1. Chem. Rev.：废旧锂离子电池中危险和有价值电解液回收利用的紧迫性、进展、挑战和可行途径
由于报废锂离子电池具有大量废料、危险和有价值的材料，回收废旧锂离子电池正成为全球热点问题。电解质占废锂离子电池的10-15wt%，是废锂离子回收中最危险物质。同时，这些有价值的成分，特别是锂基盐，使回收具有经济效益。然而，电解质回收的研究仍然只占废LIB回收的一小部分。另一方面，许多关于电解质回收的研究已经用中文发表，但由于语言的限制，在世界范围内并不知名。为了在中西方电解质处理学术成果之间架起一座桥梁，河北农业大学牛博对废旧锂离子电池中危险和有价值电解液回收利用的紧迫性、进展、挑战和可行途径进行了综述研究。1) 作者首先阐述了电解质回收的紧迫性和重要性，并分析了其被忽视的原因。然后介绍了电解质收集方法的原理和过程，包括机械加工、蒸馏和冷冻、溶剂提取和超临界二氧化碳。作者还讨论了电解质的分离和再生，重点是回收锂盐的方法。作者讨论了回收过程的优点、缺点和挑战。2) 此外，作者提出了五种可行的工业化应用方法，以有效回收电解质，这些方法结合了不同的加工步骤，从机械加工和热蒸馏到机械化学和原位催化，再到排放和超临界二氧化碳提取。最后，作者讨论了电解质回收的未来方向。
Niu Bo, et al. Recycling Hazardous and Valuable Electrolyte in Spent Lithium-Ion Batteries: Urgency, Progress, Challenge, and Viable Approach. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00174https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.3c00174
2. Nature Commun.：负极保护层涂覆法制备高能6-ah能级Li||LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2多层电池
稳定的锂金属负极是生产高能电池的理想材料。然而，在实际测试条件下，锂金属在电池循环过程中是不稳定的。在此，中科院福建物构所Yaobing Wang和上海空间电源研究所Yong Li提出了聚(2-羟乙基丙烯酸乙酯-苯磺酸钠)(PHS)作为负极保护层。1）PHS含有柔软的聚(丙烯酸异羟乙酯)和聚对苯磺酸钠，改善了电极的灵活性，与铜集电器的连接和锂离子的传输。2）透射电子显微镜测量表明，PHS诱导形成了具有氟化刚性晶体内部结构的固体电解质界面相。此外，理论计算表明，聚对苯磺酸钠的-SO3-基团通过阳离子-偶极相互作用促进锂离子向链间迁移，从而实现锂离子的均匀扩散。3）电化学测试表明，在1 mA/cm2、6 mAh/cm2和25°C条件下，Li||PHS涂层铜币电池的平均库仑效率为99.46%。此外，当PHS涂层的Li金属负极与高面积容量的LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2正极在多层电池配置中配对时，电池的初始容量为6.86ah(对应的比能量为489.7 Wh/kg)，在2.5 mA/cm2、25°C和172kPa150次循环后，放电容量保持率为91.1%。
Feng, Y., Li, Y., Lin, J. et al. Production of high-energy 6-Ah-level Li | |LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2 multi-layer pouch cells via negative electrode protective layer coating strategy. Nat Commun 14, 3639 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39391-8https://doi.org/10.1038/s41467-023-39391-8
3. Nature Commun.：基于氢键π-π堆积超分子组装的电化学免疫传感器稳定杂化生物催化剂的绿色合成
天然酶和纳米支架的合理整合是获得强健生物催化剂的有效手段，但由于脆弱的酶和苛刻的组装条件之间的权衡，仍然是一个持续的挑战。在这里，中山大学欧阳钢锋教授，Guosheng Chen报道了一种超分子策略，使脆弱的酶能够原位融合到一个强大的多孔晶体。1）具有四个甲酸臂的 c2 对称芘构造被用作构建这种混合生物催化剂的构建块。2）修饰的甲酸臂使芘结构体在微量有机溶剂中具有高分散性，并允许在几乎无有机溶剂的水溶液中，离散的芘结构体通过氢键连接到酶周围的扩展超分子网络。3）这种混合生物催化剂被长程有序的孔道覆盖，可以作为门控筛选催化底物，从而提高生物催化选择性。考虑到结构整合，研究人员开发了一种基于超分子生物催化剂的电化学免疫传感器，能够对癌症生物标志物进行pg/mL检测。
