1. Chem. Rev.: 聚合物半导体的合成、加工和应用
由碳基π共轭主链组成的聚合物半导体作为各种有机电子器件的活性层备受关注，因为它们结合了金属和半导体的导电性以及塑料的机械性能。共轭材料的性能既取决于它们的化学结构，也取决于固态多级微观结构。尽管科研工作者已经做出了巨大努力，但其固有分子结构、微观结构和器件性能之间关系仍不明确。近日，北京大学裴坚综述研究了聚合物半导体的合成、加工和应用。1)作者从材料设计和相关合成策略、多层微结构、加工技术和功能应用等方面综述了聚合物半导体近几十年的发展。特别强调了聚合物半导体的多级微结构，以及它在决定器件性能方面起着决定性的作用。2) 作者概括了聚合物半导体的研究全景，并在化学结构、微观结构和器件性能之间架起了一座桥梁。最后，作者讨论了聚合物半导体研究与开发的巨大挑战和未来机遇。
Ding Li, et al. Polymer Semiconductors: Synthesis, Processing, and Applications. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00696https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00696
2. Nature Commun.：用于体热收集的可扩展生产的 3D 弹性热电网络
柔性热电发电机可以通过收集人体热量为可穿戴电子设备供电。然而，现有的热电材料很少同时实现高柔性和输出性能。在这里，哈工大Zhiguo Liu，Feng Cao，Qian Zhang提出了一种简便、经济高效且可扩展的两步浸渍方法，用于制造具有出色弹性和卓越热电性能的三维热电网络。1）网状结构赋予这种材料超轻的重量（0.28 g cm−3 ）、超低的热导率（0.04 W m−1 K−1 ）、适度的柔软度（0.03 MPa）和高伸长率（>100%）。2）获得的基于网络的柔性热电发电机实现了 4 μW cm-2 的相当高的输出功率，甚至可以与最先进的基于体的柔性热电发电机相媲美。
Liu, Y., Wang, X., Hou, S. et al. Scalable-produced 3D elastic thermoelectric network for body heat harvesting. Nat Commun 14, 3058 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-38852-4https://doi.org/10.1038/s41467-023-38852-4
3. Nature Commun.：在环境条件下由环己酮和亚硝酸盐电合成尼龙-6前体
环己酮肟是一种重要的尼龙6前体，通常通过环己酮-羟胺(NH2OH)和环己酮氨氧化方法合成。这些策略需要复杂的程序、高温、贵金属催化剂以及有毒的SO2或H2O2。在这里，天津大学张兵教授，Yongmeng Wu报道了一种在环境条件下使用低成本Cu-S催化剂从亚硝酸盐(NO2-)和环己酮合成环己酮肟的一步电化学策略，避免了复杂的程序、贵金属催化剂和H2SO4/H2O2的使用。1）该策略产生92%的产率和99%的环己酮肟选择性，与工业路线相当。2）该反应经历了NO2-→NH2OH→肟反应途径。这种电催化策略适用于其他肟的生产，突出了方法学的普适性。3）放大电解实验和技术经济分析证实了其实用潜力。该研究为环己酮肟的替代生产开辟了一条温和、经济、可持续的途径。
Wu, Y., Zhao, J., Wang, C. et al. Electrosynthesis of a nylon-6 precursor from cyclohexanone and nitrite under ambient conditions. Nat Commun 14, 3057 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-38888-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-38888-6
4. Nature Commun.：以蒲公英为灵感的光驱动微型飞行器
在自然界中，许多植物进化出了多种飞行机制，通过风传播种子并传播其遗传信息。近日，受蒲公英种子飞行机制的启发，来自天津大学材料科学与工程学院的Wei Feng，Ling Wang等人开发了基于超轻和超灵敏管状双晶软致动器的受蒲公英启发的光驱动微型飞行器。1) 该研究开发的这种微型飞行器就像自然界中的蒲公英种子一样，通过调整“pappus”在不同光照射下的变形程度，可以很容易地控制在空气中的下落速度，并且由此产生的微型飞行器能够在光源上方实现半空中飞行，持续飞行时间约为8.9 s，最大飞行高度~350 mm，这主要得益于独特的蒲公英状3D结构；2) 此外，该研究所得到的飞行器展现出伴随自转运动的光驱动向上飞行，并且通过设计双晶软致动器膜的形状可编程性，可以在顺时针或逆时针方向定制旋转模式，这一研究可以为开发无约束和节能的人工飞行器提供新的见解，对从环境监测和无线通信到未来的太阳能帆和机器人航天器的许多应用都具有至关重要的意义。
