1. Acc. Chem. Res.：纳米刷：材料合成中的大分子配体  

胶体纳米颗粒具有独特的特性，可用于合成具有奇异特性的材料，但利用这些特性需要对颗粒之间及其周围环境的相互作用进行精细控制。传统上，吸附在纳米颗粒表面的小分子作为配体来控制这些相互作用，提供了一种确保胶体稳定性和决定颗粒组装行为的手段。或者，纳米科学越来越感兴趣的是使用形成定义明确的聚合物刷子的大分子配体，因为这些刷子提供了更可定制的表面配体，在组成和配体大小方面都具有明显更大的通用性。虽然这一领域的初步研究前景看好，但合成能够适当形成刷子结构的大分子仍然是它们更广泛使用的障碍，并限制了对影响刷子接枝颗粒形成功能材料能力的基本化学和物理原理的理解。因此，提高聚合物接枝纳米颗粒作为材料合成工具的能力需要多学科的努力，特别是开发新的聚合物刷涂覆纳米颗粒的合成路线，并研究刷子实现的结构和性能关系(Structure−Property Relationship)。

在这篇文章中，麻省理工学院Robert J. Macfarlane描述了团队最近在开发用于纳米粒子的聚合物刷子涂层方面的工作，我们使用这种涂层来根据需要调节粒子的行为，选择特定的纳米结构来形成，并通过设计支持传统的本体聚合物来形成更坚固的材料。

本文要点：

1）根据聚合物的类型和性能，讨论了三类纳米颗粒：纳米复合材料(NCTs)，它使用合成的聚合物，末端官能化，超分子识别基团能够指导它们的组装；可编程原子当量(PAE)，包含合成DNA的刷子，使用Watson−克里克碱基对来编码粒子结合相互作用；以及可交联性纳米颗粒(XNP)，它可以稳定纳米颗粒在溶液和聚合物基质中，然后形成多价交联来增强聚合物复合材料。

2）作者描述了这些刷子是如何通过“嫁接自”和“嫁接到”策略形成的，并举例说明了对未来发展很重要的方面。此外，还研究了刷子提供的新功能，密切关注动态聚合物过程，这些过程提供了对颗粒组装状态的控制。

3）最后，简要概述了纳米粒子与聚合物刷子的技术应用，重点介绍了纳米粒子与传统材料的集成以及纳米粒子加工成块状固体。

Theodore Hueckel, et al, Nanoparticle Brushes: Macromolecular Ligands for Materials Synthesis, Acc. Chem. Res., 2023

DOI: 10.1021/acs.accounts.3c00160

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00160

2. Acc. Chem. Res.：电化学与超高真空的桥梁：电极−电解液界面的“揭开”  

电化学在解决我们这个时代的社会问题方面发挥着核心作用，包括联合国的可持续发展目标(SDGs)和其他目标。然而，在更基本的层面上，由于许多原因，阐明电极−电解液界面的性质是一个持续的挑战，但一个明显的原因是电极−电解液界面被厚厚的液体电解液层掩埋。这一事实似乎在默认情况下排除了许多传统表征技术在超高真空表面科学中的使用，因为它们与液体不相容。然而，UHV-EC(超高真空-电化学)组合方法是一个活跃的研究领域，并提供了一种将电化学的液体环境与基于UHV的技术联系起来的手段。简而言之，UHV-EC方法能够通过在电化学的液体环境中进行电化学，然后去除样品(称为重现)、抽空，然后转移到真空中进行分析来去除块状电解液层。

近日，日本理化学研究所Yasuyuki Yokota，Yousoo Kim重点介绍了团队使用UHV-EC将电化学与基于UHV的X射线和紫外光电子能谱(XPS/UPS)和扫描隧道显微镜(STM)相结合的研究进展。

本文要点：

1）研究人员提供了UHV-EC设置的背景和概述，并通过说明性的例子传达了可以获得哪些类型的见解和信息。一项值得注意的进展是使用端基二茂铁自组装单分子膜作为光谱分子探针，允许电化学响应与电极−单分子层−电解质界面区的电位相关的电子和化学状态相关联。

