂直排列有序微孔的二维碳用于超快纳滤  

穿有均匀微孔的二维 (2D) 碳材料被认为是制造用于分子分离和具有高速率能力的能量存储设备的先进膜的理想构建块。然而，使用传统穿孔方法在二维碳中创建高密度均匀微孔仍然是一项艰巨的挑战。近日，韩国科学技术院Minkee Choi报道了有序微孔二维碳的沸石模板自下而上合成。

本文要点：

1）研究人员通过对255种沸石结构的合理分析，发现具有大二维微孔通道和铝硅酸盐成分的IWV沸石可以作为碳复制的理想模板。

2）由此产生的碳由极薄的聚芳烃主链制成，并包含明确定义的垂直排列的微孔（直径为 0.69 nm）。其面孔密度 (0.70 nm⁻²) 远大于使用自上而下穿孔法制备的多孔石墨烯 (<0.05 nm⁻²)。

3）通过组装剥离的二维碳纳米片制成的等孔膜在有机溶剂纳滤中表现出出色的渗透和分子筛性能。

Chaehoon Kim, et al, Bottom-up synthesis of two-dimensional carbon with vertically aligned ordered micropores for ultrafast nanofiltration, Sci. Adv. 9, eade7871 (2023)

DOI: 10.1126/sciadv.ade7871

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade7871

4. Science Advances：用于温度和长波红外传感的柔性仿生嵌段共聚物复合材料  

生物化合物通常为推进材料设计提供线索。在人造材料中复制它们的分子结构和功能基序，为实现前所未有的功能提供了蓝图。在这里，加州理工学院Chiara Daraio报告了一种灵活的仿生热传感 (BTS) 聚合物，旨在模拟植物细胞壁成分果胶的离子传输动力学。

本文要点：

1）研究人员使用简单而通用的合成程序，通过在嵌段共聚物结构中插入弹性片段来设计聚合物的物理化学性质，使其具有柔韧性和可拉伸性。

2）柔性聚合物的热响应比目前最先进的温度传感材料（包括氧化钒）高出两个数量级。

3）由这些复合材料制成的热传感器表现出超过 10 mK 的灵敏度，并且即使在反复的机械变形下也能在 15° 至 55°C 之间稳定运行。研究人员展示了在二维阵列中使用我们的柔性 BTS 聚合物进行时空温度映射和宽带红外光电检测。

Tae Hyun Kim, et al, Flexible biomimetic block copolymer composite for temperature and long-wave infrared sensing, Sci. Adv. 9, eade0423 (2023)

DOI: 10.1126/sciadv.ade0423

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade0423

5. Nature Communications：Pt诱导的准晶态高熵合金原子能级剪裁  

在金刚石系统中实现的准晶态为探索非晶态和晶态之间缺失的联系提供了方向，然而，在合金系统中以受控方式达到这种状态仍然具有挑战性。鉴于此，来自吉林大学的Weitao Zheng，吉林大学Kan Zhang和Mao Wen等人基于高熵合金（HEA）中巨大的组成空间和复杂的原子相互作用，提出了一种“原子级剪裁”策略来创建副晶HEA。

文章要点：

1) 该研究表明，添加了具有大且负的混合焓的原子级Pt会导致Pt原子周围的局部原子重排，以实现目标明确的局部非晶化，这在原子级上将严重扭曲的Zr-Nb-Hf-Ta-Mo-HEA晶体分离成高密度的MRO基元；

2) 此外，副晶HEA展现出了高硬度（16.6 GPa）和高屈服强度（8.37 GPa），并通过纳米级剪切带和纳米化模式发生变形，HEA中的这种焓引导策略可以提供原子级裁剪能力，以实现有目的地调节结构特征和理想的性能。

He, X., Zhang, Y., Gu, X. et al. Pt-induced atomic-level tailoring towards paracrystalline high-entropy alloy. Nat Commun 14, 775 (2023).

DOI: 10.1038/s41467-023-36423-1

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36423-1

6. EES: 单原子硫实现高性能K离子电池阳极表面储钾  

由于K离子的体积大、质量重，使得为K离子电池（KIB）寻找具有优异性能的可靠阳极仍极具挑战。近日，暨南大学宾德善、中国科学院曹安民利用单原子硫实现高性能K离子电池阳极表面储钾。

本文要点：

1) 高容量钾储存会导致电极严重的体积膨胀和不稳定性升高，作者利用单原子硫复合物作为高性能KIB阳极，其实现了高容量、可靠循环性和优异速率的组合。通过所选前体的简单低温热解，可以将高含量（~32wt%）单原子硫共价键合到多壳中空纳米球的碳晶格中。

2) 单原子硫的优异氧化还原反应活性以及所得S/C复合材料的多孔结构不仅可以实现表面的快速钾储存，还可以确保其结构稳定性，从而实现高比容量、优异的速率和循环稳定性。该工作为设计高性能硫基电极提供了新视角。

