1. Chem. Soc. Rev.：镁：新材料合成和能源应用的特性和丰富的化学成分
镁 (Mg) 具有许多独特的特性，适用于能量转换和存储领域的应用。这些领域目前依靠贵金属来实现高效性能。然而，除其他挑战外，贵金属的自然丰度较低，这削弱了它们的可持续性。 Mg 具有高负标准还原电位和独特的晶体结构，其低熔点（650 °C）使其成为各种能源应用中替代或补充众多其他金属的良好候选者。这些吸引人的特性特别有助于改善能源系统中材料的性能和限制。然而，尽管最近的研究报告了镁在合成新结构和改变材料化学性质方面的关键作用，但人们对镁及其实际用途的了解仍然有限。目前，关于镁化学的信息比较零散，没有任何有条理的报道。近日，大邱庆北科学技术院Jong-Sung Yu全面概述了镁的物理化学性质及其材料合成和改性的发展，并进一步总结化学相互作用所涉及的重要性质和意义，特别是在能源应用中。综述的目标和范围是阐述镁的独特特性以及如何在材料合成和应用中有益地利用这些特性。通过这次审查，旨在为镁化学的进一步发展创造一个里程碑。1）综述重点介绍了镁的化学性质及其在电催化、光催化和二次电池等能源应用中的用途。2）作者进一步讨论了镁基材料发展的未来前景，以确定需要应对的挑战。这篇综述将为寻求设计具有独特性能的新型纳米材料的研究人员奠定镁化学的基础。此外，本综述非常重要且及时，将迄今为止对镁所做的工作汇总在一篇综合文章中，为镁化学的新发展铺平了道路。
Cheol-Hwan Shin, et al, Magnesium: properties and rich chemistry for new material synthesis and energy applications, Chem. Soc. Rev., 2023https://doi.org/10.1039/d2cs00810f
2. Chem. Soc. Rev.：纳米孔：从 DNA 测序到工业过滤的协同作用——小孔产生大影响
薄膜中的纳米孔在科学和工业中发挥着重要作用。单纳米孔在便携式 DNA 测序和理解纳米级传输方面取得了重大进展，而多孔膜则促进了食品加工以及水和药物的纯化。尽管统一使用纳米孔，但单纳米孔和多孔膜的领域在材料、制造、分析和应用方面存在不同程度的差异。这种部分脱节阻碍了科学进步，因为重要的挑战最好是一起解决。这一观点表明这两个领域之间的协同串扰如何在基本理解和先进膜的开发方面提供相当大的互惠互利。近日，加州大学尔湾分校Zuzanna S. Siwy，圣母大学Merlin L. Bruening，伦敦大学学院Stefan Howorka综述了单纳米孔和多孔膜的研究进展。1）作者首先描述主要区别，包括单孔的原子定义与多孔膜中定义较少的管道相比。2）作者概述了改善这两个领域之间沟通的步骤，例如协调运输和选择性的测量和建模。由此产生的见解有望改进多孔膜的合理设计。3）作者总结了其他发展的前景，这些发展可以通过这两个领域的合作来最好地实现，以促进对纳米孔中传输的理解，并创建为传感、过滤和其他应用量身定制的下一代多孔膜。
Zuzanna S. Siwy, et al, Nanopores: synergy from DNA sequencing to industrial filtration – small holes with big impact, Chem. Soc. Rev., 2023https://doi.org/10.1039/d2cs00894g
3. Chem. Rev.: 用于固体-气体反应的金属-有机框架
存在独立金属位点的金属-有机框架（MOF）可以用作固体-气体反应的催化剂。近日，麻省理工学院Mircea Dincǎ对用于固体-气体反应的金属-有机框架进行了综述研究。1) 因为MOF可以通过分子合成途径进行调控，使其在化学上类似于分子催化剂。然而，它们是固态材料，因此用作特殊的固体分子催化剂，并且其在气相反应应用中表现出色，从而与在溶液相中大量使用的均相催化剂形成对比。为此，作者系统回顾了多孔固体气相反应理论，并讨论了其关键的气固反应。2) 作者综述研究了受限孔内扩散理论，吸附物的富集，即MOF可赋予吸附物的溶剂化球类型，在没有溶剂的情况下酸碱度的定义，反应中间体的稳定，以及缺陷位点的生成和表征。作者还广泛讨论了关键催化反应，其中包括还原反应（烯烃氢化、半氢化和选择性催化还原）、氧化反应（碳氢化合物氧化、氧化脱氢和一氧化碳氧化）和C–C键形成反应（烯烃二聚/聚合、异构化和羰基化反应）。
Andrei Iliescu, et al. Conceptual and Practical Aspects of Metal–Organic Frameworks for Solid–Gas Reactions. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00537https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00537