Chen, Y., Valenzuela, C., Zhang, X. et al. Light-driven dandelion-inspired microfliers. Nat Commun 14, 3036 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-38792-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-38792-z
5. Nature Commun.：化学链光催化甲烷制备乙酸
甲烷的氧化羰基化是合成乙酸的好方法，但是通常该反应需要额外试剂。有鉴于此，中国科学技术大学熊宇杰、龙冉等报道通过光催化方法，无需额外加入其他试剂，将CH4转化为乙酸。1）通过PdO/Pd-WO3异质结界面复合光催化剂，这种光催化材料具有活化CH4的位点和C-C偶联位点。通过原位表征，CH4在Pd位点解离生成甲基，其中PdO的氧原子用于生成羰基，随后甲基和羰基转化为乙酸。2）使用光化学流动相反应器，能够以1.5 mmol gPd-1h-1的速率和91.6 %的选择性生成乙酸。本文工作说明材料设计用于控制反应的中间体，用于将CH4转化为氧化衍生物。
Wenqing Zhang, et al, Light-driven flow synthesis of acetic acid from methane with chemical looping. Nat Commun 14, 3047 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-38731-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-023-38731-y
6. Nature Commun.：双向热调节水凝胶复合材料用于自主热稳态
热稳态是保持人体内复杂器官最佳状态的重要生理功能。近日，受此功能的启发，来自韩国高级科学技术研究院材料科学与工程系的Steve Park等人开发了一种自主热稳态水凝胶。1) 该研究开发的这种水凝胶包括用于改善低温下的热捕获的红外反射和吸收材料，以及用于增强高温下蒸发冷却的多孔结构，并且还设计了一种优化的膨胀模式作为热阀，以进一步放大高温下的热量释放；2) 此外，这种稳态水凝胶提供了有效的双向温度调节，当外部温度分别为5 °C和50°C，其与36.5 °C的正常体温偏差为5.04±0.55 °C和5.85±0.46 °C，这种水凝胶的自主体温调节特性可能为患有自主神经系统疾病和易受突然温度波动影响的软机器人的人提供潜在的解决方案。
Park, G., Park, H., Seo, J. et al. Bidirectional thermo-regulating hydrogel composite for autonomic thermal homeostasis. Nat Commun 14, 3049 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-38779-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-38779-w
7. Nature Commun.：粘性力形成的摩擦流体不稳定性
涉及颗粒材料的多相流是复杂的，并且容易由相互竞争的机械和流体动力学相互作用引起图案形成。近日，来自斯旺西大学化学工程系的Bjørnar Sandnes等人研究了颗粒推土和入侵流体中粘性压力梯度的稳定作用之间的相互作用。1) 该研究发现，将水溶液注入干燥的疏水颗粒层中代表了一种粘性稳定的情况，在这种情况下，随着粘性力的增加，研究观察到从单个摩擦指状物的生长转变为多个摩擦指状体的同时生长；2) 此外，研究也发现内部的粘性压力梯度使得该图案会更加地紧凑，最终导致摩擦指的前部达到完全稳定，从而以径向辐条图案的形式前进。
Zhang, D., Campbell, J.M., Eriksen, J.A. et al. Frictional fluid instabilities shaped by viscous forces. Nat Commun 14, 3044 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-38648-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-38648-6
8. Nature Commun.：KTaO3异质界面超导体的自发旋转对称性破缺
断裂对称性在超导电性中起着重要作用，并对其许多性质产生了重要影响。了解这些对称破缺态对于阐明非平凡超导体中各种奇异的量子行为至关重要。鉴于此，来自复旦大学表面物理国家重点实验室和物理系的Wei Li，上海理工大学Jun Li和Yanru Song，中国科学院物理研究所Jie Shen等人报道了在超导转变温度为1.86 K的非晶a-YAlO3/KTaO3（111）异质界面自发旋转对称破坏超导性的实验观察。1) 该研究发现，面内场中的磁阻和超导临界场在超导态深处都表现出惊人的双重对称振荡，而各向异性在正常状态下消失，这表明它是超导相的固有性质；2) 该研究将这种行为归因于混合宇称超导态，它是由a-YAlO3/KTaO3异质界面反转对称性破坏所固有的强自旋轨道耦合引起的s波和p波配对分量的混合，这一工作表明了KTaO3异质界面超导体中潜在配对相互作用的非常规性质，并为理解人工异质界面的非平凡超导性质带来了新的广阔前景。
