1. Nature Commun.：Ni-CaO复合催化剂上CO2捕集与原位转化的协同促进作用
集成式二氧化碳（CO2）捕获与转化(ICCC)技术作为一种有前途的高性价比碳中和技术正在蓬勃发展。然而，对于吸附和原位催化反应之间的协同效应缺乏长期寻求的分子共识阻碍了它的发展。在这里，华东理工大学Jun Hu，Xue-Qing Gong通过构建连续的高温钙环和甲烷干法重整过程来说明CO2捕获和原位转化之间的协同促进作用。1）通过系统的实验测量和密度泛函理论计算，研究人员发现，在负载型Ni-CaO复合催化剂上，碳酸盐还原和CH4脱氢反应的中间产物的参与可以促进碳酸盐还原和CH4脱氢的相互作用。在650℃时，吸附/催化界面对二氧化碳和甲烷的超高转化率分别为96.5%和96.0%起着关键作用。
Shao, B., Wang, ZQ., Gong, XQ. et al. Synergistic promotions between CO2 capture and in-situ conversion on Ni-CaO composite catalyst. Nat Commun 14, 996 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-36646-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-36646-2
2. Nature Commun.：非共价配体-氧化物相互作用促进OER
生成能够氧化水的高价金属物种的策略通常采用氧化物基催化剂的组成和配位调整，其中与金属位点的强共价相互作用至关重要。然而，配体和氧化物之间相对较弱的“非键合”相互作用是否可以调节氧化物中金属位点的电子态，仍未得到探索。在这里，电子科技大学崔春华教授，普渡大学Zhenhua Zeng提出了一种不寻常的非共价菲咯啉-CoO2 相互作用，可显着提高 Co4+ 位点的数量以改善水氧化。1）研究发现菲咯啉仅与Co2+配位，在碱性电解质中形成可溶性 Co(phenantroline)2(OH)2 络合物，当Co2+氧化为Co3+/4+ 时，可沉积为含有非键合菲咯啉的无定形CoOxHy薄膜。这种沉积的催化剂在 10 mA cm-2 下表现出 216 mV 的低过电势和超过 1600 小时的可持续活性，法拉第效率超过 97%。2）密度泛函理论计算表明，菲咯啉的存在可以通过非共价相互作用稳定 CoO2，并在 Co-Co 中心产生类极化子电子态。
Wu, Q., Liang, J., Xiao, M. et al. Non-covalent ligand-oxide interaction promotes oxygen evolution. Nat Commun 14, 997 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-36718-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-36718-3
3. Nature Commun.：基于一锅法聚合的多组分光活性层实现高效稳定的有机太阳能电池
有机太阳能电池 (OSC) 中动力学捕获的体异质结膜形态的降解仍然是其实际应用的一大挑战。在这里，广州大学 Xugang Guo，Huiliang Sun，Li Niu，韩国科学技术院Bumjoon J. Kim展示了使用通过简单的一锅聚合合成的多组分光活性层的高度热稳定的 OSC，这显示了合成成本低和器件制造简化的优点。1）基于多组分光活性层的 OSC 可提供 11.8% 的高功率转换效率，并在超过 1000 小时内表现出出色的器件稳定性（>80% 的初始效率保持率），实现了 OSC 器件效率和使用寿命之间的平衡。2）深入的光电和形态特性表征表明，具有主链缠结的主要 PM6-b-L15 嵌段聚合物和小部分 PM6 和 L15 聚合物协同促成冷冻微调薄膜形态，并在长时间下保持均衡的电荷传输-时间操作。这些发现为开发低成本和长期稳定的 OSC 铺平了道路。
Liu, B., Sun, H., Lee, JW. et al. Efficient and stable organic solar cells enabled by multicomponent photoactive layer based on one-pot polymerization. Nat Commun 14, 967 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-36413-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-36413-3
4. Nature Commun.：基于计算机视觉的运动目标自动跟踪与无线通信智能超表面系统
