1. Nature Materials：适用于所有水凝胶生物电子界面的3D可打印高性能导电聚合物水凝胶

由于导电性和类组织机械性能的独特结合，导电聚合物水凝胶已成为与生物系统进行生物电子接口的一种有前途的候选者。然而，尽管最近取得了一些进展，但在生理环境中开发具有优异电学和力学性能的水凝胶仍然具有挑战性。鉴于此，来自麻省理工学院机械工程系的Xuanhe Zhao和Hyunwoo Yuk，江西科技师范大学Baoyang Lu等人开发道了一种双连续导电聚合物水凝胶。        

本文要点：

1) 该研究开发的这种水凝胶同时实现了高电导率（超过11 S·cm⁻¹）、拉伸性（超过400%）和断裂韧性（超过3300 J·m⁻²），并且能够高效地应用于包括3D打印在内的多种先进制造方法；

2) 此外，研究借助这些特性，进一步展示了单片全水凝胶生物电子界面的多材料3D打印，并将其用于大鼠模型中各种器官的长期电生理记录和刺激。

Zhou, T., Yuk, H., Hu, F. et al. 3D printable high-performance conducting polymer hydrogel for all-hydrogel bioelectronic interfaces. Nat. Mater. (2023).

10.1038/s41563-023-01569-2

https://doi.org/10.1038/s41563-023-01569-2      

2. Nature Energy：高性能全固态锂离子电池中硬质碳稳定的锂硅负极

具有锂金属负极或硅负极的全固态电池（ASSB）是实现高能量密度和提高安全性的有效候选者，但它们受到锂枝晶生长或巨大体积膨胀的限制。在这里，中国科学院Wu Fan合成了一种硬质碳稳定的Li–Si合金负极，其中Si的烧结导致微米颗粒转变为致密连续体。

本文要点：

1) 在阳极中产生了由可塑性变形富锂相（Li₁₅Si₄和LiC₆）组成的3D离子电子导电网络，该网络扩大了活性区域并减轻了应力集中，从而改善了电极动力学和机械稳定性。

2) 使用硬碳稳定的Li-Si负极和使用LiCoO₂或LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂正极和Li₆PS₅Cl电解质的全电池实现了良好的倍率性能和循环稳定性。在5.86mAh cm⁻²的高负载下，具有LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂的ASSB 在1 C时可提供5000次循环，从而证明了在ASSBs的实际应用中使用硬质碳稳定的Li–Si合金负极的潜力。

Wenlin Yan, et al. Hard-carbon-stabilized Li–Si anodes for high-performance all-solid-state Li-ion batteries. Nature Energy 2023

DOI: 10.1038/s41560-023-01279-8

https://doi.org/10.1038/s41560-023-01279-8

3. Nature Catalysis：活性接近热力学极限的Au接枝Ce_0.95Ru_0.05O₂固溶体催化剂上的光驱动CO₂甲烷化反应

光热CO₂甲烷化是一种清洁和可持续的解决方案，其可以将间歇性可再生能源储存合成为CH₄。然而，其高反应温度和低产率阻碍了其工业应用。在这里，南京大学钟苗报道了活性接近热力学极限的Au接枝Ce_0.95Ru_0.05O₂固溶体催化剂上的光驱动CO₂甲烷化反应

本文要点：

1) 作者报道了一种Au/Ce_0.95Ru_0.05O₂固溶体催化剂，在没有外部加热的可见光-近红外光照射下，表现出优异的光热CO₂甲烷化活性，并接近热催化极限。局部表面等离子体激元诱导的热电子注入在分散的钌位点附近产生了丰富的氧空位，加速了CO₂甲烷化。

2) 在可见光-近红外光照射下，使用Arrhenius图分析证明其指数前因子增加了约6至8倍。而在液流反应器中，光热CH₄生产速率为473mmol g_cat⁻¹ h⁻¹，而在气体小时空速为80000 ml g_cat⁻¹h⁻¹时具有约100%的CH₄选择性，以及约75%的单程CO₂转化率和优异的耐久性。

Haoyang Jiang, et al. Light-driven CO₂ methanation over Au-grafted Ce_0.95Ru_0.05O₂ solid-solution catalysts with activities approaching the thermodynamic limit. Nature Catalysis 2023

