1. Chem. Soc. Rev.: CO2和含氮小分子的电化学碳氮耦合
基于大量小分子（如CO2和N2）的电化学C–N偶联反应作为合成有机氮化合物的一种新的“绿色合成策略”受到了越来越多的关注，该策略已广泛应用于有机合成、材料化学和生物化学。近日，浙江大学Hou Yang、新南威尔士大学新南威尔士大学Dai Liming对CO2和含氮小分子的电化学碳氮耦合进行了综述研究。1) 用于合成含C–N键的有机氮化合物的传统技术通常需要在高能耗和环境问题的苛刻条件下添加金属试剂或氧化剂。相反，电合成通过利用“电子”避免了使用其他还原剂或氧化剂，“电子”是最清洁的“试剂”，其可以减少副产物的产生，符合原子经济和绿色化学的理念。2) 作者对通过碳氮偶联反应从富含CO2和含氮小分子（N2、NO、NO2−、NO3−、NH3等）中电合成高附加值有机氮进行了全面综述。讨论了相关的基本概念、理论模型、新兴电催化剂和增值目标产品，以及当前的挑战和未来的机遇。该综述将大大增加科研工作者对电化学碳氮偶联反应的理解。
Xianyun Peng, et al. Electrochemical C–N coupling of CO2 and nitrogenous small molecules for the electrosynthesis of organonitrogen compounds. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00381C
2. Angew：通过量子点光催化直接 N-H 活化产生氮自由基用于合成芳胺
芳香胺是许多化学品、天然产物和药物的子结构，其用于合成芳香胺的 C-N 键的构建一直是学术界和工业界研究的重点近日，中科院理化技术研究所吴骊珠院士首次实现了在温和和氧化还原中性条件下直接从 N-H 键激活产生 N-自由基。1）在量子点 (QD) 的可见光照射下，原位生成的 N-自由基拦截还原的杂芳基腈/芳基卤化物以形成 C-N 键。2）一系列具有杂芳基腈/芳基卤化物的芳基和烷基胺表现出高效率、位点选择性和良好的官能团耐受性。3）此外，还实现了使用苄胺作为底物连续形成 C-C 和 C-N 键，产生 N-芳基-1,2-二胺并放出 H2。氧化还原中性条件、广泛的底物范围和 N-自由基形成的效率有利于有机合成。
Qi-Chao Gan, et al, Direct N–H Activation to Generate Nitrogen Radical for Arylamine Synthesis via Quantum Dots Photocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218391DOI: 10.1002/anie.202218391https://doi.org/10.1002/anie.202218391
3. Angew：用于生物质醛衍生物半氢化并同时增强功率输出的锌有机电池
发电和化学生产对于现代文明的可持续发展都至关重要。在这里，华东师范大学陈立松教授，中科院上硅所施剑林院士建立了一种新型双功能锌有机电池，用于同时提高一系列生物质醛衍生物的电能输出和半氢化，用于高附加值的化学合成。1）其中，典型的锌糠醛（FF）电池配备有铜箔负载边缘富集的铜纳米片作为阴极电催化剂（Cu NS/Cu 箔），提供最大电流密度和功率密度分别为 15 mA cm-2和2.00 mW cm-2，同时，产生高价值产品糠醛醇 (FAL)。2）Cu NS/Cu箔催化剂在以H2O为H源的FF半加氢反应中表现出~93.5%的转化率和~93.1%的选择性的优异电催化性能，并且在各种生物质醛衍生物半加氢反应中表现出令人印象深刻的性能。
Heng Xu, et al, Zn-Organic Batteries for the Semi-Hydrogenation of Biomass Aldehyderivatives and Concurrently Enhanced Power Output, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218603DOI: 10.1002/anie.202218603https://doi.org/10.1002/anie.202218603
4. Angew：通过电场和热场调节实现低温钾电池
在零下温度下运行的充电电池通常受到低温下缓慢的离子扩散和不均匀的电荷分布的限制。在这里，湖南大学鲁兵安教授，Caitian Gao，Yongmin He，天津大学Junwei Sha报道了电场和热场的策略，为钾金属电池 (PMB) 中的钾离子创造了快速均匀的沉积环境。1）调节是通过使用高度有序的一维纳米阵列电极实现的，该电极提供致密平坦的表面以均匀电场和高导热性以减少温度波动。2）该电极可实现 10 mAh cm-2 的高面容量。此外，研究人员揭示了钾成核对温度的依赖性。此外，。开发的全电池可以在 -20 C 下以超过 80% 的室温容量稳定运行。这些可观的表现表明这种策略是有效的，有望为 PMBs 的先进电极的合理设计提供指导。
