1. Science Advances：揭示熔盐促进的 MgO 基 CO2 吸附剂的结构动力学及其在 CO2 吸收中的作用
开发有效的二氧化碳吸收剂对于实现二氧化碳净零排放目标至关重要。熔融盐促进型氧化镁是一种新兴的二氧化碳脱附剂。然而，支配它们表现的结构特征仍然难以捉摸。近日，苏黎世联邦理工学院Paula M. Abdala, Christoph R. Müller利用原位时间分辨粉末X-射线衍射仪，研究了纳米氧化镁促进的二氧化碳脱附剂的结构动力学。1）在二氧化碳捕获和释放的最初几个循环中，由于氧化镁微晶尺寸的增加，吸附剂失活，进而减少了可用于生长碳酸镁的成核点的丰度，即氧化镁表面缺陷。2）在第三次循环后，脱硫剂表现出持续的再活化，这与Na2Mg(CO3)2微晶的原位形成有关，Na2Mg(CO3)2微晶有效地作为碳酸镁成核和生长的种子。Na2Mg(CO3)2是由于NaNO3在T≥450°C再生时部分分解，然后在CO2中碳化而形成的。
Margarita Rekhtina, et al, Deciphering the structural dynamics in molten salt–promoted MgO-based CO2 sorbents and their role in the CO2 uptake, Sci. Adv. 9, eadg5690 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adg5690https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adg5690
2. Nature Commun.：激光切割纳米包覆水煎饼加工水
由于水固有的无序性和流动性，通过激光切割对水进行精确加工具有挑战性。在此，西安交通大学Fei Li，西北工业大学Xiaoguang Li报道了一种通过构建亚毫米深度的疏水二氧化硅纳米颗粒包裹的水煎饼来实现水的激光切割加工的策略。1）通过理论分析、数值模拟和实验研究，研究人员验证和阐明了纳米颗粒包裹水薄饼激光切割的工艺流程以及影响切割精度的参数。2）研究证明，激光制造的水图案可以形成具有开放性、透明性、透气性、液体形态和液体流动控制特性的多种自支撑芯片（SSC）。激光制造的SSC在化学合成、生化传感、液态金属操纵、图案化水凝胶合成和药物筛选等各个领域的应用也得到了概念性的论证。这项工作提供了一种利用激光切割精确加工水的策略，解决了现有的激光加工挑战，并对生物、化学、材料和生物医学研究中涉及流体图案和流动控制的广泛领域具有重要意义。
Niu, J., Liu, W., Li, J.X. et al. Machining water through laser cutting of nanoparticle-encased water pancakes. Nat Commun 14, 3853 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39574-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-39574-3
3. Nature Commun.：多模态移动形态机器人 （M4），带附件再利用，可增强运动可塑性
机器人设计可以从大自然中汲取许多灵感，其中有许多高弹性和容错运动策略的例子，通过招募多功能附肢来导航复杂的地形。例如，像楚卡尔和麝雉这样的鸟类可以重新利用翅膀进行四足行走和翅膀辅助的倾斜跑步。这些动物在以不同方式使用相同的附肢并产生多种运动模式方面表现出令人印象深刻的灵活性，从而产生高度可塑性的运动特征，使它们能够互动和导航各种环境并扩大其栖息地范围。动物附肢重新利用的机器人仿生学可以产生具有无与伦比能力的移动机器人。受到动物的启发，美国东北大学Alireza Ramezani设计了一种机器人，能够通过以不同方式使用轮子、推进器和腿等组件来适应非结构化、多基质环境，包括陆地和空气。1）该机器人被称为多模式移动 Morphobot，简称 M4。M4 可以使用由多种执行器类型组成的多功能组件来 (1) 飞行、(2) 滚动、(3) 爬行、(4) 蹲伏、(5) 平衡、(6) 翻滚、(7) 侦察和 (8) ）运动。2）M4 可以穿越高达 45 度的陡坡。以及处于平衡模式时具有大障碍物的崎岖地形。此外，M4 拥有机载计算机和传感器，可以自主使用其模式来协商非结构化环境。3）研究人员展示了 M4 的设计和几个展示其多模式功能的实验。
