1. Chem. Rev.：可充电非水系金属-二氧化碳电池的最新进展
国立台湾大学Ru-Shi Liu、国立台湾师范大学Shu-Fen Hu和台北科技大学Ren-Jei Chung发表综述文章，讨论了可充电金属-二氧化碳电池（MCBs）的最新进展，包括主要使用非水电解质的Li、Na、K、Mg和Al基可再充电二氧化碳电池。1）MCB通过CO2还原反应在放电期间捕获CO2，并通过CO2释放反应在充电期间释放CO2。MCBs被认为是通过电能产生固定CO2的最复杂的人工模式之一。然而，在MCBs成为可靠、可持续和安全的储能系统之前，还需要进行广泛的研究和大量的开发。2）由于绝缘和化学稳定化合物（主要是碳酸盐）的不完全分解和堆积，可充电MCB存在巨大的充放电过电位和较差的可循环性等障碍。有效的正极催化剂和负极催化剂的结构设计对于解决这个问题至关重要。3）此外，电解质在安全性、离子传输、稳定固体电解质界面形成、气体溶解、泄漏、腐蚀、操作电压窗口等方面也起着至关重要的作用。本文对上述二次MCB的最新研究工作进行了全面回顾，阐述了控制二次MCB性能的关键方面的最新发现。
Ayan Sarkar, et al. Recent Advances in Rechargeable Metal–CO2 Batteries with Nonaqueous Electrolytes. Chem. Rev.. 2023DOI：10.1021/acs.chemrev.3c00167https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.3c00167
2. Nature Commun.：定制局部类酸微环境可实现高效中性析氢反应
中性介质中的电化学析氢反应由于动力学缓慢而被认为是能量催化领域最艰巨的挑战。浙江大学王勇开发了易于合成的Ir-HxWO3催化剂，并且发现其在中性析氢反应中表现出了增强的性能。1）光谱和电化学分析证明，HxWO3载体具有质子海绵的功能，通过自发向WO3注入质子，在Ir金属位点周围形成了局部酸性微环境。2）位于界面中的活化晶格氢物种通过热力学上有利的Volmer-Tafel步骤与金属Ir表面上的Had原子偶联，从而实现快速动力学。3）Ir-HxWO3表现出类酸活性，10 mA cm−2处具有低至20mV的过电位 和28 mV dec−1的Tafel斜率，甚至可以与酸性环境中的性能相媲美。这项工作为调整局部反应微环境以调节催化活性和途径提供了新的思路。
Xiaozhong Zheng, et al. Tailoring a local acid-like microenvironment for efficient neutral hydrogen evolution. Nature Communications. 2023DOI：10.1038/s41467-023-39963-8https://www.nature.com/articles/s41467-023-39963-8
3. Angew：通过刻面控制改善光催化分解水对局域CdS同质结中d带中心的调节
光催化水(H2O)的整体分解迫切需要电荷载体转移的加速动力学行为及其涉及含氧中间体活化和转化的无阻碍的表面反应动力学过程，这一问题尚未得到解决。近日，宁波大学Shujuan Jiang，宁波工程学院Shaoqing Song，山东师范大学Chuanzhi Sun在H2O整体分解为氢的过程中，实现了具有高、低指数面最佳配置的局域同质结，以调节d带中心，以化学吸附和激活关键中间体(*-OH和*-O)。1）密度泛函理论（DFT）、霍尔效应和原位漫反射红外傅里叶变换光谱证实，在空气质量1.5全局滤光片照射下，电子和空穴被动力学地转移到局域同质结的还原高指数面(002)和氧化低指数面(110)，分别脱氢*-OH和偶合*-O，同时太阳转换为氢(STH)2.20%。这些发现有助于解决光催化分解H2O的动力学瓶颈问题，从而进一步提高STH。
Jie Wang, et al, Regulation of d-Band Centers in Localized CdS Homojunctions through Facet Control for Improved Photocatalytic Water Splitting, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307808DOI: 10.1002/anie.202307808https://doi.org/10.1002/anie.202307808
4. Angew：一种多孔结晶硝酮连接的共价有机骨架