2）利用XPS/UPS，研究人员已经能够探测到氧化态、价结构以及界面上所谓的电势降的变化。在相关工作中，还从光谱上探索了高pH溶液中出现的端氧端硼掺杂金刚石电极表面组成的变化和表面电荷的筛选。

3）最后，研究人员展示了最新进展，即电极在电化学后的真实空间可视化和使用基于超高电压的扫描隧道显微镜再现。首先展示了显示大规模形貌变化的能力，包括电化学诱导的石墨剥落和金表面的表面重建。更进一步，发现在某些情况下，原子分辨的特定吸附在金属电极上的阴离子可以成像。

总而言之，该综述将激励读者进一步推进UHV-EC方法，因为有必要提高人们对确定适用的电化学系统的指南以及如何开发其他UHV方法的有希望的扩展的理解。

Raymond A. Wong, et al, Bridging Electrochemistry and Ultrahigh Vacuum: “Unburying” the Electrode−Electrolyte Interface, Acc. Chem. Res., 2023

DOI: 10.1021/acs.accounts.3c00206

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.3c00206

3. Joule：高效双面单结钙钛矿太阳能电池  

双面光伏（PV）从其前表面和后表面获取太阳辐照度，并且提高其能量转换效率，进而可以最大限度地提高其电力生产性能。对于单结钙钛矿太阳能电池（PSC），双面配置的性能仍远远落后于最先进的单面配置。在这里，托力多大学鄢炎发、国家可再生能源实验室Zhu Kai报道了基于p-i-n（或反向）架构的高效、双面、单结PSC。

本文要点：

1) 作者使用光学和电学建模为双面PSC设计了透明导电背面电极，以在各种照明条件下实现最佳效率。PSC的双向性约为91%–93%。在同时进行的双面测量条件下，作者在0.2、0.3和0.5的反照率下分别获得了26.9、28.5和30.1mW/cm²的等效稳定双面功率输出密度。

2) 此外，作者进一步表明，双面钙钛矿光伏技术在实现超过单面光伏技术的更高能源产量和更低能源成本（LCOE）方面具有巨大发展潜力。

Jiang Qi, et al. Highly efficient bifacial single-junction perovskite solar cells. Joule 2023

DOI: 10.1016/j.joule.2023.06.001

https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.06.001

4. Matter：用于自供电个性化肌肉物理治疗的纺织磁弹性贴片  

为了防止家庭肌肉物理治疗期间运动过度和不足，加州大学洛杉矶分校Jun Chen推出了一种用于个性化肌肉活动监测的纺织磁致弹性贴片。

本文要点：

1）贴片可以定量监测肌肉康复进度，并为肢体运动提供指导。该贴片利用磁弹性效应和磁感应将肌肉生物力学活动持续转化为可分析的电信号。

2）它具有350%的良好拉伸性、80kPa的皮肤匹配杨氏模量、2.78mA kPa^-1的压力灵敏度、0.12s的响应时间、29dB的信噪比(SNR)，和超过100,000次循环的长期使用稳定性，同时还具有本质防水、高拉伸性和机械耐用性。

3）此外，该贴片可以使用机器缝纫技术大规模生产，具有良好的可扩展性。当连接到二头肌时，它可以区分手臂运动的电信号，并在用户界面上显示定量结果，使用户能够有效地了解和调整他们的运动水平。

Xu et al., A textile magnetoelastic patch for self-powered personalized muscle physiotherapy, Matter (2023)

DOI：10.1016/j.matt.2023.06.008

https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.06.008

5. AM：调节d带中心可使超细Pt₃Fe合金纳米颗粒用于全pH的析氢反应  

通过提供双活性位点来协同加速H₂O解离和H+还原，有序金属间合金通常在pH通用析氢反应(HER)中表现出非凡的性能。近日，中国地质大学余家国教授，Bicheng Zhu报道了活性氮掺杂介孔碳球负载金属间化合物Pt₃Fe合金(Pt₃Fe/NMCS-A)作为一种高效pH通用HER电催化剂。

本文要点：

1）Pt₃Fe/NMCS-A表现出13、29和48 mV的低过电势(η₁₀)，分别在0.5 M H₂SO₄、1.0 M KOH和1.0 M磷酸盐缓冲溶液(PBS)中提供10 mA cm⁻²作为保持整体催化性能的强大稳定性。

