1. Nature Review Chemistry：储能装置中的阴离子化学
虽然阴离子是电解质的重要组成部分，但其作用一直被忽视。然而，自2010年代以来，阴离子化学在一系列储能设备中的研究有了相当大的增长。近日，香港城市大学支春义、俄勒冈州立大学纪秀磊综述研究了储能装置中的阴离子化学。1) 通过对阴离子进行有效调节，可以在许多方面提高储能设备的电化学性能。作者讨论了阴离子化学在各种储能装置中的作用，并阐明了阴离子性质与其性能指标之间的相关性。2) 作者强调了阴离子对表面和界面化学、传质动力学和溶剂化鞘结构的影响。最后，作者展望了阴离子化学在提高储能器件的比容量、输出电压、循环稳定性和抗自放电能力方面的挑战和机遇。
Zhaodong Huang, et al. Anion chemistry in energy storage devices Nature Review Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41570-023-00506-whttps://doi.org/10.1038/s41570-023-00506-w
2. Chem. Rev.：实现复杂、高性能多结器件的高度有序小分子有机半导体薄膜
有机半导体具有许多新型电子应用，其特性包括灵活性、低成本制造和生物相容性，以及由于制造过程中的低能耗而提高的生态可持续性。而大多数电流器件由高度无序的薄膜制成，导致其较差的传输特性，并最终降低器件性能。在这里，德累斯顿理工大学Karl Leo综述研究了制备高度有序有机半导体薄膜的技术，以获得快速高效的器件以及新型器件。1) 作者对实现与标准半导体制造工艺兼容并适用于复杂器件的这种高度有序层的各种方法进行讨论，并特别关注的是利用小分子非晶层的热处理来产生晶体薄膜的方法。这项技术首次被证明适用于红荧烯，其是一种具有优良传输特性的有机半导体。2) 此外，作者还讨论了最近的实验进展，表明这些高度有序的层具有优异的横向和垂直迁移率，并且可以通过电掺杂以实现高的n型和p型导电率。这就有可能将这些高度有序的层集成到专门的器件中，例如高频二极管或用于有机物的全新器件原理。
Michael Sawatzki-Park, et al. Highly Ordered Small Molecule Organic Semiconductor Thin-Films Enabling Complex, High-Performance Multi-Junction Devices. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.2c00844https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.2c00844
3. Chem. Rev.：多相催化的中子散射研究
了解催化剂的结构动力学/演化以及相关的表面化学对于建立结构-催化关系至关重要，其中光谱和散射工具发挥着至关重要的作用。在许多这样的工具中，中子散射虽然鲜为人知，但在研究催化现象方面具有独特的优势。近日，美国橡树岭国家实验室Wu Zili、Anibal J. Ramirez-Cuesta、卢瑟福·阿普尔顿实验室Stewart F. Parker、格拉斯哥大学David Lennon综述研究了多相催化的中子散射。1) 由于中子与物质的原子核相互作用，中子-核子相互作用提供了关于轻元素（主要是氢）、相邻元素和同位素的独特信息，这与基于X射线和光子的技术是互补的。中子振动光谱法是多相催化研究中最常用的中子散射方法，它提供了表面/本体物质（主要是含氢物质）和反应化学的化学信息。2) 中子衍射和准弹性中子散射也可以提供关于催化剂结构和表面物种动力学的重要信息。而其他中子方法，如小角度中子散射和中子成像，使用较少，但仍能提供独特的催化信息。作者全面概述了非均相催化中子散射研究的最新进展，重点介绍了中子光谱、衍射、准弹性中子散射和其他中子技术揭示的表面吸附质、反应机理和催化剂结构变化。展望了多相催化中子散射研究的挑战和未来机遇。
Xinbin Yu, et al. Neutron Scattering Studies of Heterogeneous Catalysis. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00101https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.3c00101
4. Science Advances：用于医疗应用的高压电、可生物降解和柔性氨基酸纳米纤维
