1. Nature Energy: 加快固态电池开发的挑战  

固态电池作为一种安全、稳定、高能和高速的电化学存储技术，其在社会应用发展中仍面临长期性能、比功率和经济可行性方面的问题。近日，吉森大学Jürgen Janek、明斯特大学Wolfgang G. Zeier对加快固态电池开发的挑战进行了综述研究。

本文要点：

1) 作者回顾了快速导电固体电解质在复合阴极中充分传输的关键挑战。此外，作者还表明高性能阳极保护概念对于建立高密度高能固态电池至关重要，锂基固态电池和金属阳极可能不是最终解决方案。

2) 作者进一步讨论了材料、研究团队和方法的多样性是建立长期固态电池的关键，并且作者预测到在离子电导率高于液体电解质的锂固体电解质的首次突破性研究将在十年后报道，从而全面解决固态电池的商业化、电池性能和实施方面的剩余关键挑战。

Jürgen Janek and Wolfgang G. Zeier. Challenges in speeding up solid-state battery development. Natrure Energy 2023

DOI: 10.1038/s41560-023-01208-9

https://doi.org/10.1038/s41560-023-01208-9

2. Nature Energy: 扩展高效钙钛矿太阳能电池的低维界面工程工具箱  

三维/低维钙钛矿太阳能电池具有优异的效率和稳定性。由于Pb²⁺和Sn²⁺是金属阳离子的唯一选择，使得低维封端材料的设计受限于调整A位有机阳离子。近日，南洋理工大学Tze Chien Sum、Yeng Ming Lam报道了扩展高效钙钛矿太阳能电池的低维界面工程工具箱。

本文要点：

1) 作者通过处理包含金属和卤化铵的完整前体溶液，创建了具有超过Pb²⁺/Sn²⁺的金属阳离子的低维封端材料库。从而使得低维覆盖层的合成控制变得更容易，并且对于低维界面工程具有更大的通用性。作者证明了零维锌基卤代酸盐（PEA₂ZnX₄；PEA = 苯乙铵，X = Cl/I）诱导比其基于铅的对应物具有更稳定的表面钝化和更强的n–N同型三维/低维异质结。

2) 作者合成的p–i–n太阳能电池效率为24.1%（经认证为23.25%），并且该电池在最大功率点运行>1000 h之后仍保持94.5%的初始效率 。该发现扩展了用于低维界面工程和高效三维/低维钙钛矿太阳能电池稳定性的材料库。

Senyun Ye, et al. Expanding the low-dimensional interface engineering toolbox for efficient perovskite solar cells. Nature Energy 2023

DOI: 10.1038/s41560-023-01204-z

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3. Nature Nanotechnology：氮化硼纳米管中的双曲回音廊模式声子极化子  

纳米结构中的光限制可以产生增强的光-物质相互作用，从而实现包括单光子源、纳米激光器和纳米传感器在内的广泛应用，尤其是纳米腔受限极化子在红外区域显示出强烈增强的光-物质相互作用。如果极化模式能够被塑造成回音廊模式，这种相互作用则可以进一步增强；但是到目前为止，纳米腔中的散射损失都阻碍了对它们的观察。近日，来自国家纳米科学技术中心的Qing Dai和Xiaoxia Yang，北京大学Peng Gao，巴塞罗那科学技术研究所Javier García de Abajo等人证实将六方BN纳米管作为原子光滑的纳米腔，由于其固有的双曲色散和低散射损耗，可以成功维持声子极化子回音廊模式。

本文要点：

1) 该研究通过AFM-IR和STEM-EELS直接观察了BNNT中的HWG-PhP模式，质量因子高达~220，回音廊模式通过将声子极化子限制在原子光滑的圆柱形纳米腔（BNNT）中而形成的，这种效应由声子极化子的双曲性和伴随的无限波矢量所实现；

2) 此外，研究还证实HWG PhP模式可以在~4nm半径的BNNT上维持，且该BNNT具有超小的体积V_m≈10^–10，从而揭示了前所未有的光学状态局部密度而产生超高Purcell因子Q/V_m≈10¹²，该工作为基于一维纳米材料极化子的纳米光子学提供了一种新的范式，揭示了极强的光-物质相互作用能力。

Guo, X., Li, N., Yang, X. et al. Hyperbolic whispering-gallery phonon polaritons in boron nitride nanotubes. Nat. Nanotechnol. (2023).

