1. Nature Commun.：界面润湿性可控的CO2电还原制取乙醇和乙烯
界面润湿性如何影响二氧化碳电还原为乙烯和乙醇的机理尚不清楚。近日，天津大学巩金龙教授通过对不同烷基链长的硫醇进行修饰，设计并实现了动力学控制的*CO和*H的可控平衡，揭示了它对乙烯和乙醇反应的贡献。1）表征和模拟表明，CO2和H2O的传质与界面润湿性有关，这可能会导致动力学控制的*CO和*H比的变化，从而影响乙烯和乙醇的路径。2）通过将亲水界面调节为超疏水界面，反应极限由动力学控制的*CO供应不足转变为*H供应不足。3）乙醇/乙烯比可在0.9~1.92的较大范围内连续调节，对乙醇和多碳(C2+)产物的法拉第效率分别高达53.7%和86.1%。当C2+部分电流密度为321 mA cm−2时，C2+法拉第效率可达80.3%，是此类电流密度下选择性最高的电流密度之一。
Lin, Y., Wang, T., Zhang, L. et al. Tunable CO2 electroreduction to ethanol and ethylene with controllable interfacial wettability. Nat Commun 14, 3575 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39351-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-39351-2
2. JACS：超快冲击超扩散在超两亲性硅表面上的有效热管理
可控的冲击扩散行为是喷雾冷却有效热管理的关键。然而，飞溅和回缩是疏水性(HPB)和亲水性(HPL)表面的常见问题。在这里，中科院理化技术研究所田野研究员通过调节表面润湿性，报道了一种可控的超快冲击超扩散行为(超扩散时间为∼3.0ms)，在超两亲性硅表面上没有飞溅和回缩。1）动态润湿过程的分析结合SAPL表面侧向力显微镜图像的观察，揭示了纳米尺度的非均匀表面润湿性导致的铺展边缘存在一层前驱膜。2）进一步的研究表明，溅射的抑制是由于前驱体膜中的高液体通量抑制了铺展边缘的空气插入。由于前驱体薄膜的存在，拉普拉斯力量的减少抑制了扩散边界的回缩。3）利用SAPL表面的这种冲击超扩散行为，证明了有效的散热，为喷雾冷却过程提供了均匀和高的热流密度。
Zhongpeng Zhu, et al, Ultrafast Impact Superspreading on Superamphiphilic Silicon Surfaces for Effective Thermal Management, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c01394https://doi.org/10.1021/jacs.3c01394
3. JACS：界面应变工程纳米复合薄膜的超大离子导电性
离子导体由于在氧化物类电化学和能量器件中的广泛应用，引起了人们的极大关注。然而，所开发的体系的离子电导率仍然很低，不能满足低温应用的要求。在这项研究中，北京科技大学Shiqing Deng，Jun Chen通过开发紧急相间应变工程方法，在 SrZrO3-xMgO 纳米复合薄膜中实现了巨大的离子电导率，比目前广泛使用的氧化钇稳定氧化锆在 673 K 以下高出一个数量级以上。1）原子电子显微镜研究将这种优异的离子电导率归因于具有相干界面的周期性排列良好的 SrZrO3 和 MgO 纳米柱。其中，在SrZrO3中引入了+1.7%的拉伸应变，使c晶格膨胀，使氧八面体发生畸变，从而降低了氧迁移能。2）结合理论评估，阐明了应变依赖的氧迁移路径和能量，并揭示了应变调谐离子电导率的机制。该研究为通过应变工程改善宽范围离子导体的性能提供了新的思路。
Chuanrui Huo, et al, Colossal Ionic Conductivity in Interphase Strain-Engineered Nanocomposite Films, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c01298https://doi.org/10.1021/jacs.3c012984. JACS：通过多种连接体交换和安装实现五元金属−有机骨架的逐步组装由具有原子精度的多个组件构建的多元 MOF (MTV-MOF) 有望在基础科学和应用领域取得许多引人入胜的发展。顺序链接器安装可以是将不同功能链接器引入包含协调不饱和金属位点的 MOF 的有效方法。