1. Nature Commun.：通过抑制非法拉第变换从生物质中大规模电合成商品化学品
生物质平台的电氧化提供了生产有价值的含氧化合物的可持续途径，但实际实施受到碱性电解质中底物和/或中间体固有不稳定性引起的严重碳损失的阻碍，特别是在高浓度下。在此，基于对非法拉第降解的理解，清华大学段昊泓开发了一种单通道连续流反应器（SPCFR）系统，该系统具有高电极面积/电解质体积比、反应器中底物持续时间短以及单独进料的特点。1）底物和碱性溶液，从而很大程度上抑制非法拉第降解。通过构建九堆叠模块SPCFR系统，研究人员实现了葡萄糖到甲酸和5-羟甲基糠醛（HMF）到2,5-呋喃二甲酸（FDCA）的电氧化，具有高单程转化效率（SPCE；81.8％和分别为95.8%）和高浓度（甲酸盐：562.8 mM，FDCA：556.9 mM）下的高选择性（甲酸盐：76.5%，FDCA：96.9%）。2）研究人员还展示了从木材和大豆油中连续、公斤级电合成二甲酸钾（0.7kg），以及从HMF中连续电合成FDCA（1.17kg）。这项工作强调了理解和抑制非法拉第降解的重要性，为利用电化学技术进行可扩展的生物质升级提供了机会。
Zhou, H., Ren, Y., Yao, B. et al. Scalable electrosynthesis of commodity chemicals from biomass by suppressing non-Faradaic transformations. Nat Commun 14, 5621 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41497-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41497-y
2. Nature Commun.：通过实现最大电子转移构建长寿命准固态铝离子电池的双反应区
同时实现高能量密度和长循环寿命仍然是铝离子电池（AIB）最关键的挑战，特别是对于在强酸性电解质中遭受穿梭效应的高容量转换型正极。在此，北京科技大学焦树强教授，Zhe Wang，Wei Wang开发了一种具有双反应区（DRZ、区域 1 和区域 2）的层状准固体 AIB 系统来解决此类问题。1）区域 1 旨在通过提高准固体电解质对活性材料的润湿能力来加速反应动力学。由用于离子传导的凝胶网络和作为电子导体的碳纳米管网络交织而成的复合三维导电框架（区域2）可以固定从区域1溶解的活性材料以允许持续的电化学反应。2）因此，转换型材料在DRZ中实现了最大的电子转移，并实现了超高容量（400 mAh g−1）和超长循环寿命（4000次循环）。这种策略为构建高能量密度和长寿命的AIB提供了新的视角。
Yu, Z., Wang, W., Zhu, Y. et al. Construction of double reaction zones for long-life quasi-solid aluminum-ion batteries by realizing maximum electron transfer. Nat Commun 14, 5596 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41361-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41361-z
3. AM: 用于高效、稳健酸性水氧化的 Ru 活性位点的价态振荡
钌（Ru）基催化剂中活性位点的连续氧化和可浸出性阻碍了质子交换膜水电解槽（PEMWE）的实际应用。在此，南京航空航天大学Shengjie Peng提出了通过连续快速氧化和金属热迁移过程制备的鲁棒互掺杂钨钌氧化物异质结构[(Ru-W)Ox]，以增强酸性析氧反应（OER）的活性和稳定性。1）高价W物种的引入引起OER过程中Ru位点的价态振荡，促进活性金属氧化态的循环转变并维持活性位点的连续运行。2）互掺杂异质结构中 W 物种的优先氧化和 Ru 位点的电子增益显着稳定了 WOx 基底上的 RuOx，超出了裸 RuO2 的 Pourbaix 稳定性极限。此外，在异质结构界面周围生成不对称的Ru-O-W活性单元，协同吸附氧中间体，增强固有的OER活性。3）因此，互掺杂的 (Ru-W)Ox 异质结构不仅在 10 mA cm-2 下表现出 170 mV 的过电势和在酸性电解质中 300 h 的优异稳定性，而且还表现出实际应用的潜力，如稳定的在 PEMWE 中以 0.5 A cm-2 运行 300 小时。
Liming Deng, et al, Valence Oscillation of Ru Active Sites for Efficient and Robust Acidic Water Oxidation, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202305939https://doi.org/10.1002/adma.2023059394. AM：通过亚纳米级掺入 SiOx/C 涂层调节锂传输途径以避免纳米硅容量衰减硅纳米粒子（NP）被认为是一种有前途的高容量阳极材料，因为它们能够防止在（脱）锂过程中体积急剧变化而导致机械故障。然而，在循环过程中，仍然观察到 Si NP 的容量快速衰减，根本机制仍然难以捉摸。近日，武汉理工大学麦立强教授，Jinsong Wu，Liang Zhou证明了容量快速衰减的主要原因是在致密复合的 Si/SEI（固体电解质界面）混合材料中产生了电子传导性受阻的死硅（电化学惰性）。这是由于电解质相关副反应和伴随的硅纳米颗粒团聚的综合影响。1）研究人员在 Si NP 上构建了紧凑的亚纳米级掺入 SiOx/C 复合涂层，并在长循环下实现了高度稳定的电化学。SiOx/C 涂层具有电子/离子双传输路径和强大的机械灵活性，可实现快速稳定的锂离子/电子向封装硅的双扩散路径。2）所获得的Si@SiOx/C复合材料具有快速的反应动力学、稳定的SEI和抗团聚特性，表现出稳定的高容量。这项工作揭示了硅纳米粒子容量衰减的新视角，并提供了一种有效的封装方法来弥补纳米硅的结构退化和容量衰减。