DOI: 10.1038/s41565-023-01324-3

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01324-3

4. Sci. Adv.: CdTe太阳能电池新型背接触材料搜索  

碲化镉（CdTe）薄膜太阳能电池的实用效率备受科研工作者的关注，但由于其高表面复合速度和背接触处的肖特基势垒而产生严重开路电压损失。近日，科罗拉多矿业大学Prashun Gorai、Vladan Stevanović对CdTe太阳能电池新型背接触材料进行搜索。

本文要点：

1) 作者将重点放在搜索覆盖层结构中的新型背接触材料，与常用材料ZnTe相比，该新型背接触材料具有更好的钝化效果、电子反射和空穴传输特性。作者使用第一原理方法和输运模型对229个二元和三元四面体键合结构进行了计算搜索，以评估关键材料设计标准，包括相稳定性、电子结构、空穴输运、能带排列和p型掺杂性。

2) 通过系统研究，作者确定了几种候选材料及其合金，包括AlAs、AgAlTe₂、ZnGeP₂、ZnSiAs₂和CuAlTe₂，这些材料在背接触方面具有良好的特性，并且这些新材料建议和相关指南将为CdTe太阳能电池空穴传输层设计指明新方向。

Prashun Gorai, et al. A search for new back contacts for CdTe solar cells. Sci. Adv. 2023

DOI: 10.1126/sciadv.ade3761

https://doi.org/10.1126/sciadv.ade3761

5. Nature Commun.：阴离子富集界面支持高电压无阳极锂金属电池  

涉及锂金属阳极(LMA)和高压LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ (NCM811)阴极的电化学被认为是追求400 Wh kg^-1的实用方法。然而，它们的实施受到库仑效率低和循环稳定性差的困扰。中科院物理所Liumin Suo等提出了一种最佳氟化线性羧酸酯(3，3，3-三氟丙酸乙酯，FEP)与弱溶剂化氟代碳酸亚乙酯和离解锂盐(LiBF4和LiDFOB)配对，以制备弱溶剂化离解电解质。

本文要点：

1）阴离子富集界面促使更多的阴离子在内亥姆霍兹平面分解和更高的阴离子还原电位。因此，阴离子衍生的界面化学有助于致密和柱状结构的Li沉积物，4.6 V的NCM811和LiCoO₂阴极具有98.7%的高CE和稳定循环。

2）因此，工业无阳极软包电池在苛刻的测试条件下可提供442.5 Wh·kg^-1的高能量，100次循环后容量保持率为80%。

Mao, M., Ji, X., Wang, Q. et al. Anion-enrichment interface enables high-voltage anode-free lithium metal batteries. Nat Commun 14, 1082 (2023).

DOI: 10.1038/s41467-023-36853-x

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36853-x

6. Nature Commun.：手性电催化剂通过自旋控制消除水分解度量  

近年来，依赖于水分解的技术的不断进步常常受到与析氧反应（OER）相关的缓慢动力学的阻碍。鉴于此，来自匹兹堡大学化学系的David H. Waldeck和Brian P. Bloom等人发现，通过控制电解过程中的反应中间自旋排列（除了典型的热力学考虑因素外），可以提高催化剂的性能和效率。

本文要点：

1) 研究通过使用手性诱导自旋选择性（CISS）效应实现了自旋对准，OER的改善表现为：在组成类似的非手性纳米催化剂上提高了法拉第效率、降低了反应过电势和改变了手性纳米催化剂的速率决定步骤；

2) 此外，这些研究表明，纳米催化剂的定义的空间取向对于显示自旋选择性是非必要的，因而代表了在其他反应途径和过程中使用手性转化作用的可行平台。

Vadakkayil, A., Clever, C., Kunzler, K.N. et al. Chiral electrocatalysts eclipse water splitting metrics through spin control. Nat Commun 14, 1067 (2023).