DOI: 10.1038/s41929-023-00970-z

https://doi.org/10.1038/s41929-023-00970-z

4. Nature Catalysis：氢键有机框架中以微孔约束激子转移为主的光催化牺牲析氢

有机半导体是极具潜力的光催化剂，但其量子产率受到光生电荷转移到表面的限制。一种有效的低损失电荷转移策略是缩短从体激子耦合区到催化剂表面的距离。在这里，清华大学朱永法、香港大学Guo Yan报道了氢键有机框架中以微孔约束激子转移为主的光催化牺牲析氢。        

本文要点：

1) 作者使用具有亲水性一维微孔通道的氢键有机骨架1，3，6，8-四（对苯甲酸）芘（HOF-H₄TBAPy）作为该方法的概念证明。在辐照下，光生激子迅速转移到相邻微孔的内表面，仅产生1.88 nm转移路线，从而显著提高激子利用率。

2) 当微孔通道长度不超过0.59μm时，HOF-H₄TBAPy的牺牲光催化析氢速率达到358 mmol h⁻¹ g⁻¹和420 nm时的表观量子产率为28.6%。作者进一步证明了0.5 m² HOF-H₄TBAPy负载纤维在1 阳光照射下具有稳定的H₂产率（1.03 mol day⁻¹ m⁻²）。

Zhou Qixin, et al. Photocatalytic sacrificial H₂ evolution dominated by micropore-confined exciton transfer in hydrogen-bonded organic frameworks. Nature Catalysis 2023

DOI: 10.1038/s41929-023-00972-x

https://doi.org/10.1038/s41929-023-00972-x

5. Nature Nanotechnology：对称失配异质界面上Berry曲率偶极的产生和螺旋度到自旋的转换

Berry曲率偶极子（BCD）是描述固体中能带几何性质的一个关键参数，定义了Berry曲率在能带结构中的类偶极分布，并在出现的非线性现象中起着关键作用。理论原理是，即使每种材料的能带结构中都没有BCD，BCD也可以在某些对称失配的范德华异质界面上产生。然而，通过破坏界面对称性来诱导这种BCD的实验证实仍然难以实现。鉴于此，来自南京大学的Hongtao Yuan，普林斯顿大学Biao Lian，东京大学Toshiya Ideue等人开发了一种BCD产生的通用策略。

本文要点：

1) 该研究在开发这一策略的基础上，观察了WSe₂/SiP界面上BCD诱导的栅极可调谐自旋极化光电流，尽管每种材料的旋转对称性都阻碍在光的正入射下产生自旋光电流，但研究仍在WSe₂/SiP异质界面观察到了具有0°扭曲角的方向选择性自旋光电流；

2) 此外，研究进一步结果表明，其振幅可随BCD幅度电调谐，该研究的发现证实了BCD–自旋谷相关性，并为设计扭曲异质界面的几何特征提供了一种通用的方法。

Duan, S., Qin, F., Chen, P. et al. Berry curvature dipole generation and helicity-to-spin conversion at symmetry-mismatched heterointerfaces. Nat. Nanotechnol. (2023).

doi.org/10.1038/s41565-023-01417-z

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01417-z

6. Nature Nanotechnology：作为量子技术平台的层状材料

在不断增加的量子技术开发材料平台研究工作中，层状材料受到了人们的极大关注。近日，剑桥大学Andrea C. Ferrari、Mete Atatüre综述研究了了作为量子技术平台的层状材料。

本文要点：

1) 层状材料的光学、电子、磁性、热和机械特性使它们在许多方面都极具应用前景。层状材料已经显示出作为可扩展组件的潜力，包括量子光源、光子探测器和纳米级传感器。

2) 此外，层状材料还能使人们能够在更广泛的量子模拟领域内研究新的物质相。作者讨论了量子技术材料平台领域中分层材料面临的机遇和挑战。特别是依赖于光-物质界面的应用。

Alejandro R.-P. Montblanch, et al. Layered materials as a platform for quantum technologies. Nature Nanotechnology 2023