开发新的键以拓宽共价有机骨架(COF)的范围一直是该研究领域的主要驱动力之一。键功能的多样性在调节材料性质方面起着关键作用，包括其化学稳定性、吸附行为和催化活性。尽管亚胺键在各种研究中普遍使用，但它的氧化对应物--硝酮官能团--在COFs中作为键仍然难以捉摸。近日，加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi，F. Dean Toste，Laura Gagliardi报道了通过缩聚反应将N，N‘，N’，N‘’‘-(ethene1，1，2，2-tetrayltetrakis(benzene-4，1-diyl))tetrakis(hydroxylamine)与对苯二甲醛缩合，合成了硝酮连接的共价有机骨架COF-115。1）13C同位素标记的COF-115的固体13C多交叉极化魔角旋转核磁共振光谱和傅里叶变换红外光谱证实了硝酮官能团的形成。2）通过低压氮气、二氧化碳和氢气吸附实验评价了COF-115的永久孔隙率。COF-115和等网状亚胺连接的COF对水蒸气和二氧化碳的吸附分析表明，氮氧化物基多孔材料在大气集水和二氧化碳捕获应用方面具有良好的潜力。3）密度泛函理论计算对这些COF的吸附性质之间的差异提供了有价值的见解。最后，研究人员成功地展示了COF-115的光诱导重排反应。
Daria Kurandina, et al, A Porous Crystalline Nitrone-Linked Covalent Organic Framework, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307674DOI: 10.1002/anie.202307674https://doi.org/10.1002/anie.202307674
5. Angew：碳酸苄酯和氨基甲酸酯的低压羰化反应在13C同位素标记和催化二氧化碳还原中的应用
在临床试验期间，获取同位素标记的酯和酰胺的策略是必不可少的，因为许多药代动力学研究需要对用于吸附、代谢、消除(ADME)研究的有效药物成分(API)进行同位素浓缩。近日，奥胡斯大学Troels Skrydstrup报道了一种利用氧删除策略从碳酸盐和氨基甲酸酯中获得同位素标记的酯和酰胺的方法。1）这种方法利用脱羧基的羰基化方法，以接近化学计量比的、异地生成的12C或13C的一氧化碳进行同位素标记。该反应具有范围广、对官能团的耐受性好、产率高等特点，这一特点表现在合成了结构复杂的分子上。2）研究人员还开发了一种补充方法，即通过还原脱羧化过程中释放的二氧化碳来催化原位生成CO，作为一种概念验证方法，即二氧化碳衍生的化合物可以转化为含CO的骨架。3）机理研究提供了对催化步骤的洞察，这些步骤突出了配体选择的影响，以克服与低压羰基化方法相关的挑战，以及为未来方法的发展提供理性。
Craig S. Day, et al, Low Pressure Carbonylation of Benzyl Carbonates and Carbamates for Applications in 13C Isotope Labeling and Catalytic CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308238DOI: 10.1002/anie.202308238https://doi.org/10.1002/anie.202308238
6. Angew：金属-有机笼中金属-非金属协同活性中心在纯水中高效光催化合成过氧化氢
光催化合成过氧化氢(H2O2)是一种很有潜力的清洁方法，但光催化剂中氧化和还原位置之间的距离较长，阻碍了光生电荷的快速转移，限制了其性能的提高。近日，南京师范大学兰亚乾教授，Jiang Liu通过直接配位用于O2还原反应的金属中心(Co中心)和用于H2O氧化反应的非金属中心(配体的咪唑中心)，构建了金属-有机笼型光催化剂Co14(L-CH3)24，缩短了光生电子和空穴的传输路径，提高了电荷的传输效率和光催化剂的活性。1）它可以作为一种高效的光催化剂，在没有牺牲剂的情况下，在氧气饱和的纯水中生成H2O2的速率高达146.6μmol g-1 h-1。2）值得注意的是，光催化实验和理论计算相结合证明，配体的官能化修饰更有利于吸附关键中间体(*OH用于WOR和*HoOH用于ORR)，从而获得更好的性能。本工作首次提出了一种新的催化策略，即在晶态催化剂中构建金属-非金属协同活性中心，利用MOC固有的主-客体化学，增加底物与催化活性中心之间的接触，最终实现高效的光催化合成过氧化氢。