DOI: 10.1038/s41467-023-36703-w

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36703-w

7. Nature Commun.：生物激发的拥挤引导超分子聚合  

拥挤效应对维持生物系统的功能至关重要，但对其在类似人工系统中的作用仍然不甚清楚，在日益增长的超分子聚合物科学领域中，拥挤效应迄的研究也仍不足。鉴于此，来自韦斯特法利什·威廉姆斯大学明斯特分校的Gustavo Fernández等人发现，拥挤效应对超分子聚合过程的动力学、可获得的途径和最终结果表现出强烈而明显的控制。

本文要点：

1) 在预先形成的超分子聚合物作为拥挤剂的存在下，模型超分子聚合物显著改变了其自组装行为，并经历了从成束纤维到花状分层组装的形态转变，尽管没有发生共组装；

2) 此外，研究发现只有在拥挤的环境中，当拥挤剂呈现一维形态时，才能进入这条新路径，这些结果使得能够获得超分子聚合物的不同形态和性质，并为更好地理解自然界中的高精度自组装奠定了基础。

Bäumer, N., Castellanos, E., Soberats, B. et al. Bioinspired crowding directs supramolecular polymerisation. Nat Commun 14, 1084 (2023).

DOI: 10.1038/s41467-023-36540-x

https://doi.org/10.1038/s41467-023-36540-x

8. Joule: 固态电池银碳复合阳极夹层的结构变化  

银-碳复合夹层可以实现固态电池的无锂（无阳极）循环。近日，牛津大学Peter G. Bruce报道了固态电池银碳复合阳极夹层的结构变化。

本文要点：

1) 作者报道了银-石墨夹层的结构变化，表明固态电池在充电时，锂通过电化学过程插入石墨夹层，随后与银发生化学反应，形成锂-银合金。而放电时不是电荷的反向过程，而是利用缺锂的Li-Ag相。

2) 在较高的充电速率下，锂嵌入石墨的速度超过了与银的化学反应，从而延缓了锂-银相的形成，并导致更多的锂金属沉积在集电器上。而电流密度在2.5 mA·cm⁻²及以上时，Li枝晶不受抑制。银纳米颗粒不能比单独的石墨夹层能更有效地抑制枝晶生长。相反在充电期间，碳夹层中的Ag在集电器上形成更均匀的Li和Li-Ag相。

Dominic Spencer-Jolly, et al. Structural changes in the silver-carbon composite anode interlayer of solid-state batteries. Joule 2023

DOI: 10.1016/j.joule.2023.02.001

https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.02.001

9. EES: 相邻Fe位点通过双金属位点设计促进单原子催化剂中Co位点的电催化析氧  

钴基单原子催化剂是极具潜力的析氧反应（OER）催化剂，然而，其在有限的空间下，仅使用钴金属位点进一步提高催化性能仍具有挑战性。近日，北京理工大学李煜璟、香港理工大学Huang Bolong报道了相邻Fe位点通过双金属位点设计促进单原子催化剂中Co位点的电催化析氧。

本文要点：

1) 作者设计了具有优异OER催化性能的Co-Fe双原子催化剂，并研究了单个金属位点的单独作用。优化的双原子催化剂具有优异的OER催化活性，其过电位为240mV，转换频率（TOF）为146s^-1（10mA cm^-2）。通过系统的阻抗研究表明，Co和Fe金属位点之间的相互作用是提高OER性能的关键因素，其中Co位点充当活性位点，相邻Fe充当共催化位点。

2) 作者利用密度泛函理论（DFT）计算证实了Fe和Co之间的强轨道耦合作用，导致d带结构具有改善的电催化活性。与S和N配位的Co位点能够实现有效的位点间电子转移，而与N配位Fe位点有助于Co位点的化学稳定性，从而保证有效的OER。

Chen Changli, et al. Adjacent Fe Site Boosts Electrocatalytic Oxygen Evolution of Co Site in Single-Atom-Catalyst through a Dual-Metal-Site Design. EES 2023

DOI: 10.1039/D2EE03930C

https://doi.org/10.1039/D2EE03930C

10. Angew: 界面设计实现稳定的聚合物/硫化物电解质和无枝晶锂金属电池  

有机/无机界面很大程度上影响着锂离子在固态电解质中的传输，而固态电解质/电极界面的稳定性对全固态电池的循环稳定性至关重要。然而，对界面稳定性的理解不足制约了固态电解质在全固态电池中的实际应用。近日，德国吉森大学Hanyu Huo，Jürgen Janek，加拿大多伦多大学Chandra Veer Singh课题组合作研究了Li₆PS₅Cl和PEG之间的化学演变过程，提供了无枝晶锂金属电池的界面设计思路。