然而，在许多情况下，这些接头必须按照特定的顺序安装，完全的合成灵活性和自由度尚未实现。在这里，淮阴师范学院Xu Zhang，内布拉斯加大学林肯分校Jian Zhang合理地减小了 NPF-300 中使用的主要配体的大小，NPF-300 是一种具有 scu 拓扑结构的 Zr-MOF（NPF = Nebraska Porous Framework），并合成了其同构结构 NPF-320。1）NPF-320 展示了优化的口袋大小，允许通过链接器交换和安装在所有六个排列序列中合成后安装三个二级链接器，通过单晶到单晶转换形成最终的五元 MTV-MOF。2）随着五元 MOF 系统连接子的功能化，人们将能够构建不仅具有可变孔隙率而且具有前所未有的复杂性和编码合成序列信息的 MTV-MOF。通过构建基于供体-受体对的能量转移系统，研究人员进一步证明了顺序连接器安装的效用。
Yuchen Hu, et al, Stepwise Assembly of Quinary Multivariate Metal−Organic Frameworks via Diversified Linker Exchange and Installation, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c03421https://doi.org/10.1021/jacs.3c034215. JACS：Au-Zn CO2加氢催化剂的表面氧化还原动力学Au-Zn催化剂之前已被证明可以促进CO2加氢为甲醇，但对其活性状态知之甚少。在这里，苏黎世联邦理工学院Christophe Copéret 通过表面有机金属化学(SOMC)制备的二氧化硅负载的双金属Au-Zn合金被证明是将CO2氢化为甲醇的高效催化剂。1）原位X射线吸收光谱(XAS)与气体转换实验相结合，用于放大反应过程中这种定制催化剂表面发生的细微变化。2）因此，根据多变量曲线分辨率交替最小二乘法(MCR-ALS)分析，确定了Au-Zn合金并显示其在反应条件下会发生后续的可逆氧化还原变化。这些结果突出了合金化和脱合金化在Au基CO2加氢催化剂中的作用，并说明了这些可逆过程在驱动反应性方面的作用。
Scott R. Docherty, et al, Surface Redox Dynamics in Gold−Zinc CO2 Hydrogenation Catalysts, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c03522https://doi.org/10.1021/jacs.3c035226. JACS：Sr 位缺失、Ca/Ba/La 掺杂对 SrTiO3 中 Ni 析出的影响通过从钙钛矿中提取金属纳米粒子形成的金属陶瓷催化剂有望在电化学和热化学应用中比通过传统湿化学方法合成的催化剂表现更好。然而，缺乏稳健的材料设计原则仍然阻碍了 exsolution 的广泛商业应用。近日，麻省理工学院Jennifer L. M. Rupp使用 Nidoped SrTiO3 固溶体，研究了 Sr 缺陷的引入以及 Sr 位点上的 Ca、Ba 和 La 掺杂如何改变溶解的 Ni 纳米粒子的尺寸和表面密度。1）研究人员在固定条件下对 11 种不同的组合物进行了脱溶。研究人员阐明了 A 位缺陷尺寸/化合价对纳米粒子密度和尺寸的影响，以及成分对纳米粒子浸没和陶瓷微观结构的影响。2）根据实验结果，研究人员开发了一个模型，该模型使用密度泛函理论计算来定量预测组合物的溶出特性。该模型和计算提供了对脱溶机制的深入了解，可用于寻找具有高脱溶纳米颗粒密度的新组合物。
Willis O’Leary, et al, Influence of Sr-Site Deficiency, Ca/Ba/La Doping on the Exsolution of Ni from SrTiO3, J. Am. Chem. Soc., 2023https://doi.org/10.1021/jacs.2c12011
7. AM：可吸入荚膜多糖涂覆镓-多酚纳米颗粒可通过清除局部肺部菌群增强肺癌化疗效果
局部肺部微生物群与肺部肿瘤的发生和治疗反应密切相关。武汉大学张先正设计了一种可吸入微生物荚膜多糖（CP）功能化的镓-多酚金属有机网络（MON），其可通过清除肺部微生物群来消除微生物诱导的化疗耐药性。1）CP可充当正常宿主组织分子，降低MON的免疫清除率，显著增加纳米颗粒在肺组织中的停留时间。2）MON释放的Ga3+可破坏细菌的铁呼吸，有效地清除多种微生物。3）在多发性癌症小鼠模型中，通过吸入抗菌MON后，肺部微生物诱导的化疗药物降解被显著抑制。因此，小鼠的肺部肿瘤生长得到充分抑制，小鼠存活时间延长。