Sihite, E., Kalantari, A., Nemovi, R. et al. Multi-Modal Mobility Morphobot (M4) with appendage repurposing for locomotion plasticity enhancement. Nat Commun 14, 3323 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-39018-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-39018-y
4. Joule：拉曼光谱表征石墨烯表面限域水分子
在电场中的石墨烯的表面限域界面水分子具有高度限域电荷，在能源领域具有重要意义，但是由于复杂的限域环境，如何探测两相边界的表面限域界面水产生的独特信号变得非常困难。在限域于原子厚度石墨烯表面的水分子情况，这个问题变得更加困难。有鉴于此，厦门大学李剑锋、程俊等在Au(111)单晶表面上组装石墨烯，通过原位Raman光谱和从头算分子动力学模拟，表征石墨烯的表面限域界面水分子结构。1）界面水分子主要的存在方式为氢键结合或者阳离子配位的水分子，通过动态改变电势数值，直接观测发现水分子的结构随着电势的变化而改变，水分子从平行构象转变为一个H原子朝下的结构，随后变为两个H原子朝下的结构。2）本文研究结果有助于理解石墨烯的表面限域水分子基本性质，有助于设计电催化剂界面。
Yao-Hui Wang, et al. Characterizing surface-confined interfacial water at graphene surface by in situ Raman spectroscopy, Joule 2023DOI: 10.1016/j.joule.2023.06.008https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435123002313
5. Angew：三甘醇二甲醚-LiNO3 协同电解质添加剂对快速充电石墨阳极的镀锂调节
石墨负极在快速充电过程中很容易出现危险的镀锂现象，但难以确定限速步骤，这给彻底消除镀锂带来了挑战。因此，抑制锂沉积的固有思维需要妥协。近日，上海交通大学Zheng Liang通过在商用碳酸盐电解质中引入三甘醇二甲醚(G3)-LiNO3协同添加剂(GLN)，在石墨负极上构建具有均匀锂离子通量的弹性固体电解质中间相(SEI)，以实现无枝晶和高度可逆的Li高速率下电镀。1）GLN 衍生的交联低聚醚和 Li3N 颗粒极大地提高了镀锂前后 SEI 的稳定性，并有利于均匀的锂沉积。2）当 51% 的锂化容量由镀锂贡献时，具有 5 vol.% GLN 的电解液中的石墨阳极在 100 个循环中实现了平均 99.6% 的镀锂可逆性。此外，1.2-Ah LiFePO4|添加 GLN 电解质的石墨软包电池在 3 C 下稳定运行超过 150 次循环，有力地证明了 GLN 在商业锂离子电池快速充电应用中的前景。
Xuejiao Xu, et al, Li Plating Regulation on Fast-Charging Graphite Anodes by a Triglyme-LiNO3 Synergistic Electrolyte Additive, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202306963DOI: 10.1002/anie.202306963https://doi.org/10.1002/anie.202306963
6. Angew：低催化剂负载增强光电化学水分解的电荷积累
太阳能水氧化是人工光合作用的关键步骤。成功完成该过程需要四个孔并释放四个质子。它取决于活性位点电荷的连续积累。虽然最近的研究表明反应动力学明显依赖于异质（光）电极表面的空穴浓度，但人们对催化剂密度如何影响反应速率知之甚少。近日，波士顿学院Dunwei Wang，Matthias M. Waegele使用赤铁矿上原子分散的 Ir 催化剂，研究了催化剂密度和表面空穴浓度之间的相互作用如何影响反应动力学。1）在低光子通量下，表面空穴浓度较低，与高催化剂密度相比，在具有低催化剂密度的光电极上观察到更快的电荷转移；在高光子通量和高施加电势下，其中表面空穴浓度适中或高，低密度催化剂提供较慢的表面电荷复合。2）研究结果证实了光吸收剂和催化剂之间的电荷转移是可逆的；此外，揭示了低密度催化剂负载在促进所需化学反应的正向电荷转移方面的意想不到的好处。这意味着对于实际的太阳能水分解装置，合适的催化剂负载对于最大化性能非常重要。