Zhang, G., Wang, L., Wang, J. et al. Spontaneous rotational symmetry breaking in KTaO3 heterointerface superconductors. Nat Commun 14, 3046 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-38759-0https://doi.org/10.1038/s41467-023-38759-0
9. JACS：Cu,Zn/N,P-多孔碳实现高性能Zn金属电池
Zn枝晶生长以及其寄生反应严重的阻碍了Zn金属电极电池的实际应用性能，有鉴于此，香港城市大学楼雄文、南洋理工大学Deyan Luan等报道将原子分散Cu、Zn位点修饰在N,P共掺多孔碳纤维基底，得到一种能够促进弱酸性电解液Zn金属电池性能的三维催化材料。1）3D大孔骨架结构很好的缓解结构应力，阻碍Zn枝晶生长，在空间上促进Zn2+均匀。而且，由于与N、P配位的Cu原子和Zn原子均匀分布，从而提供丰富的Zn成核位点。2）Cu/Zn/N/P-CMFs电极实现了非常低的Zn成核过电势、高可逆性，Zn沉积过程没有枝晶产生。Cu/Zn/N/P-CMFs-Zn能够在2 mA cm-2和2 mAh cm-2实现稳定的Zn沉积/剥离，而且极化程度非常低。通过与MnO2电极构建全电池，在严苛环境运行，实现非常优异的循环性能。
Yinxiang Zeng, et al, Atomically Dispersed Zincophilic Sites in N,P-Codoped Carbon Macroporous Fibers Enable Efficient Zn Metal Anodes, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c03030https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c03030
10. AEM: 具有可逆混合阴离子和阳离子氧化还原的Na-Mg-Fe-Mn-O正极
钠离子电池（NIBs）在电网规模的储能中极具应用前景。然而，由于缺乏非钴、非镍的正极材料，导致其成本效益较低。近日，中国科学院胡勇胜、容晓晖、Xiao Dongdong、麻省理工学院李巨报道了具有可逆混合阴离子和阳离子氧化还原的Na-Mg-Fe-Mn-O正极。1) Mg2+被成功地用于活化Fe/Mn基层状正极中的氧氧化还原反应，以实现可逆的阴离子和阳离子混合氧化还原能力。在没有O损耗的情况下，实现了≈210 mAh g−1的高电容量和平衡充放电效率，并且具有$2.02 kWh−1的能源成本。2) 在没有预钠化的情况下，含有硬碳负极的全电池具有超过≈280 Wh kg−1的能量密度，并且在100次循环后具有85.6%的良好容量保持率。通过对电荷补偿机制和结构演变进行了全面分析，作者证实了Fe3+向Na层的部分可逆迁移导致电压和容量损失，从而为低成本NIB正极的进一步改进提供了线索。
Yaoshen Niu, et al. Earth-Abundant Na-Mg-Fe-Mn-O Cathode with Reversible Hybrid Anionic and Cationic Redox. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202300746https://doi.org/10.1002/aenm.202300746
11. ACS Nano：在用于高性能钠金属阳极的 3D 金属支架上构建快速离子传导通路
构建3D电子传导支架已被证明是缓解严重的枝晶生长和钠(Na)金属阳极无限体积变化的有效方法。然而，电镀钠金属不能完全填充这些支架，尤其是在高电流密度下。在此，西安交通大学Xiaofei Hu，丁书江教授，达特茅斯学院李玮瑒教授揭示了3D支架上均匀的Na电镀与表面Na+电导率密切相关。1）作为概念证明，研究人员合成了在泡沫镍上生长的NiF2空心纳米碗(NiF2@NF)，以在3D支架上实现均匀的Na电镀。NiF2可以电化学转化为富含NaF的SEI层，从而显着降低Na+离子的扩散势垒。沿Ni骨架生成的富含NaF的SEI层创建了3D互连离子传导通路，并允许Na+在整个3D支架中快速转移，从而实现密集填充和无枝晶的Na金属阳极。2）因此，由相同的Na/NiF2@NF电极组成的对称电池显示出持久的循环寿命，具有极其稳定的电压分布和小的滞后，特别是在10 mA cm-2的高电流密度或10 mAh cm-2的大面积容量下。此外，用Na3V2(PO4)3正极组装的全电池在5 C的高电流下循环300次后表现出97.8%的优异容量保持率。
Xuan Lu, et al, Building Fast Ion-Conducting Pathways on 3D Metallic Scaffolds for High-Performance Sodium Metal Anodes, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c01759https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01759
