1. Chem. Soc. Rev.：用于二氧化碳捕获的共价有机框架
自20世纪60年代以来，大气中的二氧化碳浓度增加了约40%。在可用于碳捕获的各种技术中，吸附和膜工艺由于其具有低成本捕获CO2的潜力而受到极大关注。近日，新加坡国立大学Zhao Dan综述研究了用于二氧化碳捕获的共价有机框架。1) 该工艺的核心是吸附剂和膜材料，而在设计和制造用于碳捕获的新型多孔材料方面取得了巨大进展。共价有机骨架（COFs）是一类多孔晶体材料，由于其高表面积、低密度、可控的孔径和结构以及较好的稳定性，是一种极具潜力的CO2捕获吸附剂。2) 作者强调了COFs的发展，以应对碳捕获的挑战，并概括了制造COFs以实现工业应用的策略。此外，作者对碳捕获的工程过程和工业现状进行了详细描述，并强调了机器学习在整合分子和工程水平模拟方面的重要性。
He Li, et al. Covalent organic frameworks for CO2 capture: from laboratory curiosity to industry implementation. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00465H
2. Nature Commun.：通过混合抗衡阴离子动力学通过金属-配体配位交联增韧自修复弹性体
机械坚韧且可自修复的聚合物材料在可持续的未来中得到了广泛的应用。然而，由于机械鲁棒性和粘弹性之间的权衡关系，仍然缺乏机械坚韧的自修复聚合物的连贯策略。在这里，韩国科学技术院Jiheong Kang公开了一种通过金属配体配位交联的自修复弹性体的增韧策略。1）研究人员重点研究了抗衡阴离子对聚合物网络动态机械行为的影响。随着抗衡阴离子的配位能力增加，阴离子的结合导致动力学变慢，从而限制拉伸性并增加刚度。2）此外，具有多种配位模式的多峰阴离子提供了意想不到的动态性。通过简单地混合多峰和非配位阴离子，研究人员发现对机械韧性（> 3倍）和自修复效率具有显着的协同效应，这为基于配位的坚韧自修复聚合物的设计提供了新的见解。
Park, H., Kang, T., Kim, H. et al. Toughening self-healing elastomer crosslinked by metal–ligand coordination through mixed counter anion dynamics. Nat Commun 14, 5026 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-40791-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-40791-z
3. JACS: 通过分子络合实现高性能锂-硫电池
除了锂离子技术之外，锂硫电池还因其多电子氧化还原反应和高理论比能（2500 Wh kg−1）而脱颖而出。然而，可溶性多硫化锂本质上不可逆地转变为固体短链硫物质（Li2S2和Li2S）以及电极材料相关的大体积变化显着损害了电池的长期稳定性。在这里，斯坦福大学Hai Wang，达特茅斯学院Weiyang Li提出了一种液体硫电极，由溶解在有机溶剂中的硫代磷酸锂复合物组成，能够粘合和储存放电反应产物而不会沉淀。1）研究人员从耦合光谱和密度泛函理论研究中获得的见解指导复杂的分子设计、络合机制和相关的电化学反应机制。2）使用新型复合物作为正极材料，在室温下实现了高比容量（0.2 C 下 1425 mAh g−1）和优异的循环稳定性（0.5 C 下 400 次循环后保持率为 80%）。3）此外，高度可逆的全液体电化学转换可实现出色的低温电池操作性（-40°C时>400 mAh g−1，-60°C时>200 mAh g−1）。因此，这项工作开辟了设计和定制硫电极的新途径，以在较宽的工作温度范围内增强电化学性能。
Peiyu Wang, et al, High-Performance Lithium−Sulfur Batteries via Molecular Complexation, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c05209https://doi.org/10.1021/jacs.3c05209
4. JACS：PtPb/Pt 纳米板上的亚单层 SbOx 促进甲酸直接氧化催化