Yang Guozhan, et al. Surface-Dominated Potassium Storage Enabled by Single-Atomic Sulfur for High-Performance K-Ion Battery Anode. EES 2023

DOI: 10.1039/D3EE00073G

https://doi.org/10.1039/D3EE00073G

7. Angew：用于钠离子电池的具有可逆 3.2 电子氧化还原反应的高能 NASICON 型 Na_3.2MnTi_0.8V_0.2(PO₄)₃ 正极材料  

Na 超离子导体 (NASICON) 结构的正极材料具有强大的结构稳定性和大的 Na⁺扩散通道，引起了人们对钠离子电池 (SIB) 的极大兴趣。然而，大多数 NASICON 型正极材料表现出每个配方不超过三个电子的氧化还原反应，这严格限制了容量和能量密度。近日，武汉理工大学麦立强教授，Liang Zhou合理设计了一系列具有多电子氧化还原反应的NASICON型正极材料(Na_3+xMnTi_1-xV_x(PO₄)₃, x = 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 1)。

本文要点：

1）优化的材料 Na_3.2MnTi_0.8V_0.2(PO₄)₃ (NMTVP-0.2) 展示了来自 Ti^3+/4+、V^3+/4+、Mn^2+/3+、Mn^3+/4+ 和 V⁴⁺ 的 3.2 电子氧化还原反应/5+ 氧化还原对，导致高放电容量 (172.5 mAh g^-1) 和超高能量密度 (527.2 Wh kg^-1)。

这一贡献揭示了用于高能 SIB 的具有多电子氧化还原反应的 NASICON 型正极材料的合理构造。

Ping Hu, et al, A High-Energy NASICON-Type Na_3.2MnTi_0.8V_0.2(PO₄)₃ Cathode Material with Reversible 3.2-Electron Redox Reaction for Sodium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202219304

DOI: 10.1002/anie.202219304

https://doi.org/10.1002/anie.202219304

8. Angew：用于水下/空气微精密照明和传感的类两栖动物柔性有机晶体光纤  

水下通信和传感技术非常需要具有水下操作能力的可见光导光纤。在此，海得拉巴大学Rajadurai Chandrasekar提出具有高纵横比的机械柔性蓝紫色荧光（4,4'-双（2,6-二（1Hpyrazol-1-基）吡啶-4-基）联苯）(BPP) 晶体波导。

本文要点：

1）这些毫米长的 BPP 晶体在环境和水下条件下主动和被动地引导光线，展示了它们类似两栖动物的特性。

2）由于晶体的高度灵活性，光纤在淹没和环境状态下的输出光方向可以机械改变，用于高精度照明和传感应用。

这种作为传感材料的多环境兼容和机械柔性有机光纤的发展为短程水下光子技术提供了巨大的潜力。

Avulu Vinod Kumar, et al, Amphibian-like Flexible Organic Crystal Optical Fibers for Underwater/Air Micro-Precision Lighting and Sensing, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300046

DOI: 10.1002/anie.202300046

https://doi.org/10.1002/anie.202300046

9. Angew：通过后质子化增强 2D π-共轭联吡啶基共价有机骨架的可见光驱动的析氢活性  

光催化制氢 (H₂) 代表了一种有前途且可持续的技术。基于共价有机框架（COF）的光催化剂受到越来越多的关注。在此，北京理工大学王博教授，Pengfei Li制造了具有专用设计活性位点的二维完全共轭乙烯连接的 COF（BTT-BPy-COF）。

本文要点：

1）引入的联吡啶位点使一种简便的质子化后策略能够微调活性位点，从而显着提高电荷分离效率并协同增加孔道中的亲水性。

2）在调节质子化程度后，最佳 BTT-BPy-PCOF 在可见光下表现出 15.8 mmol g^-1 h^-1 的显著产氢速率，超过联苯基 COF 6 倍。

3）通过使用不同类型的酸，后质子化被证明是促进光催化产氢的潜在通用策略。该策略将为高效有机半导体光催化剂的设计提供重要指导。

Lu Dai, et al, Enhancement of Visible-Light-Driven Hydrogen Evolution Activity of 2D π-Conjugated Bipyridine-Based Covalent Organic Frameworks via Post-Protonation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300224

DOI: 10.1002/anie.202300224

https://doi.org/10.1002/anie.202300224

10. AM：纳米团簇的原子精确杂原子核裁剪以增强太阳能制氢  

虽然核壳纳米材料非常适合实现增强的光学和催化性能，但它们在原子水平控制下的合成具有挑战性。在这里，韩国基础科学研究所Megalamane S. Bootharaju，Taeghwan Hyeon，厦门大学郑南峰，首尔大学Jong Suk Yoo展示了 [Au₁₂Ag₃₂(SePh)₃₀]^4― 的合成和晶体结构，这是第一个硒化 Au-Ag 核壳纳米团簇的例子，它包含一个金二十面体核，被困在银十二面体中，由 Ag₁₂(SePh) ₃₀壳。