Zi-Yi Han, et al. Inhalable capsular polysaccharide-camouflaged gallium-polyphenol nanoparticles enhance lung cancer chemotherapy by depleting local lung microbiota. Advanced Materials. 2023DOI：10.1002/adma.202302551https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202302551
8. AM：选择性分子相互作用对锡铅钙钛矿太阳能电池组分分布的调节
具有接近理想带隙的锡铅钙钛矿太阳电池(PSCs)仍然落后于纯铅PSCs。二元钙钛矿薄膜中非均匀的锡铅比引起的无序异质结导致了较大的复合损耗。近日，华东师范大学Junfeng Fang通过在锡钙钛矿前驱体中引入硫酸肼(HS)，制备了成分均匀、能量分布均匀的锡铅钙钛矿薄膜。1）HS能与FASnI3形成氢键网络，不再与Pb2+键合，使TiN钙钛矿的结晶速率降低到类似铅的水平。SO42+与Sn2+之间的强键作用也能抑制其氧化。2）结果表明，带HS的SnPb PSCs的VOC显著提高到0.91V，效率达到23.17%。同时，氢键相互作用网络、Sn2+与硫酸盐离子之间的强键作用也提高了所得到的器件的热稳定性、存储稳定性和空气稳定性。
Wenxiao Zhang, et al, Component Distribution Regulation in Sn-Pb Perovskite Solar Cells through Selective Molecular Interaction, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202303674.https://doi.org/10.1002/adma.202303674
9. AM：富含氧空位的压电BiO2-x纳米片用于增强的压电催化，声热和酶催化治疗
压电催化治疗是一种新兴的活性氧(ROS)治疗策略，其主要通过超声(US)照射激活压电材料的内置电场和能带弯曲。尽管该策略已发展成为一个热门的研究领域，但相关材料的开发和机理探索仍在进行中。中科院长春应化所林君研究员和哈尔滨工程大学盖世丽教授合成了一种富含氧空位的BiO2−x纳米片(NSs)，其具有优异的压电性能。1）在US的作用下，0.25 V的压电电位足以使BiO2−x NSs的导带发生倾斜，使其比O2/•O2−、•O2−/H2O2和H2O2/•OH的氧化还原电位更负，进而引发能够产生ROS的级联反应。此外，BiO2−x NSs也具有类过氧化物酶和类氧化酶活性，因此能够在H2O2过表达的肿瘤微环境中进一步增强ROS的产生。密度泛函理论计算表明，BiO2-x NSs中生成的氧空位有利于吸附H2O2和增加载流子密度，以用于产生ROS。2）此外，电子的快速运动也使其具有优异的声热效应，在低功率(1.2 W cm−2)和短时间(96 s)的US刺激下，BiO2-x NSs会使得温度迅速上升到近65 ℃。综上所述，该研究开发的系统能够实现压电催化、酶催化和声热治疗的多模式协同组合，有望为利用缺陷工程优化的压电材料进行肿瘤治疗提供新的方向。
Lu Yang. et al. Oxygen-Vacancy-Rich Piezoelectric BiO2−x Nanosheets for Augmented Piezocatalytic, Sonothermal, and Enzymatic Therapies. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202300648https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.20230064810. ACS Nano：双功能动态自适应界面重构用于锌离子电池锌沉积调制和副反应抑制水基锌离子电池(AZIB)中的枝晶生长和电极/电解液界面副反应不仅影响电池的寿命，而且对电池系统构成严重的安全隐患，阻碍其在大规模储能系统中的应用。为此，北京理工大学陈人杰教授，Yongxin Huang通过在电解液中引入带正电荷的氯化石墨烯量子点(Cl-GQD)添加剂，提出了一种双功能动态自适应界面来实现AZIBs中锌沉积的调节和副反应的抑制。1）在充电过程中，带正电荷的Cl-GQD被吸附到锌表面，作为静电屏蔽层，促进锌的顺利沉积。此外，氯化基团的相对疏水性质也为锌阳极构建了疏水保护界面，减轻了水分子对锌阳极的腐蚀。2）更重要的是，Cl-GQD不会在整个电池运行过程中被消耗，并表现出动态的重新配置行为，这确保了这种动态自适应界面的稳定性和可持续性。特别是在放电深度为45.5%时，电池在100次循环后仍能保持86%的容量保持率，证实了这种简单方法在有限锌源条件下应用的可行性。
