1. Nature Catalysis：硝酸盐和二氧化碳在混合催化剂上的中继催化选择性电化学合成尿素农业所需的氮循环依赖于能源和碳密集型工艺，并且产生了含硝酸盐的废水。在这里，多伦多大学Edward H. Sargent院士、西北大学Jennifer B. Dunn通过硝酸盐和二氧化碳的带电共电解合成尿素。1) 当将其应用于工业废水或农业径流时，该方法可实现低碳强度的尿素生产，同时使废水脱氮。作者报道了一种使用混合催化剂提高尿素选择性的策略，即两类位点通过中继催化机制独立稳定尿素形成所需的关键中间体*CO2NO2和*COOHNH2。2) 在硝酸盐浓度为1000 ppm的废水中，该催化剂的尿素生产速率为16 µmol h−1 cm−2。此外，作者通过生命周期评估表明，每合成一公斤尿素的温室气体排放量为0.28 公斤 。
Yuting Luo, et al. Selective electrochemical synthesis of urea from nitrate and CO2 via relay catalysis on hybrid catalysts. Nature Catalysis 2023DOI: 10.1038/s41929-023-01020-4https://doi.org/10.1038/s41929-023-01020-42. Science Advances：自组装单层蓝色钙钛矿LED 蓝色钙钛矿发光二极管（LED）具有超过10%外部量子效率（EQE）的性能；然而，真正蓝色发光的设备——那些符合Rec.2100原色所需发射波长的设备——迄今为止被限制在约6%的EQE内。在真正蓝色发光设备中，许多研究发现CsPbBr3胶体纳米晶体（c-NC）存在高电荷注入势垒，这一问题在含有多层纳米晶体的薄膜中甚至会进一步加剧。为此，多伦多大学Edward H. Sargent院士、苏州大学廖良生、北京大学严纯华院士和孙聆东介绍了一种改进电荷注入的自组装单层（SAM）活性层。1）在本文中，作者研究了当活性层厚度接近~5nm时单层钙钛矿LED中发光不良的原因，发现使用现有的制造技术会导致出现粗糙的钙钛矿/空穴传输层（HTL）界面：这导致HTL和ETL（电子传输层）之间的直接电相互作用。此外，作者还认识到定义明确、有序和紧凑的单层膜可以抑制HTL/ETL相互作用。2）而作者认为使用HTL相容配体能够改变CsPbBr3-c-NC表面的极性，可将钙钛矿自组装降低到单层极限[即自组装单层（SAM）]。为此，作者鉴定了一种双功能封端配体策略。在该策略中，液态、较短、非极性以及HTL相容的C─Si键能够在钝化量子点表面缺陷的同时在HTL和钙钛矿表面之间提供所需的极性差异，从而实现CsPbBr3-c-NC的自组装，并避免HTL衬底的溶解。通过这种方式，研究最终可形成一个紧凑均匀的单层。3）基于上述SAM的LED在4.0 V下表现出约12%的创纪录EQE[CIE为（0.132,0.069），亮度为11 cd/m2]，并且相对于之前报道的最佳Rec.2100蓝色钙钛矿LED，其工作稳定性提高了10倍。
Ya-Kun Wang, et al. Self-assembled monolayer–based blue perovskite LEDs. Science Advances. 2023DOI：10.1126/sciadv.adh2140https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh21403. Angew：微调电解质浓度和金属有机框架表面以驱动水系锌离子电池的快速Zn2+脱水锌电极上的功能性多孔涂层正在成为一种强大的离子筛，可抑制枝晶生长和副反应，从而改善高度可逆的水性锌离子电池。然而，超快充电速率受到与脱水效率密切相关的大量阳离子传输的限制。在这里，华东师范大学Jinrong Yang，Xiao He以沸石咪唑酯框架 ZIF-7 作为概念验证，借助分子模拟揭示了溶剂化 Zn2+ 离子从电解质中连续脱水穿过 MOF-电解质界面进入通道的整个动态过程。1）中等浓度的 2 M ZnSO4 电解质比其他浓度有利，具有均匀的水介导离子对分布，导致最低的脱水能量，这阐明了许多实验研究采用的这种浓度背后的分子机制。2）此外，研究人员还发现，用-OH或-NH2等亲水基团修饰ZIF-7表面的连接基可以削弱Zn2+离子的溶剂化壳层，从而降低脱水自由能约1 eV，并可以提高MOF的电导率。这些结果揭示了离子传输机制，并为通过功能性多孔材料的原子级改性实现高容量长期稳定的锌阳极铺平了道路。
Yizhi Jiang, et al, Fine-Tuning Electrolyte Concentration and Metal-Organic Framework Surface toward Actuating Fast Zn2+ Dehydration for Aqueous Zn-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202307274DOI: 10.1002/anie.202307274https://doi.org/10.1002/anie.2023072744. Angew：用于自修复亲锌固体电解质界面的双（草酸）硼酸锂添加剂用于超高倍率和超稳定锌阳极人造固体电解质界面（SEI）在锌阳极稳定中发挥着关键作用，但其在高倍率下的长期有效性仍然受到挑战。在此，为了实现优异的长寿命和高倍率锌负极，广东工业大学李成超教授提出了一种精致的电解质添加剂双（草酸）硼酸锂（LiBOB），以原位衍生出高Zn2+导电SEI并动态巡查其循环启动缺陷。1）得益于所构建的实时自动SEI修复机制，锌阳极可以在50 mA cm-2的超高电流密度下以明显的可逆性循环超过1800小时，并呈现出高达45 Ah cm-2的创纪录高累积容量 。2）即使在恶劣条件下（有限的锌供应（N/P≈3），2500 次循环）进行测试，Zn||MnO2 和 Zn||NaV3O8 全电池也进一步证明了配制电解质的优越性。这项工作为开发快速充电锌电池以实现电网规模可再生能源存储带来了灵感。