Yanfang Liu, et al, Low-Temperature Potassium Batteries Enabled by Electric and Thermal Field Regulation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300016DOI：10.1002/anie.202300016https://doi.org/10.1002/anie.202300016
5. Angew：含氢化物的 2-电子 Pd/Cu 超原子作为高效电化学析氢催化剂
氢在燃料电池和太阳能燃料发电机等可持续能源技术中的应用引起了广泛关注。低成本氢源的创造仍然很困难。电催化析氢（HER）是迄今为止，获得可再生氢气的最有利方法。近日，台湾东华大学C. W. Liu，延世大学Dongil Lee，雷恩大学Jean-Yves Saillard通过[PdH2Cu14{S2P(OiPr)2}6(C≡CPh)6](PdH2Cu14)与三氟乙酸(TFA)反应，成功合成了一种含氢化物的双电子钯/铜合金，[PdHCu11{S2P(OiPr)2}6(C≡CPh)4] (PdHCu11) 和 [PdHCu12{S2P(OiPr)2}5{S2PO(OiPr)} (C≡CPh)4](PdHCu12)。1）X 射线衍射表明，PdHCu11 和 PdHCu12 核由一个中央 PdH 单元组成，分别封装在缺失顶点的 Cu11 立方八面体和完整的 Cu12 立方八面体中。2）DFT 计算表明 PdHCu11 和 PdHCu12 都可以被认为是轴向扭曲的双电子超级原子。3）PdHCu11 显示出出色的 HER 活性，这在金属纳米团簇中是前所未有的，起始电位为 –0.05 V（在 10 mA cm-2 时），Tafel 斜率为 40 mV dec-1，并且在 0.5 M H2SO4 中的 1000 个循环中具有一致的 HER 活性。4）研究表明，可及中央 Pd 位点是 HER 活性的关键，并可能为关联催化剂结构和 HER 活性提供重要指导。
Rhone P. Brocha Silalahi, et al, Hydride-containing 2-Electron Pd/Cu Superatoms as Catalysts for Efficient Electrochemical Hydrogen Evolution, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301272DOI: 10.1002/anie.202301272https://doi.org/10.1002/anie.202301272
6. Angew：低温液态金属催化剂中 Pt 掺杂剂对 Ga 位点的动态激活
Pt 浓度低至 1×10-4 atomic % 的液态 GaPt 催化剂最近被确定在温和反应条件下对甲醇和邻苯三酚的氧化具有高活性。然而，关于液态催化剂如何支持这些显着的活性改进，几乎一无所知。近日，奥克兰大学Nicola Gaston详细研究了液态金属催化剂催化作用的工作机理假设。在适当的环境下，持久的几何特征可以存在于液态中。Pt 掺杂剂可能不仅限于直接参与反应的催化作用，而是它的存在还可以使 Ga 原子具有催化活性。1）从头算分子动力学模拟（AIMD）用于探测 GaPt 系统的动力学，最初是孤立的，然后是在吸附物存在的情况下。2）研究了一系列电子和结构特征，这些特征可以阐明低 Pt 浓度的 GaPt 催化剂和纯 Ga 系统之间的反应性差异。
Stephanie Lambie, et al, Dynamic Activation of Ga Sites by Pt Dopant in Low-Temperature Liquid-Metal Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202219009DOI: 10.1002/anie.202219009https://doi.org/10.1002/anie.202219009
7. Angew: 锌离子电池水性电解质中同位素的界面和溶剂化化学