氨基酸晶体是一种有吸引力的压电材料，因为它们具有超高的压电系数，并且对于医疗植入物应用具有吸引力的安全性。不幸的是，由甘氨酸晶体制成的溶剂流延膜很脆，很快溶解在体液中，并且缺乏晶体取向控制，从而降低了整体压电效应。鉴于此，康涅狄格大学的ThanhD. Nguyen、Horea Ilies和Kazem Kazerounian等提出了一种材料加工策略，以制造嵌入聚己内酯（PCL）中的甘氨酸晶体的可生物降解、柔性和压电纳米纤维。 1）甘氨酸PCL纳米纤维膜表现出稳定的压电性能，具有334kPa的高超声输出，这优于最先进的可生物降解换能器。2）使用这种材料制造了一种可生物降解的超声换能器，以促进化疗药物向大脑的递送。该装置显著提高了原位胶质母细胞瘤模型小鼠的动物存活时间（两倍）。3）本文提出的压电甘氨酸PCL不仅可以为胶质母细胞瘤的治疗提供一个极好的平台，而且可以为发展医疗植入领域提供一个良好的平台。
Meysam T. Chorsi, et al. Highly piezoelectric, biodegradable, and flexible amino acid nanofibers for medical applications. Sci. Adv.9, eadg6075(2023).DOI:10.1126/sciadv.adg6075 https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6075
5. Nature Communications：水合锌离子的配位调控以提高锌电池的氧化还原性
锌的枝晶生长和包括析氢在内的副反应往往会降低锌基电池的性能。这些问题与水合锌离子的去溶剂化过程密切相关。鉴于此，山东大学化学化工学院张进涛教授研究团队表明，通过调节酚磺酸锌和4-甲苯磺酸四丁基铵作为电解质家族的配位微环境，可以实现对水合锌离子溶剂化结构和化学性质的有效调节。
1）理论理解和原位光谱分析表明，氢键网络中共轭阴离子的良好配位使水合锌离子的活化水分子最小化，从而提高了锌/电解质界面的稳定性，抑制了枝晶生长和副反应。2）锌电极以17.7 mV的低过电位可逆循环2000小时以上，具有聚苯胺正极的全电池在10000次循环中表现出令人印象深刻的循环稳定性。3）这项工作为在溶剂化调制和界面调节的双重作用下为高性能锌基电池和其他电池设计先进的电解质提供了鼓舞人心的基本原理。
Chen, S., Ji, D., Chen, Q. et al. Coordination modulation of hydrated zinc ions to enhance redox reversibility of zinc batteries. Nat Commun 14, 3526 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-39237-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-39237-3
6. Joule：氧化物层涂层使基于氧硫化物的光催化剂片能够在大气压下驱动水分解
面临能源危机，新能源技术受到越来越多的关注。近日，信州大学 Kazunari Domen报道了氧化物层涂层使基于氧硫化物的光催化剂片能够在大气压下驱动水分解。1) 在4kPa下，作为析氢光催化剂（HEP）的掺杂La5Ti2Cu0.9Ag0.1O7S5、作为析氧光催化剂（OEP）的BiVO4和作为导体层的Au组成光催化剂片在整全解水中表现出0.67%的太阳能-氢能转换效率（STH）。然而，由于反向反应，光催化剂片在升高的压力下会失去其活性。作者发现这种活性损失可以通过用无定形SiO2层涂覆片材来抑制。2) 此外，与广泛使用的无定形TiO2涂层不同，SiO2涂层在高温下仍保持其性能，并在90 kPa和333 K下表现出0.41%的STH。该研究结果表明，通过使易于发生反向反应的窄带隙材料光催化剂片功能化，从而允许其在户外环境中使用，并为实际的太阳能制氢铺平了道路。
Swarnava Nandy, et al. Oxide layer coating enabling oxysulfide-based photocatalyst sheet to drive Z-scheme water splitting at atmospheric pressure. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.05.018https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.05.018
7. JACS：水的加速传输：催化型锆金属有机框架内的气相神经毒剂模拟物输送与相对湿度的关系
