1. Materials Today：通过调整正极电解质界面和正极内的离子/电子传输实现稳定的全固态锂金属电池
具有硫化物电解质和高镍层状氧化物阴极的全固态电池由于其高比能而备受关注。然而，它们的循环性能主要受硫化物电解质和高镍层状氧化物颗粒之间界面的影响，这需要使用具有高离子和电子电导率的复合正极，以在正极内部实现动力学稳定的界面。近日，德克萨斯大学奥斯汀分校JohnB. Goodenough教授，ArumugamManthiram教授展示了在循环性和倍率能力方面，在添加和不添加Ti2O3的情况下，使用LPSCl/NCM811正极组装的ASSB之间存在很大差异。1）配置良好的Ti2O3/LPSCl/NCM811正极显示出高达83.3%的高初始循环库仑效率(ICE)，而LPSCl/NCM811的原始结构仅提供约77.2%的低ICE。2）此外，Ti2O3的高电子电导率通过在正极内建立高度发达的电子传输路径降低电荷转移阻力，从而实现大比容量和优异的倍率性能。同时，Ti2O3表现出丰富的吸收NMC811正极在循环过程中释放的晶格氧的趋势，从而抑制电解质氧化、气体释放和安全问题。3）采用Ti2O3调整正极的全固态锂金属电池可提供192 mAh g-1的高比容量，并在0.1 C倍率下循环140次后保持86.5%的容量。更重要的是，即使在1 C的电流密度下也能实现出色的倍率性能，这可以通过原位EIS和非原位XPS分析得到很好的解释。
Ruyi Fang, et al. Achieving stable all-solid-state lithium metal batteries by tuning the cathode electrolyte interface and ionic/electronic transport within the cathode, Materials Today, 2023.DOI：10.1016/j.mattod.2023.03.001https://doi.org/10.1016/j.mattod.2023.03.001
2. JACS：锂-硫电池中电位限制步骤的识别与催化
Li-S化学在热力学上有望实现高密度的能量存储，但在动力学上具有挑战性。在过去的几年里，人们开发了许多催化剂材料来提高锂-硫电池的性能，它们的催化作用越来越被人们接受。然而，经典的催化行为，即降低反应势垒，还没有被清楚地观察到。关键的机理问题，包括限制反应速度的具体步骤，是否/如何催化，以及催化剂表面被固体产物覆盖后如何保持催化，仍然没有答案。近日，耶鲁大学王海梁教授首次报道了贫电解液条件下锂-硫电池反应的电位限制步骤，即决定电化学反应过电位的步骤及其催化作用。1）研究发现，溶解的Li2S4的还原是整个电池反应的电位限制步骤，形成Li5S3固体产物(Li2S2和Li2S固体的1：4混合物)。以前认为的Li2S2到Li2S固体−的固体转化在通常使用的电压范围内不发生。2）研究人员进一步证明了多相钴(CoPc)分子可以有效地催化这一步骤。与石墨碳表面相比，钴中心与脂多糖中硫的强相互作用可以有效地降低Li2S4还原成固体Li5S3的势垒。在初始沉积后，CoPc的活性中心被硫化物固体覆盖，硫化物固体可以自催化还原Li2S4，继续推动放电反应。
Yiren Zhong, et al, Identification and Catalysis of the Potential-Limiting Step in Lithium-Sulfur Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.2c13776https://doi.org/10.1021/jacs.2c13776
3. Angew：用于储能的镍促进生物炭电催化石墨化：使用多尺度方法的机理理解
由于在熔盐中电解具有高效和可扩展的优点，将碳资源电化学转化为石墨化产品是实现高附加值碳的可持续途径。近日，北京理工大学Wei-Li Song，Yan-li Zhu，北京科技大学焦树强教授展示了金属催化的电化学法将生物炭转化为高度石墨化的碳。1）首先，金属镍催化剂可以促进脱氧、石墨化、缺陷去除和管化等电化学过程。与没有催化剂的样品相比，加入Ni颗粒电解8小时后，杂原子（O）含量从1.18%降低到0.32%，石墨化度从45.47%提高到50.81%。2）其次，金属镍催化剂可以改变产物的微观形貌和化学结构，用10%的Ni催化剂在850 °C下电解可以得到碳纳米管。3）第三，宏观电池和电极尺度的分析结果表明，随着电解时间的延长，阴极上的局部过电位降低，而电流密度增加。此外，实验电流密度从0.347 A/cm2 (1h)增加到0.385 A/cm2 (8h)。4）在原子尺度上，XANES和EXAFS实验的分析以及DFT计算表明，初始产物中的Ni-Ni键（峰位~2.18 Å）将部分脱键形成Ni-C键（峰位~1.6 Å）电解后，表明Ni-Ni配位数减少4，而Ni-C配位数增加4。从态密度图可以看出，Ni的3d轨道与C的2p轨道在3.5-6 eV能量范围内的杂化也证明了Ni原子参与了碳结构的重建。5）最后，转化后的石墨碳可以分别作为高容量负极材料制成LIBs(342 mAhg-1)和KIBs(209 mAh g-1)，以理解电化学石墨化过程应用于储能。