由于其低成本、易用性和安全性，水性电解质被视为电化学储能应用的有前途的组分。水系锌离子电池（ZIBs）具有优异的工业适应性和高能量密度等优点，近年来在水系储能技术中受到越来越多的研究。近日，伦敦大学学院Guanjie He将水的同位素 (EEI) 电化学效应引入锌离子电池 (ZIB) 电解质中，以应对严重副反应和大量析气的挑战。1）由于D2O中离子的低扩散性和强配位性，副反应的可能性降低，导致电化学稳定电位窗口更宽，pH变化更小，循环过程中氢氧化锌硫酸盐（ZHS）的生成更少。2）此外，研究证明，由于局部离子和分子浓度始终较低，D2O 消除了循环过程中结合水变化产生的不同 ZHS 相，从而在电极和电解质之间形成稳定的界面。3）采用基于 D2O 的电解质的全电池表现出更稳定的循环性能，在2 A g-1的电流密度下，在 0.8-2.0 V 的宽电压窗口下，1,000 次循环后显示出 ~100% 的可逆效率，以及3,000 次循环，正常电压窗口为 0.8-1.9 V。
Xuan Gao, et al, When It’s Heavier: Interfacial and Solvation Chemistry of Isotopes in Aqueous Electrolytes for Zn-ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300608DOI: 10.1002/anie.202300608https://doi.org/10.1002/anie.202300608
8. AM: 乙醇诱导的 Ni2+ 嵌入V2O5上的钴有机框架，以协同提高 3D 打印微型超级电容器的性能
具有高能量密度和优异机械强度的金属有机骨架（MOF）纳米复合材料的合成受到晶格匹配程度和晶体表面结构的限制。在这项研究中，扬州大学庞欢教授，南京信息工程大学Yizhou Zhang在五氧化二钒纳米线上均匀合成了十二面体 ZIF-67。此外，还研究了配位模式对乙醇中 ZIF-67 表面的影响。1）受益于 Ni2+、Co2+ 和 N 原子的不同配位能力，通过金属离子交换产生空间分离的表面活性位点。此外，Ni2+ 的 d8 电子构型与 ZIF-67 的三维 (3D) 结构之间的不相容性通过控制 Ni 掺杂量提供了空心结构的合成。2）研究人员使用 X 射线吸收精细结构分析证实了 NiCo-MOF@CoOOH@V2O5 纳米复合材料的形成。3）通过制造 3D 打印的微型超级电容器来说明所获得的复合材料的高性能，表现出 585 mF cm-2 的高面积比电容和 159.23 μWh cm-2 的能量密度（功率密度 = 0.34 mW cm-2 )。本研究中展示的溶剂/配位调节策略为电化学储能应用的高性能纳米材料的合成提供了新方向。
Huijie Zhou, et al, Ethanol-induced Ni2+-intercalated cobalt organic frameworks on vanadium pentoxide for synergistically enhancing the performance of 3D-printed micro-supercapacitors, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211523https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211523
9. AM：双不对称超亲水折纸上改进的液体收集
使用开放通道操纵流体提供了一种有前途的策略来简化当前系统。然而，具有大通量、高速和长距离的自发表面流体传输仍然具有挑战性。受扇贝壳的启发，南开大学Moyuan Cao在这里展示了一种具有多并列和双不对称通道的超亲水折纸，以改善流体收集。1）折纸通道可以捕获各种类型的液体，包括液滴、流动和蒸汽，然后单向输送收集到的液体。深度为 2 mm 的超亲水折纸可以达到 450 mL/h 的最大通量，这是具有类似尺寸的平面图案表面容量的五倍。2）为了使这种界面的功能多样化，我们进一步将超亲水折纸与超疏水碳化锆/硅涂层相结合，通过定向流体操纵和辐射冷却层的协作来增强冷凝。与未修改的平行折纸相比，具有辐射冷却层的壳状折纸在冷凝效率和定向液体排放方面提高了 56%。这项工作展示了一种更容易实现的表面流体控制优化设计，液体传输性能的改进应该会扩展仿生流体操纵界面的应用。
Haoyu Bai, et al, Improved liquid collection on a dual-asymmetric superhydrophilic origami, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211596https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211596
10. AM：通过机器学习结合实验揭示与非晶氧化镓原子结构相关的热传输