为了推动直接甲酸燃料电池（DFAFC）的商业化，探索新型高活性、直接途径的直接甲酸氧化（FAOR）催化剂至关重要。在这里，厦门大学黄小青教授，Lingzheng Bu报道了一种嵌入亚单层氧化锑表面的金属间铂-铅/铂纳米板（PtPb/Pt@sub-SbOx NPs）的合成，用于在FAOR中的高效催化应用。1）令人印象深刻的是，PtPb/Pt@sub-SbOx NPs可以实现显着的 28.7 mA cm−2 和 7.2 A mgPt -1 的FAOR比活度和质量活度，分别比最先进的商业 Pt/C 高 151 倍和 60 倍。2）此外，X射线光电子能谱和X射线吸收光谱结果共同揭示了表面亚单层SbOx对局域配位环境的优化，以及电子从Pb和Sb到Pt的转移，驱动了主要的脱氢过程。表面的亚单层SbOx可以有效减弱CO的产生，大大提高PtPb/Pt@sub-SbOx NPs的FAOR性能。该工作通过构建独特的金属间化合物核/亚单层壳结构，开发了一类用于DFAFC的高性能Pt基阳极催化剂。
Xinrui Hu, et al, Sub-Monolayer SbOx on PtPb/Pt Nanoplate Boosts Direct Formic Acid Oxidation Catalysis, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c04580https://doi.org/10.1021/jacs.3c04580
5. JACS：BaTiO3 纳米晶体中的铁电极化控制光电化学水氧化和光催化析氢
BaTiO3 等铁电 (FE) 半导体在施加电场后支持残余极化，从而促进光生电荷载流子的分离。在这里，加州大学戴维斯分校Frank E. Osterloh首次展示了钛酸钡纳米晶体的有限元增强光催化析氢和光电化学水氧化。1）研究人员通过水热合成二氧化钛和氢氧化钡获得了铁电四方结构类型的纳米晶体，产率为 63%。2）钽基板上的 BaTiO3 纳米晶体薄膜在紫外光 (60 mW cm−2 ) 照射下在 1.23 V RHE 下表现出 0.141 mA cm−2 的水氧化光电流。垂直于薄膜平面的 52.8 kV cm−1 电极化会使光电流增加 2 倍或减少 3.5 倍，具体取决于场极性。它还将起始电位移动 -0.15 或 +0.09 V，并修改表面光电压信号。最后，暴露在电场下使 Pt/BaTiO3 的 H2 析出速率提高约 1.5 倍，并且提高了银在纳米晶体 (001) 面上光沉积的选择性。3）通过将样品加热到 BaTiO3 的居里温度以上，可以消除所有 FE 增强。这些发现可以通过有限元偶极子引起的材料空间电荷层电势降的变化来解释。因此，利用铁电效应增强析氢和水氧化的能力对于开发用于燃料转换系统的改进太阳能具有潜在意义。
Samutr Assavachin, et al, Ferroelectric Polarization in BaTiO3 Nanocrystals Controls Photoelectrochemical Water Oxidation and Photocatalytic Hydrogen Evolution, J. Am. Chem. Soc, 2023DOI: 10.1021/jacs.3c03762https://doi.org/10.1021/jacs.3c03762
6. EES：用锆离子交联水凝胶电解质操纵Zn 002沉积平面朝向无枝晶Zn金属阳极
水性锌（Zn）金属阳极的实际应用受到锌表面副反应和枝晶形成的严重阻碍。在此，东华大学武培怡、焦玉聪设计了一种由高价Zr4+阳离子（SFPAM-Zr）交联的丝素蛋白基水凝胶电解质，以调节高性能锌金属阳极的Zn2+沉积和成核行为。1) 作者证明了Zr4+可以提高水凝胶电解质的机械性能，以实现稳定的电化学界面。此外，Zr4+的强静电屏蔽作用可以引导Zn2+与Zn 002平面沉积，并与SFPAM协同抵抗水分子进行副反应和枝晶抑制。2) 因此，SFPAM-Zr水凝胶电解质使对称锌电池具有稳定的可逆性和57%的高放电深度（DOD）。Zn/活性炭（AC）电容器可以稳定循环40000次，并且容量保持率为99%，Zn/PANI电池可以在不同温度下进行长期循环。
Yong Cheng, et al. Manipulating Zn 002 deposition plane with zirconium ion crosslinked hydrogel electrolyte toward dendrite free Zn metal anodes. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02114A
7. EES：MOF纳米片作为自优化锌阳极的离子载体