Shijie Li, et al, Nickel-promoted Electrocatalytic Graphitization of Biochars for Energy Storage: Mechanistic Understanding using Multi-scale Approaches, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301985DOI: 10.1002/anie.202301985https://doi.org/10.1002/anie.202301985
4. Angew：具有高电解质保留能力的淀粉基超吸水凝胶和用于长寿命柔性锌-空气电池的协同界面工程
可穿戴电子产品的出现强烈刺激了人们对具有高理论能量密度、高固有安全性和低成本的柔性锌-空气电池 (ZABs) 探索的研究。然而，半开式电池结构和高浓度碱性水环境对电解液保持能力和锌负极稳定性提出了巨大挑战。近日，天津大学胡文彬教授，钟澄教授设计了一种具有大量带负电荷的羧基功能化的SSHPE，并将其应用于ZAB。1）在渗透过程的驱动下，SSHPE中含有羧酸根离子(COO-)和阳离子（例如K+）的链导致渗透梯度，这有助于水分子的高吸光度。此外，水分子可以通过氢键很好地保持在交联中。2）通过调整单体配比，可以获得离子电导率高、吸液保液能力强、耐碱性强的最佳配比。此外，由于羧基官能团与锌阳极之间的静电相互作用，合成的SSHPE通过形成电解质界面显示出高锌阳极稳定性。3）因此，制造的ZAB具有300小时的长循环寿命，远长于常用的基于PVA的电解质。由于上述进步，基于SSHPE的串联连接ZAB在不同弯曲状态下具有出色的柔韧性和耐用性，可为各种可穿戴电子产品提供动力。
Xiayue Fan, et al, Starch-Based Superabsorbent Hydrogel with High Electrolyte Retention Capability and Synergistic Interface Engineering for Long-Lifespan Flexible Zinc–Air Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202302640DOI: 10.1002/anie.202302640https://doi.org/10.1002/anie.202302640
5. Angew: 苯并恶嗪基酚醛树脂的环境制备实现长期可持续的过氧化氢光合成
在分子水平上合理设计聚合物结构，可以促进高性能光催化剂的迭代，并且可以用于从氧气和水中可持续地光催化生产过氧化氢（H2O2），这也为揭示反应机理奠定了基础。近日，萨里大学Liu Jian报道了苯并恶嗪基酚醛树脂的环境制备，并实现了长期可持续的过氧化氢光合成。1) 作者报道了一种在环境条件下聚合的苯并恶嗪基间氨基苯酚甲醛树脂（APFac），其与大多数聚合物光催化剂相比，它具有优异的H2O2产率和长期稳定性。并且，作者发现苯并恶嗪结构是APFac中至关重要的光催化活性片段。2) 氧/中间体在苯并恶嗪结构上的良好吸附和优异产物选择性加速了逐步单电子氧还原反应的动力学过程。该工作促进了苯并恶嗪基酚醛树脂的批量生产和工业应用的发展，并为非金属聚合物光催化剂的从头设计和分析提供了参考。
Xinyao Wang, et al. Ambient Preparation of Benzoxazine-based Phenolic Resins Enables Long-term Sustainable Photosynthesis of Hydrogen Peroxide Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202302829https://doi.org/10.1002/anie.202302829
6. Angew:在框架核酸上精确组织抗原表位有望构建新冠多肽疫苗
多肽疫苗的有效性常常受到免疫原性较差的表位影响。有鉴于此，苏州大学刘庄教授和上海大学孙乐乐副教授描述了一种基于框架核酸的多肽疫苗构建策略。1）具有可调刚性和大小的框架核酸（FNAs）作为自佐剂载体，可实现精确表位组织，并发现相对较大的表位间距和载体刚性可增强多肽疫苗效率。2）利用SARS-CoV-2的B细胞表位和T细胞表位构建了一种高效的新冠肺炎多肽疫苗原型，并验证了该原型疫苗能够有效触发小鼠的体液免疫反应。
Fengyun Shen, et al. Precise Epitope Organization with Self-adjuvant Framework Nucleic Acid for Efficient COVID-19 Peptide Vaccine Construction. Angew. 2023DOI：10.1002/anie.202301147https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202301147