第五代（5G）无线通信对目标跟踪有着迫切的需求。数字可编程超表面（DPM）由于其对电磁波的强大而灵活的控制以及比传统天线阵列成本更低、复杂性更低和尺寸更小的优势，可以提供一种智能、高效的解决方案。在这里，东南大学崔铁军教授， Wenxuan Tang开发了一个智能超表面系统来执行目标跟踪和无线通信。1）计算机视觉与卷积神经网络 (CNN) 集成用于自动检测移动目标的位置，双极化 DPM 与预集成训练有素的人工神经网络（ANN）用于实现智能波束跟踪和无线通信。2）研究人员进行了三组实验来演示智能系统：移动目标的检测和识别、射频信号的检测和实时无线通信。所提出的方法为目标识别、无线电环境跟踪和无线通信的综合实施奠定了基础。该策略为智能无线网络和自适应系统开辟了一条道路。
Li, W., Ma, Q., Liu, C. et al. Intelligent metasurface system for automatic tracking of moving targets and wireless communications based on computer vision. Nat Commun 14, 989 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-36645-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-36645-3
5. JACS：用于高倍率硫基水系锌电池的二维介孔亲锌筛
硫基水系锌电池 (SZB) 因其综合高容量、有竞争力的能量密度和低成本而受到越来越多的关注。然而，几乎没有报道的阳极极化严重降低了 SZB 在高电流密度下的寿命和能量密度。在这里，阿德莱德大学乔世璋教授开发了一种集成的酸辅助限制自组装方法 (ACSA)，以精心设计二维 (2D) 介孔亲锌筛 (2DZS) 作为动力学界面。1）所制备的 2DZS 界面呈现出独特的二维纳米片形态，具有丰富的亲锌位点、疏水性和小尺寸中孔。因此，2DZS 界面在减少成核和平台过电势方面起着双重作用：（a）通过开放的亲锌通道加速 Zn2+ 扩散动力学和（b）通过显着的溶剂化-鞘层抑制析氢和枝晶生长的动力学竞争筛分作用。2）负极极化在 20 mA cm-2 时降低至 48 mV，全电池极化降低至未改性 SZB 的 42%。结果，在 1 A g-1 下实现了 866 Wh kgsulfur-1 的超高能量密度，并在 8 A g-1 的高倍率下实现了 10,000 次循环的长寿命。
Jiahao Liu, et al, 2D Mesoporous Zincophilic Sieve for High-Rate Sulfur-Based Aqueous Zinc Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13540https://doi.org/10.1021/jacs.2c13540
6. JACS：氧化铈上的单个 Ru(II) 离子作为高活性催化剂用于去除 NO
空气污染是环境科学和催化领域要解决的主要问题之一。空气质量恶化与有毒氮氧化物排放直接相关，其中大部分是由汽车尾气产生的。显然迫切需要减少发动机的排放，并开发基于更便宜（贵金属）的具有改进的原子经济性的用于减少 NOx 的催化材料。近日，太平洋西北国家实验室Konstantin Khivantsev，Yong Wang，János Szanyi索非亚大学Hristiyan A. Aleksandrov原子捕获导致催化剂在二氧化铈的 (100) 面上具有原子分散的 Ru1O5 位点，如光谱学和 DFT 计算所确定的那样。1）这是一类新型二氧化铈基材料，其 Ru 特性与已知的 M/二氧化铈材料截然不同。它们在催化 NO 氧化方面表现出出色的活性，这是一个关键步骤，需要在柴油后处理系统中使用大量昂贵的贵金属。 Ru1/CeO2 在连续循环、升温和冷却以及存在水分的情况下是稳定的。2）由于稳定的 Ru-NO 络合物的形成以及 NOx 在 CeO2 上的高溢出率，Ru1/CeO2 显示出非常高的 NOx 存储特性。出色的 NOx 存储只需要约 0.05 wt% 的 Ru。与 RuO2 纳米颗粒相比，Ru1O5 位点在高达 750 °C 的空气/蒸汽中煅烧期间表现出更高的稳定性。3）研究人员阐明了 Ru(II) 离子在二氧化铈表面的位置，并使用 DFT 计算和原位 DRIFTS/质谱实验确定了 NO 储存和氧化的机制。此外展示了 Ru1/CeO2 在低温下通过 CO 还原 NO 的优异反应性：仅 0.1-0.5 wt% 的 Ru 就足以实现高活性。4）调制激发原位红外和 XPS 测量揭示了原子分散的 Ru 二氧化铈催化剂上 CO 还原 NO 的各个基本步骤，突出了 Ru1/CeO2 的独特性质及其形成氧空位/Ce+3 位点的倾向，这对NO 减少，即使在低 Ru 负载量下。该研究强调了新型二氧化铈基单原子催化剂在减少 NO 和 CO 方面的适用性。