Tianying Liu, et al, Low Catalyst Loading Enhances Charge Accumulation for Photoelectrochemical Water Splitting, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307909DOI: 10.1002/anie.202307909https://doi.org/10.1002/anie.202307909
7. Angew：用于高选择性电催化乙炔半加氢的铜单原子催化剂
位点隔离策略已应用于热催化乙炔半氢化中以抑制过度氢化和C-C偶联。然而，电催化系统中缺乏类似的研究。在这项工作中，华东理工大学李春忠教授，Hongliang Jian ,Jianhua Sheng利用密度泛函理论 (DFT) 计算发现，孤立的铜金属位点在过度氢化和 C-C 耦合方面具有更高的能垒。1）根据这一结果，研究人员开发了高度分散在氮掺杂碳基质上的 Cu 单原子催化剂，该催化剂在高浓度的乙炔。2）DFT 计算和实验结果证实，乙炔电催化选择性加氢中观察到的优异性能可归因于乙烯中间体的弱吸附和隔离位点 CC 耦合的高能垒。这项研究提供了对抑制电催化乙炔半氢化副反应的孤立位点的全面了解。
Xiaoli Jiang, et al, Cu Single-Atom Catalysts for High-Selectivity Electrocatalytic Acetylene Semihydrogenation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307848DOI: 10.1002/anie.202307848https://doi.org/10.1002/anie.202307848
8. Angew：可在-40°C下工作的可充电钾离子全电池
钾离子电池（PIB）在低温储能方面很有前景。然而，目前对低温PIB的研究仅限于利用钾金属作为阳极的半电池，并且由于缺乏可行的阳极材料和兼容的电解质，实现可充电全电池面临挑战。在此，北京航空航天大学Hua Wang首次成功制备了硬碳（HC）基低温钾离子全电池。1）实验结果和理论分析表明，HC阳极在匹配的低温电解液中的储钾行为涉及缺陷吸附、层间共插和纳米孔填充。值得注意的是，这些独特的钾化工艺表现出较低的界面电阻和较小的反应活化能，使得HC具有优异的循环性能，在-40°C下容量为175mAh g-1（室温容量的68%）。2）因此，基于HC的全电池在-40°C下表现出令人印象深刻的可充电性和高于100 Wh kg-1阴极的高能量密度，代表了PIB开发的重大进步。
Jiangchun Chen, et al, Rechargeable Potassium-Ion Full Cells Operating at −40 °C, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307122DOI: 10.1002/anie.202307122https://doi.org/10.1002/anie.202307122
9. Angew：聚合物的Co-N4位点调控促进ORR
含M-Nx催化位点的电催化剂是优异的ORR电催化剂，但是人们对于M-Nx催化剂的结构-性能关系并不清楚。有鉴于此，南昌大学陈义旺、袁凯等构筑1,4,8,11-四氮杂[14]环烯聚合物纳米粒子，通过缺电子β-位点的取代基调控电子的供体/受体相互作用，从而能够调控电子微环境。1）DFT计算说明，通过优化-Cl取代基（CoTAA-Cl@GR），调控d轨道和关键中间体OH*与Co-N4位点之间的相互作用，因此实现最好的ORR性能，TOF达到0.49 e s-1 site-1。2）通过原位电化学显微镜和变频方波伏安法表征，说明CoTAA-Cl@GR催化剂的优异ORR性能来自非常高的催化位点密度（7.71×1019 site g-1）和快速的电子传播。这项工作为设计高性能ORR电催化剂提供理论指导。
Bingyu Huang, et al, Electron-Donors/Acceptors Interaction Enhancing Electrocatalytic Activity of Metal Organic Polymers for Oxygen Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202306667https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202306667