2）理论研究表明，强的Pt 5d−Fe 3d轨道电子相互作用使Pt5d轨道的d带中心负移，导致Pt位点的H*吸附能降低，酸性HER活性增强。由于Pt和Fe分别作为H*和*OH中间体的共吸附位点，Pt₃Fe/NMCS-A需要较低的能垒来解离H₂O以提供H*中间体，这极大地促进了H*中间体的吸附以及在碱性和中性条件下形成H₂。

该合成策略进一步扩展到在pH通用电解质中合成具有优异HER活性的Pt₃Co和Pt₃Ni合金，展示了这些Pt基合金在实际应用中的巨大潜力。

Panyong Kuang, et al, Modulating the d-band center enables ultrafine Pt3Fe alloy nanoparticles for pH-universal hydrogen evolution reaction, Adv. Mater. 2023

DOI: 10.1002/adma.202303030

https://doi.org/10.1002/adma.202303030

6. AM：基于多金属氧酸盐泡沫的间接电催化S-N/S-S键构建  

通过将S-H和N-H键活化为用于工业橡胶生产的增值S-N/S-S键化学物质，将廉价有机原材料间接电催化转化是实现原子经济反应的一种有前景的策略，在此过程中，与可以消除传统直接电催化中电极/电解质界面上的电子转移，以获得更高的性能。在这里，聊城大学Xianqiang Huang，华南师范大学Yifa Chen，南京师范大学Fei Yu首次制备了一系列具有可调负载量（17至44重量％）的二铜取代磷钨酸盐基泡沫（PW₁₀Cu₂@CMC），可成功应用于次磺酰胺和二硫化物的间接电催化合成。

本文要点：

1）具体来说，最佳的PW₁₀Cu₂@CMC（44 wt%）在构建S-N/S-S键（产率高达99%）以及高效生产H₂（~50 μmol g^-1 h^-1）方面表现出优异的电催化性能。

2）值得注意的是，它实现了规模化生产（批量实验约14.4克），并且所得产品在实际工业过程中可以作为橡胶硫化促进剂，其性能优于传统工业橡胶助剂。

这种可以同时产生橡胶硫化促进剂和氢气的强大催化体系可能会为电催化领域探索多金属氧酸盐泡沫催化剂开辟一条新的电催化途径。

Gang Liu, et al, Indirect Electrocatalysis S-N/S-S Bond Construction by Robust Polyoxometalate based Foams, Adv. Mater. 2023

DOI: 10.1002/adma.202304716

https://doi.org/10.1002/adma.202304716

7. EES：用于质子交换膜电解槽中高电流密度酸性析氧的铬铱氧化物催化剂  

开发在高电流密度下具有优异活性和耐久性的电催化剂对于质子交换膜电解槽至关重要。然而，电催化剂在酸性电解质中的溶解导致其性能下降，尤其是在高电流密度下。在这里，清华大学刘碧录、余强敏、中国科学院Chai Guoliang报道了一种具有强耦合界面的铬铱氧化物电催化剂，并且其具有高活性和稳定性。

本文要点：

1) 该电催化剂只需425 mV的超低过电位便可达到2 A cm⁻²的酸性析氧电流密度，并在1 A cm⁻²中稳定运行100小时后的降解率可忽略不计。在工业条件下，作者使用该催化剂的质子交换膜电解槽仅需1.63 V即可达到1 A cm⁻²，1.73 V即可实现2 A cm⁻²。

2) 氢气生产的相应电力成本计算为每公斤氢气0.87美元，其达到了美国能源部的要求（每公斤氢气2.0美元）。该工作不仅介绍了一种生产高效稳定电催化剂的新策略，而且表明了它们在工业电解槽中的潜在应用。

Shiyu Ge, et al. A robust chromium–iridium oxide catalyst for high-current–density acidic oxygen evolution in proton exchange membrane electrolyzers. EES 2023

