1. Chem. Soc. Rev.: 从减薄锂金属的角度看高能量密度可充电锂电池
金属锂（Li）作为可充电锂电池中的Li+离子源，由于其高比容量和低氧化还原电位，使其在电化学储能方面极具应用前景。然而，由于锂金属在机械轧制时的粘性和脆性，将其加工成薄箔仍比较困难。因此，在电池系统中使用厚锂违背了实现其更高能量密度的原始目标，并导致材料浪费。近日，同济大学罗巍、华中科技大学黄云辉从减薄锂金属的角度综述研究了高能量密度可充电锂电池。1)作者系统表达了应用薄Li（<50μm，最好≤30μm）以实现更高能量密度电池系统的论点。首先简要概述了锂，以帮助科研工作者理解其在电池中的作用。然后，对追求薄Li的原因进行了批判性分析。接下来，对能够制造薄Li的技术进行了总结和比较，这需要来自机械工程、冶金、电化学和其他领域的专家的共同参与。2) 随后，作者介绍了薄锂在电池中的潜在应用。随着薄Li的应用，会产生新的挑战和机遇，作者并对其进行了展望。基于锂金属阳极，再加上厚度的减法操作和兼容的改性策略，将极大存进电化学储能的发展。
Wangyan Wu, et al. Less is more: a perspective on thinning lithium metal towards high-energy-density rechargeable lithium batteries. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00606E
2. Nature Commun.：共锚定策略合成极性双峰聚乙烯
由于极性基团会使催化剂中的金属中心中毒，因此加入极性共聚单体通常以牺牲催化活性和聚合物分子量为代价。近日，中科大Changle Chen，Guifu Si展示了极性双峰聚乙烯作为这种权衡的潜在解决方案。1）极性较大/支化较多的低分子量级分提供极性和加工性，而极性较小/支化较少的高分子量级分提供机械和熔体性能。2）为了实现这两种馏分之间的高混溶性，研究了三种合成路线：均相催化剂的混合物、单独负载的多相催化剂，以及将不同的均相催化剂在一个固体载体上多相化的共锚定策略 (CAS)。3）CAS 路线是合成具有良好分子水平缠结和最小相分离的极性双峰聚乙烯的唯一可行策略。这样生产的聚烯烃材料具有出色的机械性能、表面/染色性能、气体阻隔性能以及可挤出性和3D打印性。
Zou, C., Wang, Q., Si, G. et al. A co-anchoring strategy for the synthesis of polar bimodal polyethylene. Nat Commun 14, 1442 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-37152-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-37152-1
3. JACS：用于太阳能化学转化的辅助因子修饰金属有机胶囊的酶接枝
太阳能到化学转化的半人工方法可以实现超出天然酶能力的化学转化，但由于它们不可避免地需要辅因子穿梭和再生，因此在促进体内级联方面面临着巨大的挑战。在这里，大连理工大学Liang Zhao，段春迎教授报道了一种酶接枝策略，用于构建金属有机胶囊对接人工酶（金属有机酶，MOE），该酶包括辅因子装饰胶囊的自组装和酶支架之间的超分子酶识别功能和胶囊绕过辅因子穿梭和再生。1）金属有机胶囊中掺入的 NADH 模拟物与亚胺中间体相互作用，亚胺中间体由胺的缩合和醇底物在微环境中脱氢形成，在胶囊内形成复合物，随后作为原位产生的光响应辅助因子。2）在光照下，光响应辅助因子促进了胶囊内部空间（超分子氢化）和外部空间（酶促脱氢）之间的有效质子/电子传输，分别使醇脱氢和亚胺中间体氢化，从而规避了传统上复杂的多步辅助因子穿梭和再生。3）半人工酶赋予多种类型的醇在水溶液/有机溶液和大肠杆菌中高效转化为胺产品的能力，为可持续和环保的商品和精细化学品生物制造提供了广泛的机会。
Jianwei Wei, et al, Enzyme Grafting with a Cofactor-Decorated Metal-Organic Capsule for Solar-to-Chemical Conversion, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c12636https://doi.org/10.1021/jacs.2c12636
4. JACS：缺陷NiPS3促进NiPS3-CdS光重整降解塑料