水性可充电金属电池由于其低成本和安全性，在电网存储中极具应用前景。然而，由于枝晶形式的无序金属沉积及其由水引起的腐蚀敏感性，使得较差阳极可逆性阻碍了其实际应用。由于混沌沉积源于水合金属离子与电场不均匀性的耦合。因此，中国科学院Yang Weishen、Zhu Kaiyue提出了“离子载流子”的概念，以使离子通量与电场解耦。1) 作者采用动态可回收的金属有机骨架纳米片作为Zn2+载体来保持、传输和约束Zn2+离子，从而实现稳定、可预测和保形的Zn2+离子沉积。因此，锌阳极在循环过程中在形态和取向方面经历自优化过程。Zn的选择性（002）沉积产生了稳定的（002）结构，以及无副产物的表面。2)在Zn||Zn对称电池（6900h）和全电池（6000次循环，容量保持率为90%）中，作者都实现了Zn阳极的高循环稳定性。这种“离子载体”概念解决了与锌阳极相关的关键问题，并可扩展到其他可充电金属阳极。
Hanmiao Yang, et al. MOF Nanosheets as Ion Carriers for Self-Optimized Zinc Anode. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01747H
8. AM：由多功能 Janus 隔膜在 -30 至 60 °C 的宽温度范围内增强的高倍率锂-硒电池
锂-硒电池的特点是体积容量与锂硫电池相当，而硒的电导率比硫高约1025倍，有利于高倍率性能。然而，它们也受到多硒化锂（LPS）和锂枝晶生长的“穿梭效应”的影响。在此，南京大学胡征教授，Lijun Yang，Qiang Wu设计了一种多功能Janus隔膜，通过在商用聚丙烯（PP）隔膜的两侧涂覆分层氮掺杂碳纳米笼（hNCNC）和AlN纳米线来克服这些障碍。1）在室温下，采用Janus隔膜的锂硒电池表现出前所未有的高倍率性能（25 C下为331 mAh g−1），并在500次循环后在3 C下保持408 mAh g−1的高容量。此外，在-30至60°C的宽温度范围内实现了高保留容量，显示了在极端环境下的潜在应用。2）优异的性能源于正极侧hNCNC的化学吸附和电催化抑制LPSes穿梭和负极侧导热AlN网络抑制锂枝晶生长的“1+1>2”协同作用，这可以很好地理解通过“桶效应”。因此，这种Janus隔膜提供了开发高性能锂硫属元素（Se、S、SeS2）电池的总体策略。
Yue Guo, et al, High-rate lithium-selenium batteries boosted by a multifunctional Janus separator over a wide temperature range of −30 to 60 °C, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202304551https://doi.org/10.1002/adma.202304551
9. AM：电化学二氧化碳转化中的先进催化剂设计和反应器配置升级
由可再生能源驱动的电化学二氧化碳还原反应（CO2RR）在减轻和潜在扭转人为气候变化和环境退化的破坏性影响方面显示出巨大的前景。同时合成高能量化学品可以满足全球能源需求，同时使排放与经济增长脱钩。然而，CO2RR技术的发展面临着催化剂发现和设备优化方面的挑战，阻碍了其工业化应用。在这篇文章中，华中科技大学夏宝玉教授，Wei Guo，Yuanjie Pang，海南大学Xinlong Tian，西安交通大学丁书江教授，伦敦玛丽女王大学Di Tommaso Devis全面概述了 CO2RR 研究的现状，1）作者首先介绍了该技术的背景和动机，然后介绍了基本原理和评估指标。2）然后，作者讨论电催化剂的基本设计原理，强调其结构与性能的相关性以及可以提高 CO2RR 选择性和通量的先进电化学组装电池。3）最后，作者展望未来，寻找机制发现、材料筛选策略和设备组装方面的创新机会，以迈向碳中和社会。
Zhitong Wang, et al, Advanced Catalyst Design and Reactor Configuration Upgrade in Electrochemical Carbon Dioxide Conversion, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202303052https://doi.org/10.1002/adma.202303052
10. Angew：B-N/B-O 杂环作为多共振框架中的聚变锁实现高效稳定的超窄带发射