Konstantin Khivantsev, et al, Single Ru(II) Ions on Ceria as a Highly Active Catalyst for Abatement of NO J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c09873https://doi.org/10.1021/jacs.2c09873
7. JACS: 用原位导电原子力显微镜解析电催化剂-电解质界面的纳米电子转移变化
电催化剂的合理创新需要详细了解固体-电解质界面的空间特性变化。近日，弗里茨·哈伯研究所Christopher S. Kley利用原位导电原子力显微镜解析电催化剂-电解质界面的纳米电子转移变化。1) 作者引入原子力显微镜（AFM），在原位和纳米尺度上同时探测用于CO2电还原的铜-金双金属体系的电导率、化学摩擦和形态特性。在空气、水和碳酸氢盐电解质中，电流-电压曲线具有与局部电流对比一致的CuOx电阻岛，而摩擦成像显示了从水到电解质变化时水合层分子顺序的定性变化，而多晶Au上的纳米级电流对比显示了电阻晶界和电催化钝化层区域。2)水中的原位导电AFM成像显示了低电流的中尺度区域，并揭示了界面电流的减少并伴随着摩擦力的增加，从而表明了受电解质组成和离子种类影响的界面分子顺序变化。该发现提供了关于局部电化学环境和吸附物种如何影响界面电荷转移过程的见解，并能够在催化和能量转换研究中建立原位结构-性质关系。
Martin Munz, et al. Nanoscale Electron Transfer Variations at Electrocatalyst–Electrolyte Interfaces Resolved by in Situ Conductive Atomic Force Microscopy. JACS 2023DOI: 10.1021/jacs.2c12617https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c12617
8. JACS: 多相铱单原子类分子催化乙烯环氧化
开发高效和简单的催化剂以揭示乙烯环氧化中的关键科学问题一直是化学家的长期目标，而多相分子状催化剂是理想的，它结合了均相和非均相催化剂的最佳方面。由于其定义明确的原子结构和配位环境，单原子催化剂可以有效地模拟分子催化剂。在此，北京科技大学Xin Chen，清华大学Chen Chen报道了一种乙烯选择性环氧化的策略，该策略利用包含铱单原子的多相催化剂与类似于配体的反应物分子相互作用，从而产生类分子催化。该催化方案具有接近统一的选择性 (99%) 以生产增值环氧乙烷。1）研究人员研究了这种铱单原子催化剂提高环氧乙烷选择性的原因，并将这种提高归因于具有更高氧化态的铱金属中心与乙烯或分子氧之间的 π 配位。吸附在铱单原子位点上的分子氧不仅有助于加强铱对乙烯分子的吸附，而且改变其电子结构，使铱能够将电子提供给乙烯的双键π*轨道。2）这种催化策略促进了五元氧杂金属环中间体的形成，从而导致对环氧乙烷的极高选择性。单原子催化剂模型具有显着的类分子催化作用，可用作抑制所需产物过氧化的有效策略。将均相催化的概念应用到多相催化中将为新型先进催化剂的设计提供新的视角。
Hongling Yang, et al, Heterogeneous Iridium Single-Atom Molecular-like Catalysis for Epoxidation of Ethylene, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c11380https://doi.org/10.1021/jacs.2c11380
9. JACS：由DNA 支架模板化的超薄非晶铜纳米片的微米级制造
二维 (2D) 非晶材料在各种应用中的表现优于其结晶材料，因为它们具有更多的缺陷和反应位点，因此可以表现出独特的表面化学状态并提供先进的电子/离子传输路径。然而，由于金属原子之间的强金属键，以温和可控的方式制造超薄和大尺寸二维非晶金属纳米材料具有挑战性。在这里，上海交通大学Xiaoguo Liu报道了一种简单而快速（10 分钟）的 DNA 纳米片 (DNS) 模板方法，可在室温下在水溶液中合成厚度为 1.9±0.4 nm 的微米级非晶铜纳米片 (CuNSs)。1）通过透射电子显微镜 (TEM) 和 X 射线衍射 (XRD) 证明了 DNS/CuNS 的无定形特征。有趣的是，研究发现它们可以在连续电子束照射下转变为晶体形式。2）值得注意的是，由于导带 (CB) 和价带 (VB) 的升高，无定形 DNS/CuNSs 表现出比 dsDNA 模板化的离散 Cu 纳米团簇更强的光发射（~62 倍）和光稳定性。这种超薄无定形 DNS/CuNS 在生物传感、纳米器件和光器件的实际应用中具有巨大潜力。