通过可持续发展的方式转化塑料废品，降低塑料废品对环境的危害，充分利用塑料废品的价值。在环境友好的反应条件进行光重整是一种具有吸引力的方法，将废品转化为H2。但是因为质子还原和底物氧化之间相互制约，导致光化学重整转化塑料废品的技术具有非常差的效率。有鉴于此，阿德莱德大学乔世璋、Jingrun Ran等报道发展了富含缺陷的NiPS3和CdS复合光催化剂d-NiPS3/CdS，实现了优异的制氢性能（~40 mmol gcat-1 h-1），9 h光催化反应的有机酸产量达到78 μmol。在100 h光重整市售聚乳酸和PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）表现优异的稳定性。1）这种光催化剂的性能达到目前见诸报道的性能最好的，通过原位超快光谱表征，说明d-NiPS3快速的从CdS中提取电子，促进快速制氢反应，从而有助于空穴对底物氧化，实现提高整体光催化反应速率。2）这项工作为将塑料废品转化为燃料和化学品提供一种方法。表征发现，d-NiPS3纳米片从CdS抽取电子的时间<4.9 ps，比电子-空穴复合的时间快10倍，而且暴露的P和S原子位点促进HER反应速率。
Shuai Zhang, et al, Boosted Photoreforming of Plastic Waste via Defect-Rich NiPS3 Nanosheets, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13590https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c13590
5. Angew：通过调节原子分散铁的二次壳层配位环境实现多硫化钠的完全转化
室温钠-硫(RT Na-S)电池作为潜在的储能设备极具竞争力。然而，由于多硫化物的不完全转化，它们实际实现的可逆容量远低于理论值。在此，中科大余彦教授，Yu Yao，布鲁克海文国家实验室Enyuan Hu提出了通过调节Fe单原子的第二壳层配位环境实现原子分散的Fe-N/S 活性中心。1）通过同步辐射 X 射线吸收光谱 (XAS) 和理论计算揭示了在费米能级附近具有增强局部电子浓度的Fe-N4S2配位结构，这不仅可以显著促进多硫化物的转化动力学，而且可以诱导均匀的Na沉积无枝晶钠阳极。2）结果，获得的S正极提供了1590 mAh g-1的高初始可逆容量，接近理论值。这项工作开辟了一条新途径，以促进多硫化物在 RT Na-S 电池中的完全转化。
Ruilin Bai, et al, Toward Complete Transformation of Sodium Polysulfides by Regulating the Second-Shell Coordinating Environment of Atomically Dispersed Fe, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218165DOI: 10.1002/anie.202218165https://doi.org/10.1002/anie.202218165
6. Angew：揭示无钴富镍单晶正极的合成动力学
在层状氧化物的固态合成中，通常优先生成非平衡动力学中间体，而不是热力学稳定相。了解热力学和动力学之间的内在复杂性对于设计高阳离子有序阴极很重要。单晶策略是解决富镍正极固有化学机械问题的有效途径。然而，高性能单晶的合成非常具有挑战性。近日，浙江大学陆俊教授，河南师范大学白正宇教授，杨林教授探索了单晶无钴富镍层状氧化物 NM9505 在其固态合成过程中的结构演变相关的反应途径和非平衡中间体。1）热力学稳定的层状结构 (R-3m) 是从亚稳态中间体演变而来的。高温合成的缓慢动力学抑制了最终材料中整体层状结构的发展。然而，在熔盐合成过程中，质子在相对较低的加热温度下被去除，锂离子均匀插入和分散，导致层状结构的形成。2）基于对单晶无钴富镍层状氧化物 NM9505 合成过程中动力学反应路径的理解，我们提出在低温下驱动准平衡反应路径以诱导低温拓扑锂化，促进快速层状相的形成，有助于形成高度有序的层状氧化物。这项工作基于在单晶无钴富镍固相合成过程中对非平衡反应路径中中间相的简单控制。从控制动力学反应路径的角度深入研究材料合成，有望加速高性能单晶富镍层状氧化物的实用化开发。
Jingjie Liu, et al, Understanding the Synthesis Kinetics of Single-Crystal Co-Free Ni-Rich Cathodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302547DOI: 10.1002/anie.202302547https://doi.org/10.1002/anie.202302547