DOI: 10.1038/s41565-023-01354-x

https://doi.org/10.1038/s41565-023-01354-x

7. Nature Commun.：原子图案控制间隙溶质对晶界的修饰

晶界是不同取向晶体之间的二维缺陷，倾向于优先吸引溶质进行分离。溶质偏析对材料的力学和输运性质有重要影响。然而，在原子水平上，晶界的结构和组成的相互作用仍然难以捉摸，特别是对于像B和C这样的轻间隙溶质。近日，马普学会钢铁研究所Dierk Raabe，Xuyang Zhou使用与B和C形成合金的Fe，通过电荷密度成像和原子探针层析成像方法来利用界面结构和化学的强相互依赖性。

本文要点：

1）直接成像和量化晶界处的轻间隙溶质提供了对由原子图案控制的装饰倾向的洞察。研究发现，即使具有相同取向差的晶界平面的倾角发生变化，也会影响晶界组成和原子排列。

2）因此，正是最小的结构层次，即原子图案，控制着晶界最重要的化学性质。这种认识不仅弥补了这种缺陷的结构和化学组成之间的缺失环节，而且使晶界的化学状态的有针对性的设计和钝化成为可能，以使它们免于成为腐蚀、氢脆或机械故障的入口。

Zhou, X., Ahmadian, A., Gault, B. et al. Atomic motifs govern the decoration of grain boundaries by interstitial solutes. Nat Commun 14, 3535 (2023).

DOI：10.1038/s41467-023-39302-x

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39302-x

8. Nature Commun.：主客体相互作用诱导的动态活性位点促进有机废水处理的类芬顿反应

在多相催化中，揭示工作条件下活性中心的动态演化对于实现类Fenton活化中催化剂活性的提高和稳定性的增强至关重要。近日，南开大学Sihui Zhan，天津大学Yi Li使用X射线吸收光谱和原位拉曼光谱捕获了Co/La-SrTiO₃催化剂在示例性过氧单硫酸盐活化过程中晶胞的动态变化，揭示了底物调节其结构演化，这是O-Sr-O和Co/Ti-O键在不同取向上的可逆拉伸振动。

本文要点：

1）该过程有效地促进了关键SO₅*中间产物的生成，这有利于Co活性位点上的过硫酸盐形成¹O₂和SO₄。

2）密度泛函理论和X射线吸收光谱表明，优化的结构扭曲通过调整e_g轨道增强了金属-氧键强度，并将转移到过氧单硫酸盐的电子数增加了约3倍，在去除有机污染物方面实现了优异的效率和稳定性。

Zhang, D., Li, Y., Wang, P. et al. Dynamic active-site induced by host-guest interactions boost the Fenton-like reaction for organic wastewater treatment. Nat Commun 14, 3538 (2023).

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39228-4      

9. Nature Commun.：使液晶弹性体具有可调的驱动温度  

液晶弹性体被认为是软机器人等高科技领域的一种理想的软致动器材料。各向同性化温度(Ti)起着重要的作用，因为它决定了致动温度和其他性质，这反过来对它们的应用有很大的影响。过去，调节Ti的普通物理方法(例如退火)不适用于调节致动温度。一旦被加热到高于Ti的温度，通过退火获得的新Ti立即回到旧Ti，而致动需要高于Ti的温度。对于完全交联的LCE材料，一旦合成，驱动温度是固定的。因此，除非改变化学结构，否则不能调节致动温度，这通常需要从分子设计和材料合成的最开始开始。

近日，清华大学Yan Ji发现通过退火获得的不同Ti可以通过共价适应性LC网络(包括LC三聚体)中动态共价键的可逆反应来保留。

本文要点：

1）具有不同致动温度的各种软致动器可以从相同的完全交联的LCE材料获得。

2）由于Ti的调节也是可逆的，相同的致动器可以针对具有不同致动温度要求的应用进行调节。这种调整也将扩大LCEs的应用。

Yao, Y., He, E., Xu, H. et al. Enabling liquid crystal elastomers with tunable actuation temperature. Nat Commun 14, 3518 (2023).