Jia-Ni Lu, et al, Synergistic Metal-Nonmetal Active Sites in a Metal-Organic Cage for Efficient Photocatalytic Synthesis of Hydrogen Peroxide in Pure Water, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308505DOI: 10.1002/anie.202308505https://doi.org/10.1002/anie.202308505
7. AM：增强酸性析氧活性的自旋极化策略
自旋极化被认为是促进阳极析氧反应（OER）的一种有前景的方法，因为中间体和产物具有自旋依赖性行为，但很少报道工业中实际使用的铁磁催化剂用于酸性OER。在此，苏州大学Qi Shao，厦门大学黄小青教授，马克斯·普朗克固体化学物理研究所Zhiwei Hu报道了第一个自旋极化介导策略，通过稀锰 (Mn2+) (S = 5/2) 掺杂在反铁磁性 RuO2 中产生净铁磁矩，以增强酸性电解质中的 OER 活性。1）元素选择性 X 射线磁圆二色性揭示了 Mn 和 Ru 离子之间的铁磁耦合，满足 Goodenough-Kanamori 规则。室温下的铁磁性行为可以通过第一原理计算很好地解释为 Mn2+ 杂质和 Ru 离子之间的相互作用。2）事实上，Mn-RuO2 纳米片表现出强磁场增强的 OER 活性，在 10 mA cmgeo-2 下具有 143 mV 的最低过电势，并且在 480 小时稳定性中活性衰减可忽略不计，内在周转频率也提高到5.5 s-1。这项工作突出了设计高效酸性析氧催化剂的自旋工程策略的重要途径。
Ling Li, et al, Spin-polarization strategy for enhanced acidic oxygen evolution activity, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202302966https://doi.org/10.1002/adma.202302966
8. AM: 固态锂金属电池中的电极间讨论
固态锂金属电池因其具有高能量密度和潜在的特性安全性而被确定为电动汽车行业的战略研究方向。然而，固体材料固有的机械性能导致电极和电解质在充电和放电过程中不可避免地出现电化学机械故障；这些失效机制包括锂渗透以及裂纹和空隙的形成，这对固态锂金属电池的长循环寿命构成了严峻的挑战。近日，中科院青岛能源所崔光磊研究员概述了最新进展，以了解这一挑战。1）作者基于不均匀的Li+通量诱导相互作用的电化学机械故障，对阴极和锂金属阳极之间的串扰行为提供了新的见解。2）此外，作者提出了设计稳定的固态锂金属电池的指南和找出与电极间对话相关的电化学机械失效机制的研究方向，这对于加速固态锂电池的发展具有重要意义。
Jun Ma, et al, Interelectrode Talk in Solid-State Lithium-Metal Batteries, Adv. Mater. 2023, 2301892DOI: 10.1002/adma.202301892https://doi.org/10.1002/adma.202301892
9. AM: 通过非溶剂淬灭促进原位纳米纤维化增强水凝胶
纳米纤维水凝胶普遍存在于承重软组织中，这被认为是其非凡机械性能的关键。受这种现象的启发，中科院化学所Dong Qiu，Xiaohui Meng，首都医科大学Bin Zhu提出了一种新型的聚合物水凝胶增强策略，其中通过增强纳米级水平上的可控聚集，诱导水凝胶中的聚合物片段原位形成纳米纤维。1）研究人员选择聚乙烯醇水凝胶来证明该策略的优点。在传统的溶剂交换水凝胶制备方法中引入非溶剂猝灭步骤，这很容易促进后续溶剂回火过程中纳米纤维水凝胶的形成。2）与具有相同组成的传统溶剂交换水凝胶相比，所得纳米纤维水凝胶表现出显着改善的机械性能和抗溶胀性。这项工作验证了这样的假设：捆绑聚合物链形成纳米纤维可以产生机械性能显着增强的纳米纤维水凝胶，这可能为单组分水凝胶增强材料开辟新的视野。
Xule Yang, et al, Reinforcing hydrogel by nonsolvent-quenching facilitated in-situ nanofibrosis, Adv. Mater. 2023, 2303728DOI: 10.1002/adma.202303728https://doi.org/10.1002/adma.202303728
10. AEM：揭示表面氧空位在稳定富锂层状氧化物中的作用