7. Angew：多功能中间层设计抑制高能金属锂电池中的通用正极交叉
在使用高能正极的锂金属电池中，普遍存在的正极交叉（如化学物质和氧气）被严重忽视，这会导致严重的容量退化并引发严重的安全问题。在此，香港理工大学Guohua Chen，阿贡国家实验室Khalil Amine，Gui-Liang Xu开发了一种由多功能活性位点组成的多功能薄（~25 µm）夹层，以同时调节锂沉积过程并抑制正极交叉。1）研究发现，即使在10 mA cm-2的高电流密度下，诱导的双梯度固体电解质界面结合丰富的亲锂位点也能实现稳定的 Li 剥离/电镀过程。此外，X 射线光电子能谱和同步加速器X射线实验表明，富N骨架和CoZn双活性位点可以有效减轻不需要的正极交叉，从而显着减少Li腐蚀。2)因此，使用各种高负载正极材料（包括 LiNi0.7Mn0.2Co0.1O2、Li1.2Co0.1Mn0.55Ni0.15O2和硫）组装的锂金属电池在高正极负载下表现出显著改善的循环稳定性。
Chuyi Xie, et al, Suppressing Universal Cathode Crossover in High-Energy Lithium Metal Batteries via a Versatile Interlayer Design, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202217476DOI: 10.1002/anie.202217476https://doi.org/10.1002/anie.202217476
8. Angew：金属氢化物形成的质子隧穿距离影响CO2电化学还原反应的选择性
质子耦合电子转移 (PCET) 在降低许多生物和人工催化过程（如光合作用、呼吸作用、二氧化碳还原和固氮）的活化势垒方面发挥着关键作用。然而，由于质子（金属氢化物）与底物与催化中心的竞争性结合，PCET 方法也使反应选择性成为一个棘手的问题。近日，西南科技大学Lin Chen，山东师范大学Fang Huang，大连理工大学Fei Li证明了 PTD-MH 在确定电化学 CO2还原反应路线中的关键作用。1）作为概念验证，在一系列精心设计的锰聚吡啶配合物中，通过改变金属中心与局部质子源之间的距离，系统地调整了反应选择性。通过这种策略，可以高效地产生CO或HCOOH。2）值得注意的是，这些实验结果得到理论预测的充分支持，展示了对CO2转化中结构-活性关系的理解。例如，这一原理也适用于经过充分研究的用大量局部质子源功能化的铁(II)卟啉衍生物，这大大加快了CO2到CO的转化，而不是CO2到HCOOH甚至在高浓度苯酚存在下。在分子水平上进行质子隧道调制的方法不仅为合理设计高选择性 CO2 还原催化剂开辟了一条新途径，而且有利于广泛的竞争反应，如质子还原和氮还原。
Shuanglin He, et al, Proton Tunneling Distances for Metal Hydrides Formation Manage the Selectivity of Electrochemical CO2 Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202216082DOI: 10.1002/anie.202216082https://doi.org/10.1002/anie.202216082
9. Angew：通过压电催化进行机械活化的固态自由基聚合和交联
近日，新南威尔士大学Martina H. Stenzel展示了压电 BaTiO3纳米颗粒可以将机械载荷转换为能够引发固态自由基聚合的反应性自由基物种通量。1）通过球磨、用锤子敲打或反复压缩加载来激活 BaTiO3粉末会产生高反应性羟基自由基 (•OH)，它很容易引发自由基链增长和固体丙烯酰胺、丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯和苯乙烯单体的交联。2）控制实验表明化学吸附水在BaTiO3纳米颗粒表面的关键作用，它通过机械氧化还原催化被氧化为 •OH。通过压缩干压电材料的力诱导自由基的产生代表了利用机械能进行固态自由基合成的有前途的新途径。
Mitchell D. Nothling, et al, Mechanically activated solid state radical polymerization and cross-linking via piezocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218955DOI: 10.1002/anie.202218955https://doi.org/10.1002/anie.202218955
10. AM: 可食用充电电池