将稠合芳烃融合到多共振（MR）框架中一直是调节光电特性的巧妙策略，然而，这总是牺牲小半峰全宽（FWHM）。在此，清华大学段炼，Dongdong Zhang策略性地将B-N/B-O杂环作为聚变锁嵌入到经典的MR原型中，这可以扩大π延伸并减轻增强平面骨架的空间排斥，从而抑制超窄带发射的高频拉伸/剪切振动。1）实验结果显示，目标发射器获得了具有17-18nm极小的FWHM的天蓝色发射器，与原型相比减少了(1.4-1.9)倍。受益于其>90%的高光致发光量子产率和>108 s-1的快速辐射衰减率，其中一种发射器在敏化器件中表现出高达31.9%的最大外量子效率，在实际亮度下仍保持25.8%1,000cdm−2，半高宽仅为19nm。2）值得注意的是，同一器件还记录了1,278小时的长运行半衰期，是基于MR发射器的天蓝色器件中寿命最长的器件之一。
Guoyun Meng, et al, B-N/B-O Contained Heterocycles as Fusion Locker in MultiResonance Frameworks towards Highly-efficient and Stable UltraNarrowband Emission, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309923DOI: 10.1002/anie.202309923https://doi.org/10.1002/anie.202309923
11. Angew：基于四苯乙烯的多组分金属包合物的等网状制备用于光驱动制氢
多组分金属络合物可以集成其不同构建模块的功能，以实现高级应用的协同效应。在此，西安交通大学Mingming Zhang，Yali Hou，Gang He基于金属配位驱动的自组装，报道了一系列等网状四苯乙烯基金属络合物的制备，这些金属络合物通过多核NMR、ESI-TOF-MS和单晶X射线衍射技术得到了详细的表征。1）将光敏四苯乙烯单元作为面和铼催化配合物作为支柱适当集成到单个金属包中，提供了1707 μmol g-1 h-1的高光催化产氢速率，这是已报道的金属包中的最高值之一。2）飞秒瞬态吸收和DFT计算表明，金属笼可以作为两个构建块精确有序排列的平台，从而实现高效和定向的电子转移，从而实现高效的光催化性能。该研究提供了将多功能配体整合到特定金属包络中以提高光催化产氢效率的总体策略，这将指导未来金属包络的光催化设计。
Chaoqun Mu, et al, Isoreticular Preparation of Tetraphenylethylene-based Multicomponent Metallacages towards Light-Driven Hydrogen Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311137DOI: 10.1002/anie.202311137https://doi.org/10.1002/anie.202311137
12. AEM：非水可充电电池聚苯胺正极的充分利用和稳定循环
聚苯胺是最著名的导电聚合物，也是一种有前途的可充电电池有机正极材料，但在之前的研究中，它的理论容量（294 mAh g−1）利用率较差，循环稳定性较差。在此，武汉大学Zhiping Song，复旦大学王永刚教授首次研究了其完全还原形式，即无色翠绿亚胺碱(LB)，作为常用翠绿亚胺盐和碱（ES和EB）的替代品。对于三种不同的形式，仔细确定了精确的结构，并系统地研究了电化学性能。1）在2.0−4.3 V范围内，LB实现了几乎完全的容量利用率(92%)，远远优于ES和EB。在2.0−4.2 V范围内，它表现出高可逆容量（277 mAh g−1）和循环稳定性（1000次循环后容量保持率为84%）。2）电化学分析、密度泛函理论计算和异位表征相结合表明，容量利用率与基团的原始比例呈正相关，而容量衰减是由高充电电位下不可逆的电化学去质子化引起的。这项工作将聚苯胺的电化学性能和机理理解提升到一个新的阶段，作为一种低成本、高性能、可持续和绿色正极材料在储能设备中的实际应用。
Zhihua Guo, et al, Toward Full Utilization and Stable Cycling of Polyaniline Cathode for Nonaqueous Rechargeable Batteries, Adv. Energy Mater. 2023, 2301520DOI: 10.1002/aenm.202301520https://doi.org/10.1002/aenm.202301520