DOI：10.1038/s41467-023-39238-2

https://doi.org/10.1038/s41467-023-39238-2

10. Angew：通过主动学习势分子动力学模拟揭示 MXenes 在水系中的氧化行为

MXenes是一种二维(2D)材料，在各个领域具有巨大的应用潜力。然而，MXenes在潮湿环境中的降解已成为其实际应用的主要障碍。在这里，吉林大学Xing Meng，宾夕法尼亚大学Aleksandra Vojvodic，加州大学河滨分校Jianzhong Wu将深度神经网络和主动学习方案相结合，开发了一种具有从头计算精度但成本较低的用于水相MXene系统的神经网络势(NNP)。

本文要点：

1）研究人员首次在纳秒时间尺度上系统研究了超大MXenes水溶液体系的氧化行为。MXenes的氧化过程清楚地显示在原子水平上。并且游离质子和氧化物极大地抑制了后续的氧化反应，导致MXenes的氧化程度随时间呈指数衰减，这与实验测得的MXenes氧化速率一致。

2）这一计算研究代表了对超大尺寸MXene水体系中氧化反应动力学过程的首次探索。这一重大突破为旨在控制MXenes稳定性的有效保护策略的未来发展开辟了一条有希望的途径。此外，在添加新的数据后，所开发的NNP可用于复杂水相MXene系统的其他应用。

Pengfei Hou, et al, Unraveling Oxidation Behaviors of MXenes in Aqueous Systems  by Active Learning Potential Molecular Dynamics Simulation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202304205

https://doi.org/10.1002/anie.202304205

11. Angew：用于有机污染物降解的压电催化过程中的高效 Fe(III) 引发的自循环芬顿系统

压电催化自芬顿(PSF)体系是一种很有前途的废水处理技术，但O₂还原性过氧化氢(H₂O₂)的产生和Fe(III)还原的竞争严重限制了反应动力学。在这里，河海大学Yanhui Ao，Peifang Wang开发了双电子水氧化H₂O₂生产(WOR-H₂O₂ ),与Fe(III)/BiOIO3压电催化剂上的Fe(III)还原相结合，用于高效PSF。

本文要点：

1）研究发现Fe(III)的存在可以同时引发WOR-H₂O₂和Fe(III)还原成Fe(II ),从而能够实现朝向H₂O₂/Fe(II)的后续芬顿反应的快速反应动力学。

2）Fe(III)引发的PSF系统提供了优异的污染物自循环降解，磺胺甲恶唑(SMZ)的降解速率常数是经典Fe(II)-PSF系统的3.5倍以上。

该研究为构建高效的PSF系统提供了一个新的视角，打破了Fenton反应中Fe(III)的先入为主的观念。

Jing Xu, et al, Highly Efficient Fe(III)-initiated Self-cycled Fenton System in Piezocatalytic Process for Organic Pollutants Degradation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307018

https://doi.org/10.1002/anie.202307018

12. Angew：解析 ZrO₂ 原子层沉积表面反应产生的热量

氧化锆(ZrO₂)由于其高介电常数、高折射率和良好的热稳定性而广泛用于微电子、光学、催化、电化学和保护涂层中。ZrO₂可以通过原子层沉积(ALD)来沉积，这对于需要精确控制薄膜、在具有复杂形态的衬底上沉积以及对界面形成进行化学控制的应用来说是一种有吸引力的方法。ALD是一种顺序合成技术，因在平面和3D结构上的保形沉积以及对厚度和成分的精确控制而受到重视。近日，阿贡国家实验室Alex B. F. Martinson用原位热释电量热和椭圆偏振光谱研究了氧化锆(ZrO₂)原子层沉积(ALD)中的表面反应。

本文要点：

1）校准和时间分辨原位ALD量热法为四(二甲基氨基)锆(IV) (TDMAZr)和水的饱和表面反应的热力学和动力学提供了新的见解。净ALD反应热的范围从76℃时的0.197 mJ cm^-2到158℃时的0.155 mJ cm^-2，对应于所有温度下的平均值4.0 eV/Zr。

2）在所研究的范围内，反应动力学的温度依赖性没有得到解决。金属有机物和氧源暴露中的净反应热和分布的温度依赖性归因于包括生长速率、平衡表面羟基化和反应程度的因素。

3）为了更好地理解表面水合对反应热力学的影响，研究人员用密度泛函理论（DFT）计算研究了氧化锆形成表面反应。

Ashley R. Bielinski, et la, Resolving the Heat Generated from ZrO₂ Atomic Layer Deposition Surface Reactions, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202301843

https://doi.org/10.1002/anie.202301843