7. Angew: 双金属协同作用和氢键作用实现CO2高效还原
将CO2选择性地还原为几种C1产物中的一种仍极具挑战性。近日，印度科学培养协会Abhishek Dey利用双金属协同作用和氢键作用实现CO2高效还原。1) 由于CO2不同ne-/nH+还原的热力学还原电势比较接近，并且和H+还原的还原电势也比较接近。作者利用Ni CO脱氢酶（Ni-CODH）活性位点的设计原理设计了由尿素片段桥接的双金属铁卟啉。2)这些配合物可以更快和更高选择性地将CO2还原为CO，并且作者发现了催化过程中的Ni-CODH型增强机制，其中两种金属中的一种结合并还原CO2，而另一种通过形成桥接的配合物来稳定被还原的物种并促进C-O键断裂。
Abhishek Dey, Bimetallic Cooperativity and Hydrogen Bonding Allow Efficient Reduction of CO2. Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202301760https://doi.org/10.1002/anie.202301760
8. AM: 用于有效可见光驱动CO2转化的2D-2D复合材料中的可调谐界面电荷转移
用于碳氢燃料生产的光催化CO2转化是实现碳中和的有效策略之一。然而，其转换效率仍然不能满足需求，主要是由于其严重的电荷转移电阻和缓慢的电荷动力学。近日，中国科学技术大学Jingxiang Low、淮北师范大学Dai Kai报道了用于有效可见光驱动CO2转化的2D-2D复合材料中的可调谐界面电荷转移。1) 作者报道了由二维（2D）纳米片（BMOVs）和二维铋钌复合物（Bi/BMOVs）组装的氧空位修饰钼酸铋纳米花上的可调界面电荷转移，其可用于光催化CO2转化。通过对BMOV和铋钌之间形成的欧姆接触进行细致设计，作者可以调节界面电荷转移电阻。根据密度泛函理论（DFT）模拟，可以确定这种异常的电荷动力学归因于欧姆接触的可调谐内置电场（IEF）。2) 因此，Bi/BMOV的光催化CO2还原性能（CO和CH4生成速率分别为169.93和4.65μmol g−1 h−1）比原始BMO的光催化二氧化碳还原性能（CO和CH4生成率分别为16.06和0.51μmol g−1 h−1）高约10倍。该工作中报道的欧姆接触可调界面电阻为设计用于能源和环境应用的高效光催化剂提供了重要线索。
Lizhong Liu, et al. Tunable Interfacial Charge Transfer in 2D-2D Composite for Efficient Visible-Light-Driven CO2 Conversion Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202300643https://doi.org/10.1002/adma.202300643
9. AM: 通过Ir在高熵合金中调控电子结构实现高活性和耐用酸性电解水催化剂
质子交换膜电解水（PEMWE）需要一种高效耐用的HER和OER双功能电催化剂。近日，汉阳大学Taeseup Song、Taeseup Song、韩国建国大学Hyuksu Han通过Ir在高熵合金中调控电子结构实现高活性和耐用酸性电解水催化剂。1) 作者使用具有两种元素（X:Fe和Mn）的ZnNiCoIrX高熵合金（HEA）平台设计了Ir基电催化剂，并且其在真空系统中通过脱合金化能够将Zn作为牺牲元素来构建具有高结晶度的纳米多孔结构。此外，Mn掺入HEAs使Ir位点的电子结构发生了调整，从而导致d带中心远离费米能级。d带中心的下移削弱了与反应中间体的吸附能，进而有利于催化反应。2) 尽管Ir含量较低，但ZnNiCoIrMn在-50 mA cm−2时HER过电位仅为50 mV，且在10 mA cm−2的OER过电位为237 mV。此外，ZnNiCoIrMn上的HER和OER在100小时内能够保持恒定电压，表明HEA具有优异稳定性。
Jiseok Kwon, et al. Tailored electronic structure of Ir in high entropy alloy for highly active and durable bi-functional electrocatalyst for water splitting under acidic environment. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202300091https://doi.org/10.1002/adma.202300091
10. AM：碳上稳定单核 Cu (I) Cl 物种的反应诱导形成用于低足迹氯乙烯生产
