1. Nature Commun.：表面钝化可实现高活性、选择性、稳定和可扩展的 CO2 电还原
使用铋催化剂将二氧化碳电化学转化为甲酸是最有前途的工业化途径之一。然而，由于Bi催化剂经常被含氧物质中毒，在宽电压范围和工业电流密度下实现高甲酸产量仍然很困难。在此，武汉理工大学麦立强教授，奥克兰大学Ziyun Wang，电子科技大学Chuan Xia，新南威尔士大学戴黎明教授报道了一种Bi3S2纳米线-抗坏血酸混合催化剂，该催化剂可同时提高甲酸选择性、活性和高电压下的稳定性。1）具体而言，在高于1.0V的宽电位范围和安培级电流密度下，甲酸盐形成的法拉第效率达到了95%以上。
2）观察到的优异催化性能归因于独特的重构机制，以形成更多缺陷位点，而抗坏血酸层通过捕获中毒羟基进一步稳定缺陷位点。3）当用于全固态反应器系统时，新开发的催化剂在50 mA cm-2（200 mA电池电流）下可在120小时内高效生产纯甲酸。
JiexinZhu, et al. Surface passivation for highly active, selective, stable, and scalable CO2 electroreduction. Nat Commun14,4670(2023).DOI：10.1038/s41467-023-40342-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-40342-6
2. Nature Commun.：基于Ru掺杂纳米铜片阴极的高性能碱性水电解槽
碱性电解槽通常产生电流密度低于0.5 A/cm2的氢气。在这里，意大利理工学院Liberato Manna，Francesco Bonaccorso，Sebastiano Bellan设计了一种经济有效且坚固耐用的阴极，由电沉积的纳米Ru颗粒(质量负载量~ 53 µg/cm2)组成，在金属网上生长的垂直取向的铜纳米片阵列上。1）这种阴极与以堆叠的不锈钢网为基础的阳极耦合，其性能优于氢氧化镍催化剂。电解槽在1.69V和2V时的电流密度分别达到1 A/cm2和3.6 A/cm2，达到了质子交换膜电解槽的性能。此外，我们的电解槽在连续(1 A/cm2，超过300小时)和间歇模式下稳定运行。2）根据提议的电极技术，预计1兆瓦发电厂(30年寿命)的总生产成本为2.09美元/千克，达到全球目标(2-2.5美元/千克)。因此，在阴极中使用少量的Ru(~0.04 gRu/kW)是一种有希望的策略，以解决传统碱性电解槽在面临铂族金属稀缺的情况下，在高通量操作时的资本和运营费用之间的两极分化。
Zuo, Y., Bellani, S., Ferri, M. et al. High-performance alkaline water electrolyzers based on Ru-perturbed Cu nanoplatelets cathode. Nat Commun 14, 4680 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40319-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-40319-5
3. Nature Commun.：双金属纳米平台可活化STING并实现CRISPR/Cas介导的甲硫氨酸转运体耗竭以恢复抗癌免疫反应
缺乏足够的细胞毒性T淋巴细胞（CD8+T细胞）浸润和CD8+T淋巴细胞的功能障碍状态被认为是抗肿瘤免疫的巨大障碍。中科院长春应化所曲晓刚、Chuanqi Zhao和Geng Qin构建了一个协同纳米平台，通过调节甲硫氨酸代谢和激活STING先天免疫途径，可促进肿瘤中CD8+T细胞浸润，同时恢复T细胞功能。1）研究将CRISPR质粒封装到Mn/Zn双金属MOF纳米颗粒（Mn/Zn-ZIF-8），其中的CRISPR质粒可通过影响肿瘤细胞中的甲硫氨酸代谢，增强cGAS/STING途径的激活并逆转T细胞的耗竭。2）同时，MOF释放的金属不仅诱导了ROS风暴杀死肿瘤，而且可以刺激STING通路的激活。而透明质酸（HA）的进一步修饰可使MOF增强对肿瘤的识别和富集。3）双金属纳米平台不仅可以实现CRISPR/CAS9质粒的有效递送，而且可以通过激活cGAS/STING信号通路和靶向甲硫氨酸代谢来极大地优化免疫治疗。
Ying Huang, et al. A bimetallic nanoplatform for STING activation and CRISPR/Cas mediated depletion of the methionine transporter in cancer cells restores anti-tumor immune responses. Nature Communications. 2023DOI：10.1038/s41467-023-40345-3https://www.nature.com/articles/s41467-023-40345-3
4. Chem：高温电化学的原位表征技术和方法