4. Angew：18-冠-6 醚添加剂促进锂盐解离用于高性能锂-氧电池的稀电解质
锂-氧电池 (LOB) 以其高能量密度而闻名。然而，由于缓慢的氧还原/放出反应（ORR/OER）动力学、严重的副反应和不可控的锂枝晶生长，它们的可逆性和倍率性能受到挑战。电解质在 LOB 中的Li+和活性氧的传输中起着关键作用。近日，北京理工大学陈人杰教授通过基于 1 M LiClO4/二甲基亚砜 (DMSO) 电解质筛选合适尺寸的冠醚添加剂，提出了一种稀释电解质。1）研究发现大尺寸 18C6 添加剂通过静电相互作用促进锂盐解离和 Li+溶剂化，提高离子电导率并拓宽电解质的电化学稳定性。因此，由 18C6 调节的电解质溶剂化结构触发了溶液介导的环形 Li2O2 形成的生长机制，抑制了电池内部与 H提取相关的副反应，并促进了阴离子衍生的 SEI 和无枝晶 Li 负极的形成。2）设计的 LOB 表现出高放电比容量 (10828.8 mAh gcarbon-1)、增强的 OER/ORR 动力学、改进的循环稳定性（在 400 mA gcarbon-1 的电流密度下超过 128 个循环，容量为 1000 mAh gcarbon-1 )。此外，由不可控的副反应引起的气体产生得到显着抑制。这项工作将促进有效的电解质设计，并提供一种低成本的策略来提高 LOB 的电化学性能。
Fengling Zhang, et al, Lithium Salt Dissociation Promoted by 18-Crown-6 Ether Additive toward Dilute Electrolytes for High Performance Lithium Oxygen Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301772DOI: 10.1002/anie.202301772https://doi.org/10.1002/anie.202301772
5. Angew：具有可扩展合成和最佳吸附和解吸的稳健金属有机框架用于节能乙烯纯化
吸附分离是一种节能的替代方法，但其发展受到工业潜在吸附剂开发挑战的阻碍。在此，浙江大学邢华斌教授，Lifeng Yang，中国石油天然气集团公司Shengbao He设计了一种新型超微孔金属有机骨架 ZU-901，它满足乙烯/乙烷 (C2H4/C2H6) 变压吸附 (PSA) 提出的基本标准。1）ZU-901 呈现“S”形 C2H4曲线，具有高吸附剂选择参数 (65)，并且可以温和再生。2）通过绿色水相合成，ZU901 易于扩展，收率为 99%，在水、酸、碱溶液和循环突破实验中稳定。3）通过模拟双床PSA工艺可以得到聚合级C2H4(99.51%)，相应的能耗仅为模拟深冷精馏的1/10。研究工作证明了孔隙工程在设计具有所需吸附和解吸行为的多孔材料以实施有效的 PSA 过程方面的巨大潜力。
Cong Yu, et al, A Robust Metal-Organic Framework with Scalable Synthesis and Optimal Adsorption and Desorption for Energy-Efficient Ethylene Purification, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218027DOI: 10.1002/anie.202218027https://doi.org/10.1002/anie.202218027
6. Angew：分子工程增强超快光点击反应的反应性和选择性
光诱导的 9,10-菲醌富电子烯烃 (PQ-ERA) 光环加成是一种极具吸引力的新型光点击反应，具有快速转化和高生物相容性的特点。然而，迄今为止，几乎没有研究过反应的可调性。为此，诺奖得主格罗宁根大学伯纳德·L·费林加教授，Wiktor Szymanski探讨了取代基对反应伙伴的影响以及 PQ 和 ERA 之间的反应速率。1）研究人员确定了功能化的新方法，并发现使用烯胺作为 ERA 可显着提高速率（快 5400 倍以上）、高光反应量子产率（ΦP，高达 65%）、多色发射输出以及高荧光量子产率加合物 (ΦF, 高达 97%)。2）对光物理和光化学特性的进一步研究提供了在溶液中和纳米颗粒表面设计正交反应系统的见解，以通过光点击进行超快化学选择性功能化。
Youxin Fu, et al, Molecular engineering to enhance reactivity and selectivity in an ultrafast photoclick reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218203DOI: 10.1002/anie.202218203https://doi.org/10.1002/anie.202218203