食用电子产品是一个不断发展的领域，旨在生产仅使用食品成分和添加剂的可消化设备，从而解决可食用电子设备的许多缺点。可食用电子设备将对胃肠道监测、治疗以及快速食品质量监测产生重大影响。最近的研究已经证明了可食用电路和传感器的可行性，但要实现完全可食用的电子设备需要可食用电源，这方面的例子很少。近日，意大利理工学院Mario Caironi从使用氧化还原辅助因子为生化机器提供动力的生物体中汲取灵感，开发了一种由日常生活中食用的材料制成的可充电食用电池。1）该电池是通过将核黄素和槲皮素（常见的食品成分和膳食补充剂）固定在活性炭（一种广泛使用的食品添加剂）上实现的。核黄素用作负极，而槲皮素用作正极。通过将电极封装在蜂蜡中，制造了一种完全可食用的电池，能够为小型电子设备供电。2）概念验证电池的工作电压为 0.65 V，可维持 48 μA 的电流 12 分钟。所提出的概念验证将为新的可食用电子应用打开大门，使医疗诊断、治疗和监测食品质量的新方法更安全、更容易。
Ivan K. Ilic, et al, An Edible Rechargeable Battery, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211400https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211400
11. AM：种植的石墨烯量子点用于靶向增强的肿瘤成像和局部药物动力学的长期可视化
虽然光致发光石墨烯量子点(GQDs)因其具有类蛋白质大小、超高的光稳定性和在体内的长期生物安全性而被认为非常适用于生物成像，但其在体内的独特、重要的生物成像应用仍难以实现。清华大学康飞宇教授、孙晓丹研究员和中科院自动化研究所田捷研究员构建了种植的GQDs，其能够在体内进行荧光、可持续和多模态肿瘤生物成像。1）实验通过自下而上的分子方法将GQDs原位种植在聚乙二醇化纳米颗粒的聚乙二醇(PEG)层中，构建得到NPs-GQDs-PEG纳米复合材料。与典型的GQDs相比，种植的GQDs的血液循环延长了4倍以上，其肿瘤积累效率也增加了7-8倍以上。2）经过特异性修饰后，该多功能NPs-GQDs-PEG可在体内外多种肿瘤模型中实现靶向的多模态分子成像。此外，具有良好光稳定性的GQDs也能够长期、实时地显示NPs在体内的局部药代动力学。综上所述，该研究提出的在聚乙二醇化纳米药物中种植GQDs的策略能够为推动GQDs在体内生物医学中的应用提供一种新的策略。
Hao Yan. et al. Planted Graphene Quantum Dots for Targeted, Enhanced Tumor Imaging and Long-Term Visualization of Local Pharmacokinetics. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202210809https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210809
12. AEM: 用于单元化可逆燃料电池的水通道多孔传输层
日益增长的全球能源需求，加上遏制温室气体排放的迫切需要，使得燃料电池技术受到了广泛关注。近日，洛斯阿拉莫斯国家实验室Jacob S. Spendelow、Siddharth Komini Babu报道了用于单元化可逆燃料电池的水通道多孔传输层。1) 作者报道了一种新型的多孔传输层（PTL），即水通道PTL，它能改善水管理，并在单元化可逆燃料电池（URFC）中具有优异的可逆效率。URFC需要O2和H2O的快速传输，以实现高性能的燃料电池和水电解槽，但其由于水管理要求的冲突而变得复杂：电解槽在高液态水饱和度下表现最佳，而燃料电池在液态水饱和度尽可能低时表现最佳，同时还需保持有效的离聚物水合作用。2) 水通道PTL通过提供亲水通道用于通过疏水性PTL的水传输，从而在燃料电池和水电解槽中实现最佳性能，进而绕过了这一障碍。此外，作者在两种运行模式下通过对含水量的中子射线照相测量发现，由于水通道PTL改善了水管理能力，因此能够实现高性能的燃料电池。
Siddharth Komini Babu, et al. A Goldilocks Approach to Water Management: Hydrochannel Porous Transport Layers for Unitized Reversible Fuel Cells. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202203952https://doi.org/10.1002/aenm.202203952