本文要点

1)   作者发现高极性的PEG改变了PS₄³⁻四面体的电子态和键合结构，导致了一系列副反应的发生。对PEG的端基取代（-OCH3取代-OH）不仅可以稳定内部界面，同时可以拓宽复合电解质的电化学窗口；

2)   加入LiFSI后形成的富LiF层可以有效抑制Li/固态电解质界面的副反应。

3)   Li/PEGDMEL@mix/NCM@LNbO电池在60℃下循环100周容量保持率为81.2%。

Huo, H., et al, Interface Design Enabling Stable Polymer/Thiophosphate Electrolyte Separators for Dendrite-Free Lithium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202218044

https://doi.org/10.1002/anie.202218044

11. AM：纳米复合水凝胶用于蛋白水解靶向嵌合体增强的头颈部鳞状细胞癌免疫治疗  

尽管免疫治疗为肿瘤治疗领域带来了一场重要的变革，但目前只有约15%的头颈部鳞状细胞癌(HNSCC)患者能够从免疫治疗中受益。免疫抑制肿瘤微环境(TME)和多梳无名指癌基因BMI1的失调是免疫治疗失败的潜在原因。为了增强对HNSCC的免疫治疗效果，上海交通大学Shuyang Sun教授开发了一种可注射的纳米复合水凝胶，其聚合物骨架(PLGA-PEG-PLGA)负载了包封咪喹莫特的CaCO₃纳米颗粒(RC)和癌细胞膜(CCM)包被、含有肽基蛋白水解靶向嵌合体(PROTAC)的介孔二氧化硅纳米颗粒(PepM@PacC)。

本文要点：

1）注射后，该纳米复合水凝胶会发生原位凝胶化，之后会随着时间的推移在TME中降解，释放RC和PepM@PacC纳米颗粒以分别进行免疫治疗和化疗。

2）研究发现，RC颗粒会选择性地调控肿瘤相关的巨噬细胞和树突状细胞，激活T细胞免疫反应；而CCM介导的同源靶向和内吞作用能够将PepM@PacC颗粒递送到癌细胞中，其在内源性谷胱甘肽的作用下会发生二硫键裂解，释放PROTAC肽以降解BMI1，并从颗粒孔中释放紫杉醇，诱导细胞凋亡，以同时增强免疫治疗。综上所述，该研究设计的纳米复合水凝胶能够充分利用HNSCC的多个已知弱点，进而成功地抑制HNSCC的生长和转移。

Yaping Wu. et al. A Physiologically Responsive Nanocomposite Hydrogel for Treatment of Head and Neck Squamous Cell Carcinoma via Proteolysis-Targeting Chimeras Enhanced Immunotherapy. Advanced Materials. 2023

DOI: 10.1002/adma.202210787

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210787

12. AEM：缓解高能电池灾难性热失控的挑战和机遇  

承诺安全和高能量密度的锂离子电池(LIBs)对新能源的未来至关重要。然而，最近对电池热失控(TR)的研究表明，电池中压缩的能量越高，火灾和爆炸等热事故就可能以更具灾难性的方式发生。能量密度和安全性之间的这种“折衷”对发展中的高能化学的未来应用提出了挑战性的障碍。清华大学Minggao Ouyang、Li Wang和Xuning Feng等仔细地评论了最吸引人的高能(HE)-LIB化学的热研究。

本文要点：

1）作者全面总结了HE-LIBs的TR特性、材料热失效行为及其反应机理，以及最先进的TR减缓技术。此外，作者还分析了不同TR缓解途径的有效性。在分析的基础上，作者进一步解释了在化学中减少TR的主要挑战。

2）最后，作者对未来的TR机制研究和有希望的安全设计路线提出了意见，以克服这种内在的高能量和安全性之间的“权衡”。

Wang, Y., Feng, X., Huang, W., He, X., Wang, L., Ouyang, M., Challenges and Opportunities to Mitigate the Catastrophic Thermal Runaway of High-Energy Batteries. Adv. Energy Mater. 2023, 2203841.

DOI: 10.1002/aenm.202203841

https://doi.org/10.1002/aenm.202203841