10. Angew：埋入界面上的分子桥用于高效稳定的钙钛矿太阳能电池
钙钛矿太阳能电池（PSC）的界面对于电荷转移和器件稳定性非常重要，而埋入界面对钙钛矿薄膜生长的影响却很少受到关注。在这里，陕西师范大学Wanchun Xiang，中国科学院化学研究所Yuan Lin，Yanyan Fang使用分子改性剂甘蓝胺（GDA）在 SnO2/钙钛矿的埋入界面上构建分子桥，从而产生优异的界面接触。1）这是通过 GDA 和 SnO2 之间的强烈相互作用实现的，这也明显调节了能级。此外，GDA可以调节钙钛矿晶体的生长，产生晶粒尺寸增大且无针孔的钙钛矿薄膜，缺陷密度显着降低。2）因此，经过 GDA 修改的 PSC 表现出开路电压（接近 1.2 V）和填充因子的显着改善，从而使功率转换效率从 22.60% 提高到 24.70%。此外，GDA 器件在最大功率点和 85°C 热量下的稳定性均优于控制器件。
Haodan Guo, et al, Molecular Bridge on Buried Interface for Efficient and Stable Perovskite Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202304568DOI: 10.1002/anie.202304568https://doi.org/10.1002/anie.202304568
11. Nano Letters：多元素合金催化剂可实现高度选择性电化学硝酸盐-氨转变
硝酸盐电化学还原为氨（NH3）的过程可将环境污染物转化为关键营养物质。然而，目前基于单金属和双金属催化剂的电化学硝酸盐还原操作在NH3选择性和催化剂稳定性方面均具有明显的不足，特别是在酸性环境中。普林斯顿大学Zhiyong Jason Ren、马里兰大学帕克分校胡良兵和匹茨堡大学Guofeng Wang报道了一种具有分散Ru（Ru-MEA）和其他协同组分（Cu、Pd、Pt）的多元素合金纳米颗粒催化剂。1）密度泛函理论阐明了Ru-MEA比Ru更能展现协同效应，其中在工业相关酸性废水中可实现更好的反应性（NH3部分电流密度为−50.8 mA cm–2）和更高NH3法拉第效率（93.5%）。2）此外，Ru-MEA催化剂显示出良好的稳定性（例如，在FENH3中在三小时内仅衰减19.0%）。这项工作提供了一个系统有效的催化剂开发过程，集成了数据引导的催化剂设计和一系列应用的新型催化剂合成。
Meiqi Yang, et al. Highly Selective Electrochemical Nitrate to Ammonia Conversion by Dispersed Ru in a Multielement Alloy Catalyst. Nano Letters. 2023DOI：10.1021/acs.nanolett.3c01978https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c01978
12. AEM：小面终止促进高稳定锌离子电池的均匀 Zn (100) 沉积
可逆性通常通过库仑效率（CE）来评估并受到枝晶生长的限制，已成为锌离子电池广泛商业化的主要障碍。调整锌沉积行为对于防止枝晶生长至关重要。在这项工作中，中科大Linhua Hu，华盛顿大学曹国忠引入了刻面终止丝氨酸来调节界面并阻碍 Zn (100) 平面的快速生长。1）研究表明丝氨酸阳离子（Ser+）优先吸附在电极/电解质界面上，抑制界面寄生反应。理论分析和事后/操作实验技术表明，Ser+ 赋予锌阳极以 (100) 为主的形态，从而实现高度可逆且无枝晶的锌阳极。2）这些特性赋予锌负极 Zn//Zn 电池超过 800 h 的长循环寿命，以及 Zn//Cu 电池在 5 mA cm−2 和 5 mAh cm−2 下平均库仑效率高达 99.8% 的高平均库仑效率。当与商用 V2O5 组装时，全电池在 5 A g−1 下可提供 345.1 mAh g−1 的高容量，2000 次循环后容量保持率为 74.1%。
Yifan Wang, et al, Facet-Termination Promoted Uniform Zn (100) Deposition for High-Stable Zinc-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301517https://doi.org/10.1002/aenm.202301517