Huang, W., Yuan, H., Yang, H. et al. Green synthesis of stable hybrid biocatalyst using a hydrogen-bonded, π-π-stacking supramolecular assembly for electrochemical immunosensor. Nat Commun 14, 3644 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39364-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-39364-x
4. Nature Commun.：上转换颗粒辅助近红外聚合可实现颗粒间长度尺度的微域梯度光聚合
在制备性能增强的光聚合物材料时，高交联度和低收缩应力很难兼顾。在这里，江南大学Ren Liu报道了上转换粒子辅助 NIR 聚合 (UCAP) 在降低固化材料的收缩应力和提高机械性能方面的独特机制。1）激发的上转换粒子向周围发射具有梯度强度的紫外-可见光，形成以粒子为中心的域限制梯度光聚合，光聚合物在该域内生长。2）固化系统保持流动，直到形成渗透的光聚合物网络，并在高官能团转化率下开始凝胶化，交联反应产生的大部分收缩应力在凝胶化之前已经释放。3）凝胶化后较长时间的曝光有助于固化材料的均匀固化，与传统 UV 聚合技术固化的聚合物材料相比，UCAP 固化的聚合物材料表现出高凝胶点转化率、低收缩应力和强机械性能。
Hu, P., Xu, H., Pan, Y. et al. Upconversion particle-assisted NIR polymerization enables microdomain gradient photopolymerization at inter-particulate length scale. Nat Commun 14, 3653 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39440-2https://doi.org/10.1038/s41467-023-39440-2
5. Nature Commun.：穿山甲风格的无绳磁性机器人，用于按需生物医学加热应用
不受束缚的磁性微型软机器人能够进入难以到达的区域，可以实现安全、破坏性和微创的医疗程序。然而，软体限制了非磁性外部刺激源在机器人上的集成，从而限制了此类机器人的功能。一种这样的功能是局部发热，这需要固体金属材料来提高效率。然而，使用这些材料会损害使用软体机器人的合规性和安全性。近日，受穿山甲的启发，马克斯普朗克智能系统研究所Metin Sitti引入了一种重叠缩放设计，允许用户同时实现随需应变的热功能以及形状变形和运动能力。1）金属刻度的加热由外部 338 kHz 射频场控制。该设计允许在远距离（> 5 厘米）处产生显着的焦耳加热（ΔT > 70 °C），而不会影响这些不受束缚的软机器人的身体顺应性。2）研究人员还介绍了基于模拟和实验优化加热机制性能的设计策略。基于对系统的理解，研究人员还展示了先进的机器人功能，例如原位消磁和选择性货物释放。还介绍了可以执行临床相关任务（例如减轻出血和热疗）的无绳软体机器人的初步设计和结果。
Soon, R.H., Yin, Z., Dogan, M.A. et al. Pangolin-inspired untethered magnetic robot for on-demand biomedical heating applications. Nat Commun 14, 3320 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-38689-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-38689-x
6. Science Advances：无需电池的伤口监测传感器贴片
伤口愈合是一个具有多个阶段的动态过程。而在这一过程中，对炎症和感染的快速分析和定量表征仍然具有挑战性。新加坡科学技术研究局Xiaodi Su和新加坡国立大学Benjamin C. K. Tee报告了一种纸状无电池原位人工智能多路复用（PETAL）传感器，利用深度学习算法可进行整体伤口评估。1）该传感器由一块蜡纸面板组成，面板上有五个用于温度、pH、三甲胺、尿酸和水分的比色传感器。通过基于神经网络的机器学习算法分析手机拍摄的传感器图像，以确定愈合状态。2）对于通过从大鼠扰动伤口和烧伤伤口收集的渗出物进行的原位检测，PETAL传感器可以对愈合状态和未愈合状态进行分类，准确率高达97%。3）将传感器贴片贴在大鼠烧伤伤口模型上，可以原位监测伤口进展或严重程度。这种PETAL传感器可以对不良事件进行早期预警，这可能会引发立即的临床干预，以促进伤口护理管理。
Xin Ting Zheng, et al. Battery-free and AI-enabled multiplexed sensor patches for wound monitoring. Science Advances. 2023DOI：10.1126/sciadv.adg6670https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg6670