DOI: 10.1039/D3EE01192E

https://doi.org/10.1039/D3EE01192E

8. EES：氧化锌上O₂还原为H₂O₂的活性位点  

中性介质中的双电子氧还原反应（2e⁻ORR）是一种以可持续的方式直接从氧（O₂）中获得过氧化氢（H₂O₂）的有效方法。在这里，苏州大学康振辉、Liu Yang、Cheng Tao报道了用于在中性介质中将O₂有效还原为H₂O₂的ZnO@ZnO₂电催化剂。

本文要点：

1) ZnO₂在ZnO上的原位生长形成了ORR活性位点，即四面体ZnO和八面体ZnO₂之间的异质界面，而两者都削弱了OOH*和O*的结合能。在0.1M K₂SO₄电解液中，ZnO@ZnO₂通过ORR显示出接近100.0%的H₂O₂选择性。

2) 在0.1V vs.RHE下，该催化剂将O₂转化为H₂O₂的生产率为5.47mol g_cat⁻¹ h⁻¹，并且通过气体扩散电极装置测试的法拉第效率（FE）约为95.5%。通过将脉冲电压感应电流（PVC）与许多原位表征技术和电化学研究相结合，作者揭示了ZnO表面的转变以及ZnO上催化活性位点的产生过程。

Yunjie Zhou, et al. The operation active site of O₂ reduction to H₂O₂ over ZnO. EES 2023

DOI: 10.1039/D3EE01788E

https://doi.org/10.1039/D3EE01788E

9. EES：具有氧电催化活性的电化学稳定二维材料  

用于氧还原/析氧反应（ORR/OER）的高效电催化剂的计算机设计对于氢经济的发展至关重要。然而，由于难以评估材料在电化学条件下的催化性能（如活性和稳定性），导致实用的设计原则仍相对缺乏。在此，基于包含6300多种材料的2DMatPedia二维材料数据库，北京化工大学黄世萍、南京理工大学张胜利、波多黎各大学Chen Zhongfang开发了一个数据驱动的框架，其可用于发现对氧电催化具有电化学稳定性的潜在二维材料。

本文要点：

1) 通过对合成性、导电性和催化性能的系统评估，作者确定了1411种可以从其层状体相中剥离的候选材料，其中338种具有合适的导电性，并在电化学应用中具有很大的前景，47种材料具有接近或超过Pt/IrO₂的优异ORR/OER活性。作者通过密度泛函理论计算和分子动力学模拟的进一步检验揭示了活性材料在反应条件下可能的溶解和氧化机制。

2) 该工作筛选出了24种具有优异基面活性和稳定性的ORR催化剂和两种OER催化剂，它们可以解决氧电催化中的活性-稳定性权衡问题。总的来说，作者提出了一个发现新材料的通用框架，并阐明了电催化剂在正电极电势下的降解机制，从而为设计用于实际应用的高性能电催化剂铺平了道路。

Xiangyu Guo, et al. Data-Driven Pursuit of Electrochemically Stable 2D Materials with Basal Plane Activity toward Oxygen Electrocatalysis. EES 2023

DOI: 10.1039/D3EE01723K

https://doi.org/10.1039/D3EE01723K

10. ACS Nano：通过设计分级氧化学势来量化钙钛矿氧化物溶出的电化学驱动力  

金属纳米粒子溶出并锚定在母体钙钛矿氧化物表面，可以大大增强高温（电）化学催化反应的活性和抗烧结稳定性。虽然使用传统的高温热还原引发的纳米粒子的溶出动力学缓慢，但使用电化学驱动力可以提高溶出速率。然而，所施加的电化学驱动力与溶出的纳米颗粒的空间密度之间的定量相关性仍然未知。近日，西湖大学Qiyang Lu使用 La_0.43Ca_0.37Ti_0.94Ni_0.06O_3−δ (LCTN) 作为模型系统，在施加的偏压（电化学驱动力）和溶出的纳米粒子的统计数据（即密度和尺寸）之间建立了直接联系。

本文要点：

1）为了定量评估电化学驱动力对演化的影响，传统方法需要在不同的施加电压下处理一系列样品。样品之间潜在的差异，例如微观结构（例如晶粒尺寸或位错密度39）、成分、孔隙率、厚度等的差异。