基于阴离子氧化还原化学的富锂层状氧化物在所有过渡金属(TM)氧化物阴极中提供了最高的实际容量，但仍然存在循环稳定性较差的问题。近日，北京大学深圳研究生院潘锋教授，深圳大学Jiangtao Hu，香港中文大学Mingjan Zhang通过长时间的中温后退火，在Li1.2Ni0.13Co0.13Mn0.54O2的10nm厚的表面区引入了一定量的氧空位。1）这些表面富集型OV显著地抑制了O-O二聚体(O2n−，0 <n<4)的生成和伴随的副反应，从而促进了在表面形成均匀致密的阴极 电解液界面层。< span> </n<4)的生成和伴随的副反应，从而促进了在表面形成均匀致密的阴极。2）CEI层减少了进一步的副反应和TM的溶解，并在循环时保护了主体结构，最终导致了增强的循环稳定性，在半电池和全电池中都显示了这一点。对OVs的深入理解将有助于基于阴离子氧化还原化学的稳定正极材料的设计。
Kai Wang, et al, Unraveling the Role of Surficial Oxygen Vacancies in Stabilizing Li-Rich Layered Oxides, Adv. Energy Mater. 2023, 2301216DOI: 10.1002/aenm.202301216https://doi.org/10.1002/aenm.202301216
11. ACS Nano：基于纤维素的光热涂层：一种可持续的种子保护和长期储粮解决方案
以合成化学品(杀虫剂、杀虫剂和化肥)为基础的高产现代农业养活了不断增长的全球人口。完全放弃使用农药和化肥无疑将导致全球范围内的严重粮食危机，迫切需要可持续的替代解决方案来阻止杀虫剂和化肥的过度使用。在此，中科院化学所Weiguo Tian，Jun Zhang提出了一种通用和绿色的策略，用于种子保护和谷物的长期储存，使用基于纤维素的光热涂层(PDA NPs@Cell-N+)，该涂层由光热多巴胺纳米颗粒(PDA NPs)和带正电荷的纤维素衍生物(Cell-N+)组成，仅在红外线照射下即可根除种子传播的细菌和真菌。1）绿豆(Vigna Radiata)的体内外检测和苗期表型分析表明，光热处理可以有效地消除病原菌，包括抑制率>99%的黄曲霉。这样，绿豆种子传播的病害才能最终得到预防。2）由于良好的溶解性和生物兼容性，PDA NPs@Cell-N+涂层可以被洗涤和回收，而不会出现食品安全问题。PDA NPs@Cell-N+可以作为一种基于自然的解决方案，用于种子保护和长期粮食储存。
Xin Ji, et al, Cellulose-Based Photothermal Coating: A Sustainable Solution for Seed Protection and Long-Term Grain Storage, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c03660https://doi.org/10.1021/acsnano.3c03660
12. ACS Nano：天然木材启发的超强各向异性水凝胶靶向人造肌腱或韧带
水凝胶能够模拟生物组织或皮肤的弹性，但仍不能达到令人满意的强度和韧性，大大限制了其应用范围。天然木材的各向异性结构为设计高强度水凝胶提供了灵感。在这里，中科院大连化物所吴忠帅研究员提出了一种综合策略，使用盐化辅助预拉伸处理来有效地制备超强水凝胶。1）所制备的聚乙烯醇/纤维素纳米纤维杂化水凝胶具有明显的木材状各向异性，包括取向的分子纤维束和长大的颗粒尺寸，使材料具有极好的综合力学性能，极限断裂强度超过40 MPa，应变接近250%，韧性超过60 MJ·m−3，以及优异的撕裂性能。2）预溶胀预取向水凝胶的断裂强度和韧性分别达到10 Mpa和25MJ·m−3。体外和体内实验表明，再溶水凝胶不影响细胞的生长和活性，也不会引起小鼠组织的炎症或排斥反应，具有极低的生物毒性和良好的组织相容性，在人工韧带或肌腱中具有良好的应用前景。这项研究提供的策略可以推广到各种生物相容聚合物，以制备具有各向异性结构的高性能水凝胶。
Lu Wu, et al, Natural-Wood-Inspired Ultrastrong Anisotropic Hybrid Hydrogels Targeting Artificial Tendons or Ligaments, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c01976https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01976