7. Joule：用于光伏中高质量卤化物钙钛矿低溶剂化分散共溶剂的溶剂竞速结晶
分散溶剂的溶剂化能力在金属卤化物钙钛矿的溶液处理中起着至关重要的作用。N，N-二甲基甲酰胺（DMF）是一种广泛使用的分散溶剂，其具有高的溶剂化能力，但由于其结晶动力学缓慢，从而产生的膜质量较差。厦门大学吴炳辉、郑南峰在钙钛矿合成过程中使用低溶剂化二元共溶剂（腈类和醚类溶剂）来实现溶剂化（即前体的足够溶解度）和去溶剂化（如膜的快速结晶）过程之间的平衡。1) 这些共溶剂的极性和氢键性质协同增强了它们的溶剂化能力，并促进了钙钛矿前体的溶解。此外，低溶剂化共溶剂加速了中间膜的结晶，产生了比用DMF合成钙钛矿更高质量的钙钛矿。2) 优化后的模块具有22.27%的有效面积效率，而认证的孔径面积效率为16.10%，相应的有效区域效率为20.75%。该溶剂化调控研究为创新制备高质量卤化物钙钛矿提供了通用指南。
Xiaofeng Huang, et al. Solvent racing crystallization: Low-solvation dispersion cosolvents for high-quality halide perovskites in photovoltaics. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.05.020https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.05.020
8. Joule：在声学剥落GaAs衬底上生长的GaAs太阳能电池效率为27%
声学剥落为III–V外延生长衬底提供了一种低成本再利用途径，其可以通过剥离器件层实现衬底的回收和再利用。然而，在剥落过程中形成的表面结构会降低随后生长器件的性能。近日，美国国家可再生能源实验室Kevin L. Schulte报道了在声学剥落GaAs衬底上生长的GaAs太阳能电池效率为27%。1) 作者研究了声学剥落衬底的表面形态如何影响GaAs太阳能电池的性能，并制定了减轻这些影响的策略。作者证明，通过湿法化学蚀刻和/或外延生长对表面进行轻微平坦化，或重新设计器件结构以加厚关键层，可以有效防止性能退化。2)作者使用该策略在声学剥落衬底上生长的0.25cm2单结GaAs器件，在AM1.5G光谱下具有26.9%±0.2%的光伏转换效率。该结果使高性能III–V器件能够在非传统衬底上生长，并显著降低器件成本。
Kevin L. Schulte, et al. GaAs solar cells grown on acoustically spalled GaAs substrates with 27% efficiency. Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.05.019https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.05.019
9. Angew：利用手性纳米酶对巨噬细胞进行手性依赖性重编程
细胞外自由基活性氧(ROS)在调节肿瘤抑制(M1)性肿瘤相关巨噬细胞(TAM)极化过程中具有不可替代的作用。然而，目前大多数治疗性纳米平台都主要提供细胞内ROS，并且其在TAM附近的积累不足，极大地限制了巨噬细胞的免疫治疗效果。中科院长春应化所曲晓刚研究员设计并合成了具有类过氧化物酶(POD)和类过氧化氢酶(CAT)活性的手性MoS2/CoS2纳米酶，并通过利用其与生物系统的手性特异性相互作用以有效调节TAM极化和逆转肿瘤免疫抑制。1）与L-(左手性)和DL(外消旋体)相比，具有D-手性的MoS2/CoS2纳米粒子(D-NPs，右手性)具有更好的药代动力学、更长的循环半衰期和更高的肿瘤积累效率。研究发现，D-NPs可以有效逃离肿瘤微环境(TME)中的巨噬细胞的摄取，进而作为细胞外羟基自由基(•OH)和氧(O2)发生器以有效地将TAM再极化为M1表型。2）相反的是，由于手性会驱动L-NPs与巨噬细胞膜之间发生同源粘附，因此L-NPs会表现出较高的细胞摄取，进而导致其诱导M1极化的性能有限。综上所述，该研究首次对于将手性纳米酶作为细胞外定位的ROS生成器以重编程TAM和用于癌症免疫治疗进行了概念验证，有望为拓展手性纳米酶在免疫调节中的应用开辟一条新的途径。
Yu Zhang. et al. Chirality-Dependent Reprogramming of Macrophages by Chiral Nanozymes. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202307076https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202307076
10. Angew：高选择性电化学合成氨