铜催化剂由于其无毒和高稳定性而成为通过乙炔氢氯化法生产无汞氯乙烯(VCM)的有吸引力的候选者。然而，尚未完全了解纳米级Cu基催化剂的最佳结构。为了解决这一差距，苏黎世联邦理工学院Javier Pérez-Ramírez修改了金属前体和退火温度，以在未修改的碳载体上制备氯化或无配体形式的铜纳米粒子或单原子。1）反应评估揭示了所有材料的性能与单原子催化剂稳定的VCM生产率的显着收敛。2）通过先进的显微镜、准原位和操作光谱以及模拟进行的深入表征揭示了反应诱导形成的低价单原子Cu(I)Cl位基序，与初始纳米结构无关。各种表面氧基团通过稳定单原子CuClx物种来促进纳米粒子再分散。锚定位点结构不会强烈影响乙炔吸附能或它们在稳定关键反应中间体中发挥的关键作用。3）生命周期评估证明了铜催化剂相对于最先进的替代品的潜在环境效益。研究工作有助于更好地了解最佳金属形态，并强调用于VCM生产的铜基催化剂的可持续性。
Dario Faust Akl, et al, Reaction-Induced Formation of Stable Mononuclear Cu(I)Cl Species on Carbon for Low-Footprint Vinyl Chloride Production, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211464https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211464
11. AM：硫化铁纳米粒子自组织成复杂的多隔室超粒子
纳米级组件的自组装隔间存在于所有生命形式中。它们的特征尺寸在 50-1000 纳米范围内，通常由各种生物有机“构建块”组装而成。在这些中尺度隔间执行的各种功能中，保护内容物免受环境影响是核心。许多生物医学、生物化学和生物技术过程都需要从技术上友好的无机纳米粒子 (NPs) 中寻找类似复杂和功能性粒子的合成途径。近日，密歇根大学安娜堡分校Nicholas A. Kotov，J. Scott VanEpps展示了FeS2 NPs 通过重组这些杯状亚稳态纳米组件自组装成具有多个内腔的分隔的中尺度颗粒。1）mSP 的复杂性和组织与在病毒中观察到的相似或相同，纳米级隔间可以有效地保护货物免受热和其他环境因素的影响，这是疫苗部署的最大瓶颈之一。2）研究人员证明了mSP可以在高达70°C的温度下保护和递送DNA货物。mSP的应用可以大大提高疫苗的可及性。基于mSP组装-拆卸机制的简单性，有望将mSP用于基因治疗和其他医学以及生物技术领域的可能性。但是，必须考虑分子的稳定性。例如，mRNA封装，类似于当前的SARS-CoV-2疫苗，103,可能需要额外的修饰，例如5'cap、假尿苷修饰或序列优化以增加封装前的稳定性。此外，必须平衡NP和mRNA的静电相互作用，以允许在细胞中完全释放。
E. Sumeyra Turali-Emre, et al, Self-Organization of Iron Sulfide Nanoparticles into Complex Multi-Compartment Supraparticles, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211244https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211244
12. AM: 单原子纳米岛（SANIs）：一种适用于多相催化应用的稳健原子-纳米系统
来自中国的张涛院士及其同事于2011年设计了第一个Pt1/FeOx单原子催化剂，并在多相催化领域提出了“单原子催化”的概念。而载体上的活性金属单原子位点容易迁移和聚集，从而导致其催化性能变差；或者金属原子和载体之间的化学键太强，导致催化活性位点钝化。有鉴于此，广东石油化工学院Li Zesheng、广西师范大学Li Qingyu报道了单原子纳米岛（SANIs）的概念。1) 作者设计了“纳米岛”型SAC，其活性金属原子被隔离在“岛”上，从而可以在各自的“岛”内移动，但不能进行跨越“岛”的迁移，进而实现单原子的动态约束设计（即“移动但不聚集”的设计理念）。此外，作者提出了“单原子-纳米岛（SANIs）”的新概念来描述多相催化领域中的类似“原子-纳米”系统。2) 作者将SANI分为三类：“一个岛-一个原子”、“一个岛屿-多个原子”和“岛-海协同”架构。最后，作者综述了SANIs在多相催化（即热催化、电催化和光催化）领域的科学意义和应用原理，并对SANI面临的挑战进行了展望。
Zesheng Li, et al. Single-Atom Nano-Islands (SANIs): A Robust Atomic–Nano System for Versatile Heterogeneous Catalysis Applications. Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211103https://doi.org/10.1002/adma.202211103