高温电化学在冶金、能源等基础产业以及深空探测、碳中和等未来前沿技术中发挥着重要作用。近日，北京理工大学焦汉东、北京科技大学焦树强综述研究了高温电化学的原位表征技术和方法。1) 目前，基于非原位、宏观表征、与室温电化学理论类比的传统研究方法已不能满足研究者的要求。原位表征技术可以实时监测信息，在理论计算、数值模拟等支持下，可以建立一个完整的时空、多维、跨尺度的方法论。因此，总结和展望HTE的原位表征技术和分析方法迫在眉睫。2) 作者综述了HTE的原位表征技术，并指出了未来的发展方向，以构建HTE研究的方法论。因此，作者呼吁更多的研究人员进入HTE领域，以推动HTE工程实现低碳、高效、精细化和智能化。
Rui Yuan, et al. In situ characterization techniques and methodologies for high-temperature electrochemistry. Chem 2023DOI: 10.1016/j.chempr.2023.06.018https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.06.018
5. Angew：软多孔配位网络中 C2H2/CO2 和 C2H6/C2H4 的交叉吸附
多孔吸附剂是用于各种应用的材料，包括储存和分离。通常，吸附剂对单一气体的吸收随着温度的升高而降低，但对两种相似气体的相对亲和力不会改变。在这项研究中，京都大学Ken-ichi Otake，Susumu Kitagawaa报道了一个罕见的“交叉吸附”例子，其中两种相似气体的吸收能力和表观亲和力在不同温度下逆转。1）研究人员合成了两种软多孔配位聚合物（PCP），[Zn2(L1)(L2)2]n (PCP-1) 和 [Zn2(L1)(L3)2]n (PCP-2) (L1= 4,4) '-双(4-吡啶基)苯基，L2=5-甲基-1,3-二(4-羧基苯基)苯，L3=5-甲氧基1,3-二(4-羧基苯基)苯。2）这些 PCP 在气体吸附时表现出结构变化，并显示出 C2H2/CO2 和 C2H6/C2H4 的交叉吸附，其中表观亲和力随温度而反转。我们使用原位气体加载单晶 X 射线衍射 (SCXRD) 分析揭示了不同温度下 C2H2、CO2、C2H6 和 C2H4 气体的 PCP-1 的客体夹杂物结构。3）有趣的是，研究人员观察了这些气体下不同加载相的三步单晶到单晶 (sc-sc) 转变，从而深入了解客体结合位置、主客体或客体-客体相互作用的性质及其相暴露于这些气体后发生转变。结合理论研究，研究人员充分阐明了柔性配位网络中的交叉吸附，其中涉及不同温度下相似气体的表观亲和力和吸收的逆转。研究发现这种行为可以通过客体绑定与主客体和客体交互之间的微妙平衡来解释。
Mohana Shivanna, et al, Crossover Sorption of C2H2/CO2 and C2H6/C2H4 in Soft Porous Coordination Networks, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308438DOI: 10.1002/anie.202308438https://doi.org/10.1002/anie.202308438
6. Angew：Ag-Pd-Pt-Ru 组合空间内复杂固溶体的碱性氧还原
高熵合金和氧化物等成分复杂的材料有潜力成为催化剂发现的有效平台，因为这些新型材料跨越了广阔的化学空间。然而，识别最活跃的催化剂材料的组成需要阐明描述符与活性的关系，因为通过实验筛选多种可能的元素比例很快就成为一项艰巨的任务。在这项工作中，哥本哈根大学Prof. Jan Rossmeisl证明了Ag-Pd-Pt-Ru系统所跨越的空间内复杂固溶体表面上*OH和*O的推断吸附能分布与实验观察到的氧还原反应的电催化性能相耦合。1）总的来说，通过应用仅具有两个可调参数的理论推导模型，以 0.042 mA/cm2 的交叉验证平均绝对误差预测 1582 合金成分的催化活性。2）模型预测的电化学性能值与薄膜表面测量值之间差异的趋势随后可以深入了解反应条件下合金的表面成分。3）弥合计算模型和实验观察的催化活性之间的差距，不仅揭示了对催化基础理论的洞察，而且还离实现高熵材料的探索和利用又近了一步。
Christian M. Clausen, et al, A Flexible Theory for Catalysis: Learning Alkaline Oxygen Reduction on Complex Solid Solutions within the Ag-Pd-Pt-Ru Composition Space, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307187DOI: 10.1002/anie.202307187https://doi.org/10.1002/anie.202307187