Zhaoyu Zhang, et al, Lithium Bis(oxalate)borate Additive for Self-repairing Zincophilic Solid Electrolyte Interphases towards Ultrahigh-rate and Ultrastable Zinc Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311032DOI: 10.1002/anie.202311032https://doi.org/10.1002/anie.2023110325. Angew：基于卤素键合的可编程和自修复液晶弹性体致动器变形聚合物材料在仿生软机器人领域获得了广泛关注。然而，在如何利用形状变形过程来适应不同的任务和环境，以及设计结合可逆驱动和自我修复能力的系统方面仍然存在挑战。在这里，坦佩雷大学Arri Priimagi，Hongshuang Guo报道了卤素键合液晶弹性体（LCE），它可以在温和的热或光热刺激下进行任意形状编程和自修复。1）研究人员将提供卤素键的二碘四氟苯分子作为动态超分子交联结合到LCE中，并表明这些相对较弱的交联与其机械编程和自修复有关。2）利用卤素键合的 LCE，我们演示了概念验证的软机器人运动，例如以编程速度爬行和滚动。3）研究结果表明，卤素键合是一种有前景但尚未探索的工具，可用于制备智能超分子结构，以开发先进的软致动器。
Hongshuang Guo, et al, Programmable and Self-Healable Liquid Crystal Elastomer Actuators Based on Halogen Bonding, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309402DOI: 10.1002/anie.202309402https://doi.org/10.1002/anie.2023094026. Angew：超小的空气稳定三重态-三重态湮灭上转换纳米粒子用于反斯托克斯时间分辨成像在稳态生物显微成像中，图像对比度常会受到背景自发荧光的限制。上转换生物成像技术可以通过将发射寿命和发射波长移出自发荧光窗口来解决这一问题。剑桥大学Rachel C. Evans报道了首个基于三重态-三重态湮灭上转换(TTA-UC)的寿命显微成像应用。1）实验合成了一种基于包裹在有机-无机宿主中的TTA-UC发色团的超小纳米粒子(NP)探针。该纳米粒子在充气的水介质中能够表现出明亮的UC发射(400-500 nm)，具有~1 μs的UC寿命，优异的胶体稳定性和极低的细胞毒性。基于该纳米粒子的TTA-UC寿命成像的概念验证结果表明，其产生的长寿命反斯托克斯发射可以有效地与典型自发荧光进行区分。2）此外，UC寿命的波动也能够用于描绘局部氧在亚细胞结构中的扩散情况。综上所述，该研究开发的TTA-UC纳米粒子是一种极具发展前景的寿命显微成像染色剂，可实现良好的成像对比度。
Bolong Zhang. et al. Ultra-Small Air-Stable Triplet-Triplet Annihilation Upconversion Nanoparticles for Anti-Stokes Time-Resolved Imaging. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202308602https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202308602具有块状晶界（GBs）的钙钛矿多晶膜导致高缺陷密度以及较差的环境稳定性。聚合物添加剂为解决这些问题提供了有效途径，然而源自非原位聚合的聚合物具有较差的溶解度，并对钙钛矿成核产生不利影响。相比之下，原位交联聚合在钙钛矿膜的成核和晶体生长方面具有明显优势。近日，中国科学院Song Yanlin对交联聚合提高钙钛矿太阳能电池性能进行了综述研究。1)作者系统分析了原位聚合和非原位聚合的特点，然后阐述了原位聚合的性能调控和潜在机制，包括结晶调控、缺陷钝化、离子迁移抑制、柔性增强、自修复能力和稳定性提高。2) 此外，作者概述了钙钛矿晶格内原位聚合反应的影响：增强晶格的刚性、柔性、稳定性等。最后，作者还强调了电荷传输层（CTL）原位聚合的进展，并展望了原位交联聚合的挑战和机遇。
Xing Yin, et al. Cross-Linking Polymerization Boosts the Performance of Perovskite Solar Cells: From Material Design to Performance Regulation. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01546G8. AM：可编程氧合装置促进氧气生成和补充，促进伤口愈合氧合不足是伤口愈合延迟的罪魁祸首之一。然而，当前的氧气疗法，例如高压氧疗法和局部氧疗法，在提供持续和长期的氧合以逆转伤口缺氧方面面临障碍。此外，它们修复伤口损伤的功效受到伤口床中氧气渗透有限的限制。在此，天津大学Wei Wang提出了一种可编程便携式氧合装置（名为GUFOoxydevice）1）GUFO巧妙地集成了（i）可控制氧和单向传输系统（COGT-UTS）和（ii）超分子组装的全氟超支化聚合物/明胶（GUF））水凝胶，其中全氟超支化聚合物（FHBP）充当储氧器，确保持续便捷的氧气补充，从而直接调节缺氧伤口微环境。2）GUFO吸氧装置在糖尿病大鼠和急性猪伤口模型中均实现了加速伤口愈合过程，且没有任何继发性组织损伤。本研究表明GUFO吸氧装置有望成为伤口治疗的实际可行候选者。