非晶材料的热传输特性对于它们在能源和电子设备中的新兴应用至关重要。然而，由于计算技术的固有局限性和复杂原子结构缺乏物理直观的描述符，理解和控制无序材料中的热传输仍然是一个突出的挑战。在这里，清华大学Bingyang Cao，剑桥大学Gábor Csányi展示了结合基于机器学习的模型和实验观察如何帮助准确描述无序材料的真实结构、热传输特性和结构-特性图，这通过氧化镓的实际应用得到了说明。1）研究人员首先提供了实验证据，证明机器学习原子间势能以自我引导的方式产生，具有最少的量子力学计算，能够对非晶氧化镓及其热传输特性进行精确建模。2）接下来，通过原子模拟揭示了短程和中程有序随密度的微观变化，并阐明了这些变化如何减少局域化模式并增强相干性对热传输的贡献。3）最后，研究人员提出了一种受物理学启发的无序相结构描述符，以线性形式预测结构与热导率之间的潜在关系。这项工作可能会为未来加速探索无序功能材料的新型热传输特性和机制提供启示。
Yuanbin Liu, et al, Unraveling Thermal Transport Correlated with Atomistic Structures in Amorphous Gallium Oxide via Machine Learning Combined with Experiments, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202210873https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202210873
11. AM; 二维Mo2C的合成及其基面和边缘上厚度相关的析氢
二维过渡金属碳化物（2D-TMC和MXenes）是极具潜力的储能和催化应用材料。Mo2C-MXene是极具潜力的析氢反应（HER）催化剂，但其无法实现高质量2D Mo2C薄片的批量合成。近日，清华大学李亚栋院士、德雷克塞尔大学Yury Gogotsi、华中科技大学翟天佑、黄亮报道了二维Mo2C的合成及其基面和边缘上厚度相关的析氢反应。1) 作者报道了通过盐辅助模板化直接合成具有低浓度缺陷2D Mo2C的简单策略，其中将KCl用作模板以形成中间2D产物，并促进Mo2C的形成。作者发现，2D Mo2C的电催化HER活性与其厚度（从单层（0.36nm）到10层（4.55nm）的厚度区间）成反比。2) 最薄的Mo2C单层具有优异的HER性能，即在470 mV（vs. RHE）时电流密度为～6800 mA/cm2，翻转频率高达～17500 s−1。理论计算表明，氢吸附的吉布斯自由能随Mo2C厚度的减小而增加，HER活性增加。该盐辅助合成策略开辟了一条直接合成类MXene 2D碳化物的新途径。
Jiabin Wu, et al. Scalable Synthesis of 2D Mo2C and Thickness-Dependent Hydrogen Evolution on Its Basal Plane and Edges. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202209954https://doi.org/10.1002/adma.202209954
12. ACS Nano：用于特异性消除革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的磷脂模拟聚集诱导发光剂
精确消除革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌极大地有助于对抗细菌感染，但仍然具有挑战性。在此，香港中文大学唐本忠院士，深圳大学Jie Li，Dong Wang提出了一系列磷脂模拟聚集诱导发光剂 (AIEgens)，它们通过利用两种细菌膜的不同结构和 AIEgens 的取代烷基链的调节长度来选择性地杀死细菌。1）由于含有正电荷，这些 AIEgen 能够通过锚定在细菌膜上来杀死细菌。对于具有短烷基链的AIEgens，由于其外层复杂，它们可以与革兰氏阳性菌而非革兰氏阴性菌的膜结合，从而表现出对革兰氏阳性菌的选择性消融。2）另一方面，具有长烷基链的 AIEgens 与细菌膜具有很强的疏水性，并且尺寸较大。这抑制了与革兰氏阳性菌膜的结合，但破坏了革兰氏阴性菌的膜，导致对革兰氏阴性菌的选择性消融。3）此外，通过荧光成像可以清楚地观察到两种细菌的联合过程，体外和体内实验表明对革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌具有非凡的抗菌选择性。
Jianxing Wang, et al, Phospholipid-Mimetic Aggregation-Induced Emission Luminogens for Specific Elimination of Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c05821https://doi.org/10.1021/acsnano.2c05821