电催化N2和CO2偶联合成尿素具有高效率的优势，能够缓解能源危机，降低碳排放问题。但是，打破N≡N化学键非常困难，导致电催化合成NH3或者尿素非常困难，并且阻碍其工业化。有鉴于此，湖南大学王双印、Chen chen、澳大利亚科廷大学蒋三平等报道一种活化N2分子的新型机理，这种机理通过增加N≡N化学键而不是打破N≡N化学键，从而能够一步实现C-N偶联制备尿素。1）构筑了Zn-Mn双原子催化剂，修饰轴向Cl配体，Zn-Mn位点具有较高的CO容忍性，法拉第效率达到63.5 %，是目前相关报道的最好结果。由于反应过程不涉及打破N≡N化学键，因此避免生成NH3副产物，因此合成尿素的N选择性达到100 %。2）这打破了以往报道的合成尿素工作中面临生成NH3的问题。通过同位素标记和Operando同步辐射FTIR表征，说明活化N-N三重键和活化N2的能力来自CO和吸附N2之间的C-N化学键耦合。
Xiaoran Zhang, et al, Electrocatalytic Urea Synthesis with 63.5% Faradaic Efficiency and 100% N-selectivity via One-step C–N Coupling, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202305447https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202305447
11. ACS Nano：具有完全生物降解性、固有阻燃性和高透明度的受贝壳启发的可切换水性涂料
贝类是数十亿年前出现并延续至今的古老物种。贝类坚硬的外壳保护其柔软的内脏免受损害1，并使它们能够在捕食者众多的海洋中生存。近日，受贝壳“实体”结构和全生命周期生态友好性的启发，中科院化学所Jun Zhang，Jinming Zhang构建了具有可切换水性加工性、完全生物降解性、固有阻燃性和高透明度的概念验证环保涂料，通过使用天然生物质和蒙脱石 (MMT)。1）研究人员首先设计合成了阳离子纤维素衍生物（CCD）作为大分子表面活性剂，可有效剥离MMT，得到纳米MMT/CCD水分散体。随后，通过简单的喷涂工艺和盐水溶液的后处理工艺，制成了具有“砖和砂浆”结构的透明、疏水和阻燃涂层。2）所得涂层表现出极低的峰值热释放率 (PHRR)，仅为 17.3 W/g，是纤维素 PHRR 的 6.3%。此外，一旦点燃，它就会形成层状和多孔结构。因此，这种涂层可以有效地保护可燃材料免受火灾。3）涂层在 400-800 nm 范围内具有高透明度 (>90%)。使用后，使用亲水盐水溶液将防水涂层转化为水溶性材料，然后用水轻松去除。此外，CCD/纳米 MMT 涂层完全可降解且无毒。这种全生命周期环保的可转换多功能涂料展现出巨大的应用潜力。
Yirong Wang, Seashell-Inspired Switchable Waterborne Coatings with Complete Biodegradability, Intrinsic Flame-Retardance, and High Transparency, ACS Nano, 2023https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01866
12. ACS Nano：一种由 MXene 纳米薄片组成的导电和粘附水凝胶作为用于梗死心脏修复的可涂漆心脏贴片
心肌梗死 (MI) 是全世界死亡的主要原因。心肌梗死发生后，心脏经常发生严重的病理性重塑，导致过度扩张、心肌细胞间电断开和致命的功能损伤。因此，已经做出了广泛的努力来抑制病理性重塑并促进梗塞心脏的修复。在这项研究中，光州科学技术学院Jae Young Lee，全南大学Youngkeun Ahn，Yong Sook Kim开发了一种水凝胶心脏贴片，它可以提供机械支撑、导电和组织粘附性，以帮助梗塞心脏功能的恢复。1）具体来说，研究人员通过将二维碳化钛 (Ti3C2TX) MXene 与天然生物相容性聚合物 [即明胶和葡聚糖醛 (dex-ald)] 相结合，开发了一种导电粘附水凝胶 (CAH)。2）CAH 在混合前体溶液后 250 秒内形成，并且可以涂漆。含有 3.0 mg/mL MXene、10% 明胶和 5% dex-ald 的水凝胶表现出适合心脏贴片应用的材料特性，包括 MXene 的均匀分布、高电导率 (18.3 mS/cm)、心脏组织样弹性 (30.4 kPa)、组织粘附力强 (6.8 kPa) 以及对各种机械变形的抵抗力。3） CAH 具有细胞相容性，并在体外诱导心肌细胞 (CM) 成熟，如连接蛋白 43 表达上调和更快的搏动率所示。此外，CAH 可以涂在心脏组织上并稳定地粘附在跳动的心外膜上。4）体内动物研究表明，CAH 心脏贴片治疗可显着改善心脏功能并减轻梗塞心脏的病理重塑。因此，相信基于 MXene 的 CAH 可以作为一个有前途的平台，用于有效修复包括心脏、肌肉和神经组织在内的各种电活性组织。
Mingyu Lee, et al, A Conductive and Adhesive Hydrogel Composed of MXene Nanoflakes as a Paintable Cardiac Patch for Infarcted Heart Repair, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c00933https://doi.org/10.1021/acsnano.3c00933