Jumin Yang, et al, A Programmable Oxygenation Device Facilitates Oxygen Generation and Replenishment to Promote Wound Healing, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202305819https://doi.org/10.1002/adma.202305819氢气 (H2) 是无污染能源生产的主要可储存燃料，全球每年使用量超过 9000 万吨。超过 95% 的氢气是通过金属催化蒸汽甲烷重整合成的，每吨氢气产生 11 吨二氧化碳。使用可再生能源电解水产生的“绿色氢气”不产生二氧化碳，但成本高出 2-3 倍，目前在经济上不可行。近日，莱斯大学James M. Tour，Boris I. Yakobson展示了废塑料的快速闪蒸焦耳加热 (FJH) 可以在不添加催化剂的情况下进行解构聚烯烃、聚酯和混合废塑料，从而提供高产率的 H2（将其称为“闪蒸 H2”） ）以及作为增值副产品的高纯度石墨烯。1）根据该 FJH 制氢工艺的石墨烯副产品的销售情况，即使石墨烯的售价低于美国当前市场成本的 5%（每吨 3,000 美元），该工艺生产的氢气也具有负生产成本。每吨60,000-100,000美元。2）此外，生命周期评估表明，聚烯烃的 FJH 可产生美国能源部定义的“清洁氢气”，即每 1 千克氢气产生 <4 千克二氧化碳。闪光氢气比绿色氢气或绿松石色氢气消耗更少的能量，同时产生的温室气体排放量也比灰色、蓝色和绿松石色氢气更少。3）因此，这种无催化剂的闪蒸氢气路线可以去除混合的废塑料流，将其升级为石墨烯，同时每公斤输入塑料产生高达 47 摩尔的氢气，对于这种清洁的氢气燃料来源来说，所有这些的总体成本为负。
Kevin M. Wyss, et al, Synthesis of clean hydrogen gas from waste plastic at zero net cost, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202306763https://doi.org/10.1002/adma.20230676310. AM：用于K-O2电池的立方K3-2xBaxSbSe4固体电解质的设计与合成开发钾离子导电固态电解质（SSE）对于钾电池的安全实施起着至关重要的作用。在这项工作中，俄亥俄州立大学Yiying Wu报道了一种基于硫族化物的钾离子SSE，K3SbSe4，它在室温下采用三角结构。1）单晶结构分析表明，在50°C的低温下发生了三角相到立方相的转变，这是同类化合物中最低的，因此很容易获得立方相。在K3SbSe4中用钡替代钾会导致钾空位的产生、晶格参数的扩展以及从三角相到立方相的转变。2）因此，K2.2Ba0.4SbSe4在40°C时K3-2xBaxSbSe4的最大电导率达到约0.1mS/cm，比未掺杂的K3SbSe4高两个数量级以上。这种新型SSE成功应用于室温下运行的K-O2电池，其中聚合物层压的K2.2Ba0.4SbSe4颗粒充当氧阴极和钾金属阳极之间的隔膜。3）此外，研究人员已证明K2.2Ba0.4SbSe4可以有效保护K金属阳极免受O2引起的腐蚀。
Jieren Shao, et al, Design and Synthesis of Cubic K3-2xBaxSbSe4 Solid Electrolytes for K-O2 Batteries, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202306809https://doi.org/10.1002/adma.20230680911. AEM综述：双原子位点催化剂高效电催化活性部分的研究进展及调控策略双原子位点催化剂（DAC）已成为电化学能量转换系统多相催化领域的新前沿。在这篇综述中，清华大学李亚栋院士充分讨论了 DAC 相对于单原子位点催化剂的优越性。1）作者指出了优化 d 带结构、定制自旋态和调谐电荷转移等协同效应的起源。几何和电子结构的优点使得活性部分对吸附的中间体具有多种结合行为，并具有有益的协同效应，以打破比例关系。2）作者总结了通过调节中心原子、调整配位环境和设计金属-载体相互作用来设计 DAC 活性部分的方法。3）最后，作者概述了高效电催化 DAC 当前的挑战和未来的研究前景。
Peng Zhu, et al, Advances and Regulation Strategies of the Active Moiety in Dual-Atom Site Catalysts for Efficient Electrocatalysis, Adv. Energy Mater. 2023, 2300884DOI: 10.1002/aenm.202300884https://doi.org/10.1002/aenm.202300884