Ruohan Yu, et al, Regulating Lithium Transfer Pathway to Avoid Capacity Fading of Nano Si through Sub-nano Scale Interfused SiOx/C Coating, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202306504https://doi.org/10.1002/adma.202306504
5. Angew：用于光催化 H2O2 生产的聚合物氮化碳上未锁定的二维导电 Zn-MOF
开发将O2还原为H2O2的高效催化位点，同时确保高能电子快速注入这些位点，对于人工H2O2光合作用至关重要，但仍然具有挑战性。在此，香港城市大学楼雄文教授，内蒙古大学Xiaojun Gu报道了一种强耦合混合光催化剂，包含聚合氮化碳（CN）和二维导电含锌金属有机骨架（Zn-MOF）（表示为CN/Zn-MOF(lc)/400；lc，低结晶度；400，退火温度 °C），其中Zn-MOF(lc)对H2O2生产的催化能力是通过退火诱导效应解锁的。1）实验和理论计算结果表明，由于退火引起的局部结构收缩，Zn-MOF（lc）中与四个O（Zn-O4）配位的Zn位被热激活到相对富电子的状态，这有利于形成在这些位点上进行2e- O2还原的关键*OOH中间体的合成。2）此外，退火处理促进光电子从CN光催化剂迁移到Zn-MOF(lc)催化单元。因此，优化后的催化剂在可见光照射下表现出显着增强的H2O2生产活性和优异的稳定性。
Yunxiang Li, et al, An Unlocked Two-Dimensional Conductive Zn-MOF on Polymeric Carbon Nitride for Photocatalytic H2O2 Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310847DOI ：10.1002/anie.202310847https://doi.org/10.1002/anie.202310847
6. Angew：在可扩展、稳定且低成本的金属有机框架中构建负静电孔环境，用于从三元混合物中一步纯化乙烯
通过物理吸附剂从三元 C2 混合物中一步分离 C2H4 仍然是一项挑战，要将优异的分离性能与高稳定性、低成本和易于扩展的工业应用相结合。在此，浙江工业大学Jun Hu，福建师范大学陈邦林教授，美国国家标准技术研究院Wei Zhou报道了一种在稳定、低成本且易于放大的铝 MOF (MOF-303) 中构建负静电孔环境的策略，以实现高效的一步 C2H2/C2H6/C2H4 分离。1）该材料不仅具有创纪录的高 C2H2 和 C2H6 吸收率，而且在环境条件下具有顶级的 C2H2/C2H4 和 C2H6/C2H4 选择性。2）理论计算结合原位红外光谱表明，孔道上的多个N/O位点可以构建负电环境，从而提供与C2H2和C2H6比C2H4更强的相互作用。3）动态穿透实验证实了其对三元混合物的卓越分离性能，提供了最高的 C2H4 生产率之一，为 1.35 mmol g−1 。这种材料非常稳定，可以通过水基绿色合成从廉价原材料中轻松合成公斤级的材料。可扩展的 MOF-303 具有优异的分离性能、高稳定性和低成本的基准组合，在这一具有挑战性的工业分离中释放了其巨大潜力。
Hui-Min Wen, et al, Construction of Negative Electrostatic Pore Environments in a Scalable, Stable and Low-Cost Metal−Organic Framework for OneStep Ethylene Purification from Ternary Mixtures, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202309108DOI: 10.1002/anie.202309108https://doi.org/10.1002/anie.202309108
7. Angew：太阳能驱动生物基 α-羟基酸转化中的独特选择性控制：Pt 纳米颗粒和 CdS 上原子分散 Pt 的比较
太阳能驱动的光催化木质纤维素转化是高价值化学品可持续生产的一种有前途的策略，但选择性控制仍然是该领域的一个具有挑战性的目标。在这里，天津大学Xingang Li，Song Song，新加坡国立大学颜宁教授报道了使用Pt改性的CdS催化剂将木质纤维素衍生的α-羟基酸有效且选择性地转化为酒石酸衍生物、α酮酸和H2。1）CdS上的Pt纳米粒子通过C-C偶联选择性地产生酒石酸衍生物，而CdS上原子分散的Pt将产物选择性切换为氧化反应以产生α-酮酸。2）由Pt-S键稳定的原子分散的Pt物质促进羟基的活化，从而将产物选择性从酒石酸衍生物转变为α-酮酸。3）应用多种木质纤维素衍生的α-羟基酸在两种Pt改性CdS催化剂上制备相应的酒石酸衍生物和α-酮酸。这项工作突出了金属硫化物在偶联反应中的独特性能，并展示了通过设计金属硫化物和助催化剂之间的相互作用来合理调整产物选择性的策略。