锆基金属有机框架（MOFs）是有效解毒神经毒剂的候选材料，因为它们具有热稳定性和水稳定性，以及高密度的催化性Zr位点。然而，作为高孔隙率的材料，Zr-MOFs的大部分活性位点只能通过扩散进入晶体内部。因此，神经剂在纳米孔中的传输是影响Zr-MOFs催化性能的一个重要因素。鉴于此，西北大学的Joseph T. Hupp和Randall Q. Snurr团队研究了在不同湿度的实际条件下，气相神经毒剂模拟物——甲基膦酸二甲酯（DMMP）通过代表性Zr-MOF-NU-1008的传输过程和机制。1）共聚焦拉曼显微镜被用来监测DMMP蒸汽通过单个NU-1008晶体的运输，其中环境的相对湿度（RH）被调整以了解水的影响。2）与此相反的是，MOF通道中的水非但没有阻碍DMMP的运输，反而有助于DMMP的扩散。事实上，NU-1008中DMMP的运输扩散率（Dt）在70%RH时比0%RH时高一个数量级。3）为了了解这一机制，进行了魔角旋转核磁共振和分子动力学模拟，结果表明，通道中的高水含量阻止了DMMP与结点的氢键结合，使得DMMP在通道中的扩散速度加快。观察到DMMP的模拟自扩散性（Ds）是与浓度有关的。4）在DMMP的低负载下，Ds在70%RH时比0%RH时更高，而在高负载下，由于DMMP在水中的聚集和通道中自由体积的减少，趋势发生了逆转。
Rui Wang, et al. Water-Accelerated Transport: Vapor-Phase Nerve Agent Simulant Delivery within a Catalytic Zirconium Metal–Organic Framework as a Function of Relative Humidity. Journal of the American Chemical Society Article ASAPDOI: 10.1021/jacs.3c03708https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c03708
8. JACS：电活性金属聚合物在电极表面的自然组装：[2Fe–2S]金属聚合物在中性水中增强电催化制氢
附着在电极表面的分子催化剂可以提供同质和异质催化的优点。不幸的是，一些被限制在表面的分子催化剂会失去大部分或全部的溶液性能。然而，亚利桑那大学的Dennis L. Lichtenberger、Jeffrey Pyun和Richard S. Glass等发现，当小分子[2F-2S]催化剂被纳入PDMAEMA-g-[2F-2S]（PDMAEMA=聚（2-二甲基氨基）乙基甲基丙烯酸酯）形式的金属聚合物并吸附在表面时，观察到的产氢率增加到kobs > 105 s-1，每个活性点的过电位较低，寿命增加，并对氧气有耐受性。1）比较了这些具有不同长度聚合物链的金属聚合物的电催化性能，以揭示导致这种高性能的因素。2）预计较小的金属聚合物会有较快的速率，因为电子和质子转移到更多的活性位点，但实验表明，每个活性位点的催化速率与聚合物的大小无关。3）分子动力学模型显示，高性能是这些金属聚合物吸附在表面的结果，其自然组装使[2F-2S]催化位点与电极表面紧密接触，同时保持位点在溶液中暴露于质子。这种组装有利于快速的电子转移、快速的质子转移，并且无论聚合物的大小如何，都有很高的催化率。4）这些结果为提高其他电催化剂的性能提供了指导，将其纳入聚合物中，使催化剂与电极和溶液有最佳的互动。
Kayla E. Clary, et al. Natural Assembly of Electroactive Metallopolymers on the Electrode Surface: Enhanced Electrocatalytic Production of Hydrogen by [2Fe–2S] Metallopolymers in Neutral Water. Journal of the American Chemical Society Article ASAPDOI: 10.1021/jacs.3c03379https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c03379
9. JACS：通过动态金属配体促进CO2电化学还原
异相催化剂的界面能够调控反应中间体的吸附行为，从而决定反应速率。但是，经典静态催化位点通常受限于吸附物的线性标度关系。有鉴于此，中国科学技术大学耿志刚等发展了一种三唑修饰Ag晶体催化剂，具有可逆的动态界面结构，打破催化标度关系规律，显著提高CO2电催化还原为CO的性能。1）通过表面研究测试和理论计算，发现通过金属-配体共轭效应，Ag(111)晶面的吸附三唑分子和三唑基吸附之间实现动态转化。在CO2电催化还原反应中，Ag-三唑通过动态配体转化，实现了98 %的CO选择性，CO的部分电流密度达到-802.5 mA cm-2。2）这种金属-配体动态配位效应不仅降低CO2质子化的活化能的能垒，而且导致反应决速步骤从CO2质子化转变为切断COOH吸附中间体物种的C-OH化学键。这项工作从原子尺度理解如何通过异相催化剂的界面工程实现高效CO2电化学还原。
Xiangdong Kong, et al, Dynamic Metal–Ligand Coordination Boosts CO2 Electroreduction, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04143https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c04143