7. Angew：在中等温度下使用单相分子前驱体合成 BaZrS3 和 BaHfS3 硫族化物钙钛矿薄膜
硫族化物钙钛矿由于其出色的预测光电性能和稳定性而在半导体器件中的应用引起了人们的兴趣。然而，高合成温度历来使这些材料与光伏设备的创建不相容。在这里，普渡大学Rakesh Agrawal，Suzanne C. Bart展示了在 575 °C 的硫化温度和短至一小时的硫化时间下，使用单相分子前体溶液处理合成发光 BaZrS3 和 BaHfS3 硫族化物钙钛矿薄膜。1）这些分子前体墨水是使用已知的二硫化碳插入化学合成的，以产生第 4 族金属二硫代氨基甲酸盐，并且这种化学被扩展以产生以前从未报道过的物种，例如二硫代羧酸钡。这些发现，加上未来的研究，有可能产生用于各种光电应用的完全溶液处理的硫族化物钙钛矿薄膜。
Apurva A. Pradhan, et al, Synthesis of BaZrS3 and BaHfS3 Chalcogenide Perovskite Films Using Single-Phase Molecular Precursors at Moderate Temperatures, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301049DOI: 10.1002/anie.202301049https://doi.org/10.1002/anie.202301049
8. AEM: 稳定24.83%效率钙钛矿太阳能电池的二维籽晶定向工程
有机-无机混合钙钛矿太阳能电池（PSC）是一种极具潜力的光伏技术，已得到科研工作者的广泛研究，其中钙钛矿膜的取向对功率转换效率（PCE）和稳定性起着至关重要的作用。近日，中国科学院刘生忠、陕西师范大学刘治科报道了稳定24.83%效率钙钛矿太阳能电池的二维籽晶定向工程。1) 作者开发了一种种子介导方法，即以原位生长一层2D钙钛矿种子，并在其顶部用于外延生长3D钙钛矿，以构建高质量的2D/3D异质结。作者发现外延3D钙钛矿膜具有[112]方向，这不同于具有[001]取向的传统钙钛矿。2) 定向钙钛矿膜由低缺陷密度、长电荷载流子寿命和良好稳定性的大尺寸晶粒组成，其在PSCs中的效率高达24.83%。此外，该器件在环境、热和连续光均热条件下具有极高的稳定性。该工作为获得具有可调取向的高质量钙钛矿膜提供了一种有效的策略，并同时提高PSC的效率和稳定性。
Wenjing Zhao, et al. Orientation Engineering via 2D Seeding for Stable 24.83% Efficiency Perovskite Solar Cells. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202204260https://doi.org/10.1002/aenm.202204260
9. AEM: 12µm厚烧结石榴石陶瓷骨架实现高能量密度固态锂金属电池
超薄复合固态电解质（CSSE）由于其超薄的厚度和对锂金属阳极的良好适应性，使其在高能量密度固态电池中具有巨大应用前景。然而，由于无机粉末的聚集而导致的枝晶生长和性能恶化限制了超薄CSSE的实际应用。近日，中国科学院温兆银利用12µm厚烧结石榴石陶瓷骨架实现高能量密度固态锂金属电池。1) 作者通过铸造方法制备了柔性自支撑Li6.5La3Zr1.5Ta0.5O12（LLZO）陶瓷骨架。随后，通过在陶瓷骨架（CS-CSSE）中对乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（ETPTA）进行原位UV固化，实现了具有3D互连结构的12µm厚CSSE。该设计包括烧结LLZO陶瓷，其可以避免无机相的不均匀分布并调节离子迁移。同时，交联的ETPTA聚合物电解质有助于降低界面阻抗。此外，连续两相界面还可以为Li+提供快速传输通道。2) CS-CSSE在25°C时具有优异的Li+迁移数（0.83）和离子电导率（1.19×10-3 S cm-1）。所制备的Li|LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2电池在0.1C下具有185.4mAh g-1的高放电比容量，平均库仑效率大于99%。相应的软包电池具有376 Wh Kg-1和1186 Wh L-1的高能量密度。
Chengshuai Bao, et al. 12 µm-Thick Sintered Garnet Ceramic Skeleton Enabling High-Energy-Density Solid-State Lithium Metal Batteries. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202204028https://doi.org/10.1002/aenm.202204028