7. Angew：用于高效耐用太阳能电池的具有梯度能量漏斗和增韧异质界面的两次退火法2D/3D钙钛矿薄膜
为了提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，人们对2D/3D钙钛矿异质结构进行了广泛的研究。然而，在这类2D/3D钙钛矿杂化材料中，合理地控制相分布和能级排列仍然是一个巨大的挑战。在这里，中山大学Wu-Qiang Wu通过同时引入2D钙钛矿成分和有机卤化物添加剂，成功地实现了2D/3D钙钛矿异质结构的自发相对准。1）具有不同n值的2D钙钛矿和3D钙钛矿的梯度相分布导致了钙钛矿薄膜上良好的能带排列，并促进了相应异质界面上的电荷转移。此外，2D钙钛矿成分还起到了“创可贴”的作用，在钝化缺陷的同时释放了钙钛矿薄膜的残余拉应力。2）令人振奋的是，仅基于2S原位闪光退火法的叶片涂层PSCs具有良好的能量漏斗和增韧的异质界面，获得了22.5%的预期效率，同时延长了寿命。据我们所知，这是几秒钟内用节能热处理制造的PSC的最高效率，也超过了那些最先进的无退火类似物。这种两秒原位退火技术可以在器件制造过程中节省高达99.6%的能源成本，这将使其实现低成本。
Xueqing Chang, et al, Two-Second-Annealed 2D/3D Perovskite Films with Graded Energy Funnels and Toughened Heterointerfaces for Efficient and Durable Solar Cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309292DOI: 10.1002/anie.202309292https://doi.org/10.1002/anie.202309292
8. Angew：调节共轭嵌段共聚物的序列结构实现高效稳定的大面积单组分有机太阳能电池
基于共轭嵌段共聚物(CBCs)的单组分有机太阳能电池(SCOSCs)由于具有良好且稳定的形貌，通过共价键合聚合物供体和受体而受到越来越多的关注。不幸的是，深入了解CBCs序列结构引起的组装行为对器件性能的影响仍然是模糊的。近日，南昌大学Lie Chen从调控CBCs序列长度和分布规律的角度出发，通过两锅法合成了D18(20)-b-PYIT、D18(40)-b-PYIT和D18(60)-bPYIT，以及传统的一锅法合成了D18(40)-b-PYIT(R)。1）研究发现，对聚合物嵌段序列长度和分布规律的精确控制可以微调CBCs的自组装，优化薄膜形态，改善光电性能，降低能量损失，从而同时提高效率和稳定性。2）在这些CBSC中，基于D18(40)-b-PYIT的器件实现了13.4%的冠军效率，并增强了稳定性，这是SCOSC的突出表现。重要的是，CBC的规则序列分布和适当的序列长度使得打印设备的成膜过程容易。3）研究人员首次制作了叶片涂覆的大面积刚性/柔性SCOSC，获得了11.62%/10.73%的令人印象深刻的效率，远远高于相应的二元器件。
Yujun Cheng, et al, Regulating the Sequence Structure of Conjugated Block Copolymers Enables Large-Area Single-Component Organic Solar Cells with High Efficiency and Stability, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202308267DOI: 10.1002/anie.202308267https://doi.org/10.1002/anie.202308267
9. Angew：通过高分辨STM成像对吸附在金上的碳水化合物中的手性相互作用进行可视化
碳水化合物是地球上最丰富的有机物质，也是许多生命系统中的结构“首选材料”。然而，合成碳水化合物材料的研究进展目前落后于蛋白质和核酸。碳水化合物材料的自下而上的工程需要对其分子结构和凝聚相中的相互作用有一个原子水平的理解。因此，卡尔斯鲁厄理工学院Johannes Seibel和Kelvin Anggara利用高分辨率扫描隧道显微镜（STM）以亚分子分辨率观察组装在Au（1111）上的纤维素低聚物的三维结构以及驱动其组装的相互作用。1）STM成像由从头计算支持，揭示了低聚物中所有糖苷键和吡喃糖环的取向，以及低聚物之间分子间相互作用的细节。2）通过比较D-和L-低聚物的组装，这些相互作用具有对映选择性的，能够驱动纤维素链从其非天然对映体中自发对映分离，并促进其在缩合相中形成工程碳水化合物组装体。
Johannes Seibel, et al. Visualizing Chiral Interactions in Carbohydrates Adsorbed on Au(111) by High-Resolution STM Imaging. Angew. 2023DOI：10.1002/anie.202305733https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202305733