本文要点：

1）Au核强烈改变了整体电子结构并产生协同效应，导致稳定性和近红外 II 光致发光的高度增强。Au₁₂Ag₃₂ 及其同金属类似物 Ag₄₄ 与 TiO₂ 的氧空位表现出强烈的相互作用，促进了光催化的界面电荷转移。

2）事实上，Au₁₂Ag₃₂/TiO₂ 表现出显着的太阳能 H₂ 产量（6810 µmol g-1 h-1），分别比 Ag₄₄/TiO₂ 和 TiO₂ 高约 6.2 倍和约 37.8 倍。良好的稳定性和可回收性以及最小的催化活性损失是 Au₁₂Ag₃₂/TiO₂ 的附加特性。

3）实验和计算结果表明，Au₁₂Ag₃₂ 具有良好的电子结构，可作为一种有效的助催化剂，该电子结构与 TiO₂ 带对齐，由于 Au₁₂ 核带负电荷，可增强光生载流子的分离。

该研究将推动揭示其他纳米团簇的结构-催化活性关系。

Megalamane S. Bootharaju, et al, Atom-precise heteroatom core-tailoring of nanoclusters for enhanced solar hydrogen generation, Adv. Mater., 2023

DOI: 10.1002/adma.202207765.

https://doi.org/10.1002/adma.202207765

11. AM：使用商品聚丙烯增材制造碳  

碳材料对现代社会的发展至关重要，在储能和高性能复合材料等各种应用中不可或缺。尽管取得了很大进展，但控制三维 (3D) 宏观配置的按需碳制造仍然是一个棘手的挑战，阻碍了它们在许多需要结构化材料和产品的领域的直接使用。近日，南密西西比大学Zhe Qiang介绍了一种简单且可扩展的方法，可以使用易于获取的材料和技术生成复杂的大规模碳结构。

本文要点：

1）3D 打印的商业聚丙烯 (PP) 部件可以通过促进裂化的扩散和交联来实现热稳定。研究发现，厚 PP 部件通过随后的热解步骤可以生产具有复杂结构的碳质产品。实现 PP 到碳转化的方法具有一致的产品产量和可控的尺寸收缩。

2）在优化的加工条件下，这些 PP 衍生的碳表现出强大的机械性能和出色的焦耳加热性能，这通过它们作为加热元件的多功能用途得到证明。此外，该工艺可以扩展到回收 PP，从而将废塑料材料转化为增值产品。

这项工作提供了一种创新的方法来创建结构化碳材料，可以直接访问复杂的几何形状，这可以改变许多重要的技术应用并广泛受益。

Paul Smith, et al, Additive Manufacturing of Carbon using Commodity Polypropylene, Adv. Mater., 2023

DOI: 10.1002/adma.202208029

https://doi.org/10.1002/adma.202208029

12. AM：通过降低共轭主链单元的中心对称性，本征可拉伸聚合物半导体具有良好的延展性和高电荷迁移率  

本质上可拉伸的聚合物半导体对柔性电子产品要求很高。然而，对于聚合物半导体来说，实现固有拉伸性和电荷传输性能之间的协同作用仍然具有挑战性。近日，中科院化学所Deqing Zhang，Cheng Li通过将非中心对称螺[环烷烃- 1,9'-芴]（螺-芴）单元并入，将三元共聚物优化为具有良好延展性和高电荷迁移率的本征可拉伸聚合物半导体基于二酮吡咯并吡咯 (DPP) 的共轭聚合物的主链。

本文要点：

1）结果表明，与不含螺芴单元的母体 DPP 基共轭聚合物相比，这些三元共聚物表现出明显的高开裂应变，并且它们的拉伸模量显着降低。它们在 100% 应变下，甚至在 50% 应变下重复拉伸和释放循环 500 次后，同时表现出高电荷迁移率 (>1.0 cm2V-1s-1)。

2）三元共聚物 P2，其中环丙烷与螺 - 芴单元连接，是报道最充分的本征可拉伸聚合物半导体之一，即使在 150% 应变下，其迁移率也高达 3.1 cm2V-1s-1，重复后迁移率高达 1.4 cm2V-1s-1拉伸和释放循环1000次。

3）基于二维掠入射广角 X 射线散射 (GIWAXS) 和吸收光谱数据，主链中非中心对称螺 - 芴单元的随机存在导致薄膜结晶度降低。然而，相应的链间层状和 π-π 堆叠距离缩短，因为螺 - 芴单元不包含庞大的烷基链。

这些三元共聚物薄膜的这种微观结构同时满足了拉伸性和电荷迁移率的结构要求。

Xiaobo Yu, et al, Intrinsically Stretchable Polymer Semiconductors with Good Ductility and High Charge Mobility through Reducing the Central Symmetry of the Conjugated Backbone Units, Adv. Mater., 2023

DOI:10.1002/adma.202209896

https://doi.org/10.1002/adma.202210746