10. ACS Nano：用于高效光催化的等离子体纳米结构的活性位点工程
等离激元纳米结构在光催化方面显示出巨大的潜力，因为它们具有与可调谐光响应和强光-物质相互作用相关的独特光化学特性。考虑到典型等离激元金属的内在活性较差，引入高活性位点对于充分利用等离激元纳米结构在光催化中的潜力至关重要。近日，新加披科学技术研究局Zibiao Li，Xian Jun Loh，Enyi Ye，中科大熊宇杰教授综述了具有增强光催化性能的活性位点工程等离子体纳米结构，其中活性位点分为四种类型（即金属位点、缺陷位点、配体接枝位点和界面位点）。1）在简要介绍材料合成和表征方法后，详细讨论了光催化中活性位点和等离子体纳米结构之间的协同作用。活性位点可以促进等离子体金属收集的太阳能以局部电磁场、热载流子和光热加热的形式耦合到催化反应。此外，有效的能量耦合可能通过促进反应物的激发态形成、改变活性位点的状态以及使用光激发等离子体金属创建额外的活性位点来调节反应途径。2）随后，总结了活性位点工程等离子体纳米结构在新兴光催化反应中的应用。3）最后有挑战和未来机遇进行了总结和展望。本综述旨在从活性位点的角度对等离子体光催化提供一些见解，加速高性能等离子体光催化剂的发现。
Wenbin Jiang, et al, te Engineering on Plasmonic anostructures for Efficient Photocatalysis, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c12314https://doi.org/10.1021/acsnano.2c1231411. ACS Nano：多组分空心金属硫族化物纳米粒子的形态工程空心金属硫族化物纳米粒子广泛应用于环境和能源相关过程。在此，美国西北大学Chad A. Mirkin通过将扫描探针嵌段共聚物光刻与基于柯肯德尔效应的硫化工艺相结合，合成了这种具有较大组成和形态多样性的颗粒。1）研究人员探索了温度依赖性扩散动力学、元素组成和混溶性以及相界对所得粒子形态的影响。具体来说，因为 Co 和 Ni 表现出相似的扩散速率，CoNi 合金在探索的合成条件下形成单壳硫化物，而由于Cu 和Ni具有不同的扩散速率，CuNi 合金形成具有各种形态（卵黄壳、双壳和单壳）的硫化物。相反，Co-Cu 异二聚体形成中空异质结构硫化物，其空隙数和位置取决于合成温度和相界。2）在更高的温度下，CoS2 和 CuS 的混溶性增加使得异质结构在能量上有利于采用单一合金壳形态，这可以使用基于密度泛函理论的计算进行合理化。
Bo Shen, et al, Morphology Engineering in Multicomponent Hollow Metal Chalcogenide Nanoparticles, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c10667https://doi.org/10.1021/acsnano.2c1066712. ACS Nano：不对称三元桥接位点用于选择性CO2光还原制乙酸酯CO2 的光还原是合成增值燃料或化学品并实现碳中和的有前途的策略。很少报道非铜催化剂生成 C2 产物，并且对这些催化剂的选择性很低。在这里，同济大学Zuofeng Chen设计了富界面、异质结构的 In2O3/InP (r-In2O3/InP)，用于极具竞争力的光催化 CO2 到 CH3COOH 转化，产率为 96.7 μmol g-1，选择性 > 96%，同时水氧化成 O2可见光照射下的纯水（无牺牲剂）。1）硬 X 射线吸收近边结构 (XANES) 表明，r-In2O3/InP 与同源阳离子的形成通过界面工程调节配位环境，并在界面处形成 O−In−P 极化位点。2）原位 FT-IR 和拉曼光谱鉴定了 OCCO* 的关键中间体，用于以高选择性生产乙酸盐。3）密度泛函理论 (DFT) 计算表明，由于两个碳原子的吸附能不平衡，具有丰富 O−In−P 极化位点的 r-In2O3/InP 促进了 C−C 耦合形成 C2 产物。这项工作报告了一种有趣的铟基光催化剂，用于在严格的溶液和辐照条件下将 CO2 选择性光还原为乙酸盐，并为制造界面极化位点以促进该过程提供了重要见解。
Shuaiqi Gong, et al, Selective CO2 Photoreduction to Acetate at Asymmetric Ternary Bridging Sites, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c11977https://doi.org/10.1021/acsnano.2c11977