2）样品制造和加工过程中产生的感应可能会影响结果的准确性。为了避免可能的实验误差，研究人员设计了一种电化学装置40以在主体氧化物上实现空间分布的电势，这使我们能够仅使用一个样品定量研究电化学驱动的溶出。

3）进一步通过实验证实电势分布是线性的沿着施加电压的方向，这与预期完全一致，因为与面内电子电流相比，跨面离子电流可以忽略不计。在明确的外部偏置下，LCTN 表面上溶出的 Ni 纳米粒子的微观结构和成分被定量表征为空间变化的电化学驱动力的函数。研究人员发现颗粒密度随着阴极电压的增加而线性增加，而颗粒尺寸几乎保持不变。

4）此外，研究人员评估了 LCTN 的表面缺陷结构，并通过蒙特卡罗模拟确定了氧空位对和/或簇作为溶出镍颗粒的成核位点。研究清楚地表明了电化学驱动力和溶出之间的定量相关性，这提供了一种电化学途径来系统地调节钙钛矿氧化物溶出纳米颗粒的密度。

该方法可以应用于纳米颗粒溶出所实现的各种应用，并为设计 SOC 燃料电极材料提供指导原则。

Ying Lu, et al, Quantifying Electrochemical Driving Force for Exsolution in Perovskite Oxides by Designing Graded Oxygen Chemical Potential, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c04008

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04008

11. ACS Nano:用于高温下隔热和电磁干扰屏蔽的多功能分层超材料  

轻质蜂窝材料的定制设计因有效改善机械性能和功能应用而受到广泛关注。然而，强度衰减和脆性行为阻碍了陶瓷整体的蜂窝结构设计。在此，中国科学院上海陶瓷研究所Jinshan Yang和Shao-ming Dong通过向心冷冻铸造和分层结构相结合，定制了具有负泊松比和高比强度的陶瓷基复合超材料（CCM），具有超弹性、稳定性和高抗压强度。

本文要点：

1）CCM在压缩下保持负泊松比响应，最低值达到-0.16，并且CCM的比模量与密度之间的关系为E∼ρ^1.3，这表明CCM具有高比强度的机械超材料特性。

2）除了分层结构赋予的非凡机械性能外，CCM还具有优异的隔热和电磁干扰屏蔽性能，其中热导率为30.62 mW·m⁻¹·K⁻¹，电磁干扰（EMI）屏蔽效率（SE）在室温下达到40dB。由于其在高温下的稳定性，CCM的比EMI屏蔽效率除以厚度（SSE/t）在700°C时可达9416dB·cm²·g⁻¹，比传统陶瓷基复合材料高100倍。

3）此外，设计的分层结构和超材料特性为实现结构和功能协同优化的材料提供了潜在的方案。

Li Tian, et al, Multifunctional Hierarchical Metamaterial for Thermal Insulation and Electromagnetic Interference Shielding at Elevated Temperatures, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c03332

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03332

12. ACS Nano：作为机械超材料的自下而上方法的受海星启发的金刚石结构方解石单晶  

各个领域的技术发展都需要具有高强度和优越韧性的轻质材料。不幸的是，这些属性是相互排斥的；密度较低的材料较弱，更容易损坏，导致综合性能困难。因此，优化工程材料的力学性能至关重要；一种有前景的方法是通过深思熟虑的结构来实现目标特性。受节状海星的启发，台湾清华大学Rong-Ming Ho展示了一种自下而上的方法，通过利用嵌段共聚物的自组装和相应的模板合成来制造具有金刚石结构的方解石单晶（CSC）。

本文要点：

1）与节状海星类似，CSC 的金刚石结构会产生脆性到延性的转变。

2）最有趣的是，由于纳米效应，通过自上而下的方法制造的金刚石结构 CSC 表现出优异的比能量吸收和强度，并且具有优于天然材料和人造材料的轻质特性。

这种方法为创建具有拓扑和纳米尺寸对机械性能的综合影响的机械超材料提供了可行性。

Hassan Sadek, et al, Starfish-Inspired Diamond-Structured Calcite Single Crystals from a Bottom-up Approach as Mechanical Metamaterials, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c02796

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02796