10. JACS：单原子Ru1/UiO-66催化甲烷羟基化100%选择性
在温和反应条件进行甲烷选择性氧化制备高附加值氧化衍生物受到人们广泛关注。目前性能最突出的担载型金属催化剂能够显著改善甲烷的催化转化，但是无法避免氧化产物的深度氧化。有鉴于此，中科院大连化物所王晓东、林坚、福州大学林森等报道MOF担载单原子Ru催化剂Ru1/UiO-66，使用H2O2作为氧化剂，进行甲烷羟基化氧化，在甲烷的氧化反应中实现了接近100 %选择性，TOF达到185.4 h-1。1）Ru1/UiO-66的氧化产物产率比未修饰Ru的UiO-66性能提高一个数量级，比担载型Ru纳米粒子或者其他Ru单原子催化剂的性能高数倍，而且不存在以往的催化剂面临的生成CO2问题。2）通过详细的表征和DFT计算，说明缺电子Ru1和电子富集Zr-oxo之间产生协同催化作用。Ru1位点通过Ru1=O*用于活化CH4分子，Zr-oxo簇生成氧自由基物种用于生成氧化产物。而且，修饰单原子Ru1的Zr-oxo能够将过量H2O2转变为没有催化活性的O2而不是具有催化活性的·OH，从而避免产物的过度氧化。
Geqian Fang, et al, Retrofitting Zr-Oxo Nodes of UiO-66 by Ru Single Atoms to Boost Methane Hydroxylation with Nearly Total Selectivity, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c02121https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02121
11. JACS：碘烯纳米片-碘分子同素异性转变可用于强化抗菌
碘作为对细菌、真菌和病毒具有有效和广谱的抗菌活性，是广泛应用的临床消毒剂。然而，由于其稳定性和生物相容性较差，目前的碘剂仍然局限于局部应用，如仪器消毒和皮肤/粘膜感染的治疗。为此，中科院上硅所施剑林和林翰提出利用新兴的二维碘烯纳米材料对活体感染性疾病进行抗菌治疗。1）通过简单环保的超声辅助液体剥离手段，作者制备了碘烯纳米片，其具有I–I化学键的弯曲碘链，并且这些链通过沿a轴的弱范德华相互作用堆叠形成链折叠片层结构。2）碘烯可在感染微环境中与H2O2反应，自发地经历原位同素异形转变并释放活性HIO和I2分子。通过同素异形体转化原位产生活性HIO和I2分子，碘烯对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和铜绿假单胞菌具有增强的抗菌效果，因此可进一步治疗细菌性伤口感染和肺炎。
Yanling You, et al. Iodinene Nanosheet-to-Iodine Molecule Allotropic Transformation for Antibiosis. JACS. 2023https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c02669
12. JACS：Pt1-Ptn-TiN光催化制氨
稳定的金属氮化物是绿色氨-氢能领域具有前景的催化剂材料。其中，MN还原加氢生成MN1-x是催化或者化学链过程必不可少的步骤。但是由于需要生成M-NH1-3表面物种，导致在温和反应条件生成还原加氢的物种非常困难。有鉴于此，多伦多大学Geoffrey A. Ozin、华中师范大学张礼知、中科院高能物理研究所郑黎荣等报道发现TiN催化剂表面Ti-NH1-3物种的累积能够通过光化学条件和Pt1-Ptn在N2-H2条件实现缓解，因此通过光化学方式加快活化N2。1）TiN在光化学反应中选择性生成Ti-NH，Pt1-Ptn能够将生成的Ti-NH转化为NH3。研究发现反应中生成的NH3主要来自TiN还原，少部分来自活化N2。Pt1-Ptn-TiN的关键特点是将Pt1-Ptn的动力学和光化学促进生成Ti-NH1-3同时避免Ti-NH1-3累积。动态Pt原子能够降低界面Ti-NH1-3物种的稳定性，这种降低其稳定性是因为Pt-N的成键作用比Ti-N更弱，因此能够形成Ti-NH1-3-Pt。2）本文研究有助于发展高活性的氮化物合成氨催化剂，并且打破传统的Haber-Bosch过程。本文首次发现，光活化促进生成Ti-NH1-3而且具有较高的Ti-NH选择性，这种光作用于具有plasmonic效应的TiN产生光热效应，以及瞬态暗催化循环和激发态光化学，使得Ti-NH1-3产生变化的基态。
Chengliang Mao, et al, Photochemical Acceleration of Ammonia Production by Pt1-Ptn-TiN Reduction and N2 Activation, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c01947https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c01947