Huirong Wang, et al, Bifunctional Dynamic Adaptive Interphase Reconfiguration for Zinc Deposition Modulation and Side Reaction Suppression in Aqueous Zinc Ion Batteries, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c04155https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04155
11. ACS Nano：弱溶剂化结构胶体电解质及锌金属电池电极/电解质界面优化研究
水系锌电池被认为是一种具有成本效益和环境可持续性的储能技术，但受到锌负极侧臭名昭著的枝晶生长和寄生反应的严重阻碍。在此，南京理工大学Tao Chen，Jiajun Fu提出了一种双功能胶体电解质设计，利用上转换纳米晶体NaErF4@NaYF4作为固体添加剂，提供功能金属和氟离子的持续释放，通过形成静电屏蔽层和原位构建富含ZnF2的保护界面，有效提高Zn负极的可逆性，抑制枝晶生长和析氢。1）实验表征和分子动力学模拟共同证实了NaErF4@NaYF4添加剂可以通过与Zn2+离子的强静电耦合来修饰NaErF4@NaYF4表面附近的Zn2+溶剂化环境。2）因此，在对称电池中，改进的电解质可以在2100小时内稳定地镀锌/剥离，电流密度为3 mA cm -2，容量为1 mAh cm -2。采用改性电解液制备的Zn/MnO2全电池可在2 A g−1下稳定工作1600次。因此，这项工作对于探索多功能电解质添加剂用于长效锌金属水系电池具有很大的潜力。
Bin Hu, et al, Colloid Electrolyte with Weakly Solvated Structure and Optimized Electrode/Electrolyte Interface for Zinc Metal Batteries, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c03638https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03638
12. ACS Nano：基于硫化铅胶体量子点和黑磷的室温偏置选择性双波段红外探测器
能够在两个波长波段之间切换其峰值光谱光响应的单个光电探测器非常有用，特别是在遥感，物体识别和化学传感等红外波段的应用中。现有的技术可以用大块III−V和II−VI材料实现双频红外探测，但其中一些技术的高成本和复杂性以及主动冷却的必要性阻碍了它们的广泛采用。在这项研究中，墨尔本大学James Bullock 利用低维材料的优势，展示了一种可选择偏置的双波段红外探测器，该探测器使用硫化铅胶体量子点和黑磷纳米片在室温下工作。1）通过在零偏和正偏之间切换，这些探测器在中短波红外波段之间切换峰值光敏范围，室温探测率分别为5 × 109和1.6 × 1011 cm Hz1/2 W−1。据了解，这些是迄今为止报道的低维材料双波段红外探测器的最高室温值。2）与利用一组背靠背光电二极管的传统偏置可选探测器不同，证明了在零/正向偏置条件下，器件的工作模式在光电二极管和光电晶体管之间变化，从而允许传统结构无法提供的额外功能。
Shifan Wang, et al, Room Temperature Bias-Selectable, DualBand Infrared Detectors Based on Lead Sulfide Colloidal Quantum Dots and Black Phosphorus, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c02617https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02617