10. Angew：通过阴离子交换介导的分级碳载体中 Fe 配位环境的转化构建 Fe-N4 位点以实现高效氧还原
通过与氮原子配位锚定在碳载体上的金属单原子（SA）是氧还原反应（ORR）的有效活性位点。然而，具有高度暴露的活性位点的单原子催化剂的合理设计具有挑战性且迫切需要。在此，青岛科技大学Lei Wang提出了一种阴离子交换策略来制造锚定在由空心碳球（Fe-SA/N-HCS）组成的分层碳纳米板中的 Fe-N4 部分。1）随着配位的O原子被N原子取代，Fe-O4构型的Fe SA在热活化过程中转变为Fe-N4构型的Fe SA。对中心原子演化的深入研究表明，通过调节原位阴离子交换过程可以获得具有特定配位环境的SA。2）该策略产生了大量的电化学可及位点和Fe-N4的高利用率。Fe-SA/N-HCS 显示出优异的 ORR 电催化性能，在 0.1 M KOH 中的半波电位为 0.91 V（相对于 RHE），并且在可充电水系和柔性锌空气电池中使用时具有出色的性能。这项工作中展示的 SA 的进化途径提供了一种设计具有各种配位环境和增强的电催化活性的 SAC 的新策略。Lingbo Zong, et al, Constructing Fe-N4 Sites through Anion Exchange-mediated Transformation of Fe Coordination Environments in Hierarchical Carbon Support for Efficient Oxygen Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309784DOI: 10.1002/anie.202309784https://doi.org/10.1002/anie.202309784
11. AEM：基于高压阴极的全固态锂电池的实际应用：挑战和进展
全固态锂电池(ASSLB)以其优异的安全性能成为近年来的研究热点。为了更好地体现其优越性，应采用高压阴极来提高固体电池的能量密度，以与商用液体电池竞争。然而，高压阴极的引入存在着电化学稳定性低、阴极与电解液界面化学稳定性差、机械接触差、析气等问题。这些缺陷严重影响了电池的性能，甚至导致电池失效，阻碍了固态电池的商业化。近日， 华南理工大学胡仁宗教授，浙江大学刘永锋教授，西安理工大学Jian Chen从不同角度对高压阴极基ASSLB的上述失效机理进行了综述。1）作者综述了ASSLB用固体电解质的最新进展，主要包括聚合物固体电解质、硫化物固体电解质和氧化物固体电解质。2）此外，正极材料的影响也非常关键，作者提出了提高正极材料电化学性能的策略，可分为涂层保护、合成修饰和结构改进。
Xilong Chen, et al, Practical Application of All-Solid-State Lithium Batteries Based on High-Voltage Cathodes: Challenges and Progress, Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301230https://doi.org/10.1002/aenm.202301230
12. ACS Nano：通过构建更高容量的界面“电子袋”实现2 A cm−2级大规模制氢
高纯氢气的批量生产是制约燃料电池进步和实现碳中和蓝图的关键问题。过渡金属硫属化物异质结对电化学全水分解（EOWS）表现出一定的活性，但由于动力学进展缓慢（H*或*O→*OOH），其高电流密度催化性能仍然不能令人满意。受“电子口袋”理论的启发，苏州大学Mengfan Wang，晏成林教授，南通大学Tao Qian设计了一种在费米能级（−0.5 eV，+0.5 eV）附近具有高电子存储容量的Ni-Mo双金属二硫化物界面异质结电催化剂系统（NM-IHJV）（e-DFE），这为EOWS过程中中间物种的动力学进展过程注入了更多的动力。1）电催化剂实现了 EOWS 2 A cm−2 级别的超高电流密度（仅需要 1.98 V 电压），比基准 Pt/C//IrO2（178 mA cm−2@1.98 V），以及 200 小时的出色长期稳定性。2）最引人注目的是，NM-IHJ-V 可以在高达 5 A 的电流下有效地产生氢气。所提出的通过电子袋理论构建催化剂以超高电流密度产生氢气的策略将为设计其他催化系统提供宝贵的见解。
Yu Cheng, et al, 2 A cm−2 Level Large-Scale Production of Hydrogen Enabled by Constructing Higher Capacity of Interface “Electron Pocket”, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c01720https://doi.org/10.1021/acsnano.3c01720