Xiangyuan Ouyang, et al. Micron-Scale Fabrication of Ultrathin Amorphous Copper Nanosheets Templated by DNA Scaffolds, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI”DOI: 10.1021/jacs.2c12009https://doi.org/10.1021/jacs.2c12009
10. JACS：纳米金属−有机骨架敏化辐射分解水
与可再生能源兼容的高能辐射可以直接从水中生产 H2 作为燃料；然而，挑战在于如何尽可能高效地转化它，而现有的策略收效甚微。在此，苏州大学Shuao Wang，Jun Ma报道了一种使用基于 Zr/Hf 的纳米级 UiO-66 金属有机框架作为高效和稳定的辐射增敏剂，用于在 γ 射线照射下纯化和天然水分解。1）清除和脉冲辐射分解实验与蒙特卡罗模拟表明，超小金属氧簇的 3D 阵列和高孔隙率的结合提供了二次电子和承压水之间前所未有的有效散射，产生更多的溶剂化电子前体和水的激发态，这是负责提高产氢量的主要物种。2）使用少量（<80 mmol/L）UiO-66-Hf-OH 可实现超过 10% 的 γ 射线氢转化效率，显著优于 Zr-/Hf-氧化物纳米粒子和现有的辐射分解H2 启动子。这项工作突出了 MOF 辅助辐射分解水的可行性和优点，并有望成为一种创造绿色氢经济的有竞争力的方法。
Changjiang Hu, et al, Radiolytic Water Splitting Sensitized by Nanoscale Metal−Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c00547https://doi.org/10.1021/jacs.3c00547
11. Angew：用于太阳能电池的性能变化最小的近化学计量且均匀的钙钛矿薄膜
通过合理地将甲脒（FA）和甲基铵（MA）合金化在一起的混合阳离子、小带隙钙钛矿已被广泛用于刀片涂层钙钛矿太阳能电池，并具有令人满意的效率。严峻的挑战之一在于难以控制混合成分的钙钛矿的成核和结晶动力学。在此，中山大学Wu-Qiang Wu开发了一种通过将 FAPbI3 溶液与预合成的 MAPbI3 微晶混合的预播种策略，以巧妙地解耦成核和结晶过程。1）初始化结晶的时间窗口大大延长了 3 倍（即从 5 秒到 20 秒），这使得能够形成具有指定化学计量比的均匀合金-FAMA 钙钛矿薄膜。2）由此产生的刀片式太阳能电池实现了 24.31% 的冠军效率，同时具有出色的再现性，超过 87% 的设备显示出高于 23% 的效率。
Wenhuai Feng, et al, Near-Stoichiometric and Homogenized Perovskite Films for Solar Cells with Minimized Performance Variation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202300265DOI: 10.1002/anie.202300265https://doi.org/10.1002/anie.202300265
12. ACS Nano：用于片上纳米材料的全水无蚀刻电子束光刻
电子束光刻使用加速电子束在电子束敏感抗蚀剂上制作图案，但需要复杂的干法蚀刻或剥离工艺将图案转移到基板或基板上的薄膜上。近日，苏州大学Rujun Tang，Guifu Zou，南京大学Labao Zhang开发了免蚀刻电子束光刻技术，以在全水工艺中直接写入各种材料的图案，从而在硅晶片上实现所需的半导体纳米图案。1）的糖类在电子束作用下与金属离子配位的聚乙烯亚胺共聚。全水工艺和热处理产生的纳米材料具有令人满意的电子特性，表明多种片上半导体（例如，金属氧化物、硫化物和氮化物）可以通过水溶液系统直接印刷在片上。2）作为演示，通过 18 nm 的线宽和 3.94 cm2 V−1 s−1 的迁移率实现氧化锌图案。这种无蚀刻电子束光刻策略为微/纳米制造和芯片制造提供了一种有效的替代方案。
Xiaohan Wang, et al, ng-Free Electron Beam ithography for On-Chip Nanomaterials, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.2c12387https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12387