Yong You, et al, Distinct Selectivity Control in Solar-Driven Bio-Based α-Hydroxyl Acid Conversion: A Comparison of Pt Nanoparticles and Atomically Dispersed Pt on CdS, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202306452DOI: 10.1002/anie.202306452https://doi.org/10.1002/anie.202306452
8. Angew：基于具有宽分布d带中心的高熵合金的Li-O2电池电催化剂中的Sabatier关系
锂-氧电池（LOB）是一种很有前途的“超越锂离子”技术，具有超高理论能量密度（3457 Wh kg-1），但目前受到O2和Li2O2之间可逆气固反应缓慢的阴极动力学的阻碍。尽管开发了许多催化剂来加速转化过程，但缺乏实现高性能的设计指导使得催化剂的探索充满了偶然性。Sabatier原理是一种公认的理论，将缩放关系与异质催化活性联系起来，提供了最佳性能的权衡策略。在此，南京大学郭少华通过高熵策略精心构建了一系列具有宽分布d带中心（即宽范围的吸附强度）的催化剂，使得能够深入研究LOB电催化剂中的Sabatier关系。1）d带中心和催化活性之间出现了火山型相关性。理论和实验结果表明，中等的d带中心和适当的吸附强度将催化剂推到顶部。2）作为概念演示，采用FeCoNiMnPtIr作为催化剂的LOB提供了超过80%的卓越能量转换效率，并稳定工作2000小时，固定比容量高达4000mAhg-1。这项工作证明了Sabatier原理作为设计LOB中组装的先进多相催化剂的指导的适用性。
Jiaming Tian, et al, Sabatier Relations in Electrocatalysts Based on High-entropy Alloys with Wide-distributed d-band Centers for Li-O2 Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202310894DOI: 10.1002/anie.202310894https://doi.org/10.1002/anie.202310894
9. Angew：钴肟集成共价有机框架用于光催化析氢与醇氧化
氢（H2）作为化石燃料能源的清洁替代品在过去几十年中受到了极大的关注。对于可持续的氢气生产，由太阳能驱动的水分解或质子还原与光催化剂或光电极相结合已被公认为是一种有竞争力的方法。近日，南洋理工大学赵彦利教授，Zhengyang Zhang，云南大学Yong Hua报道了一种叠氮化物功能化的钴肟质子还原催化剂，该催化剂共价连接到Wurster型共价有机框架（COF）中。1）钴肟修饰的COF光催化剂在不存在典型牺牲剂的情况下，在含醇溶液中表现出增强的析氢反应(HER)光催化活性。2）性能最佳的钴肟修饰COF杂化物在乙醇/磷酸盐缓冲溶液中，在4小时光照下催化氢气生产，平均HER速率高达38 µmol h-1。超快瞬态光谱表征和载流子分析表明，作为空穴清除剂的醇含量可以被COF的光生空穴氧化，形成醛和质子。因此，光生空穴的消耗抑制了COF的激子复合，并提高了有效利用驱动HER催化反应的自由电子的比例。这项工作展示了使用醇溶剂作为空穴清除剂的COF催化的HER的巨大潜力，并为实现反应条件范围的可及性和更绿色的能量转换途径提供了一个例子。
Shihuai Wang, et al, Cobaloxime-Integrated Covalent Organic Frameworks for Photocatalytic Hydrogen Evolution Coupled with Alcohol Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202311082DOI: 10.1002/anie.202311082https://doi.org/10.1002/anie.202311082
10. Angew：机动化光调制器:可光切换的非光响应超分子凝胶
引入光响应分子为远程选择性控制和动态操纵材料特性提供了一种有吸引力的方法。然而，如何使用最少量的光响应单元来光学调制对光照射具有固有惰性的材料仍然是一项巨大的挑战。格罗宁根大学Ben L Feringa和华东理工大学曲大辉展示了光驱动旋转分子马达作为“机动光调制器”的应用，以赋予典型的氢键基凝胶系统对光照射的响应能力，从而产生可逆的溶胶-凝胶转变。（1）关键的分子设计特征是将最少量（1mol%）的分子马达作为可光切换的非共价交联剂引入超分子网络。优势在于分子马达客体的光异构化过程中的明显几何结构变化和超分子凝胶-主体系统的动力学性质之间的微妙相互作用。（2）因此，少量的分子马达就足以改变整个超分子系统的机械模量。这项研究证明了设计光响应材料时可尽量减少使用非共价光吸收单元的概念。
Yahan Shan, et al. Motorized Photomodulator: Making A Non-photoresponsive Supramolecular Gel Switchable by Light. Angew. 2023DOI：10.1002/anie.202310582https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310582
11. AEM：通过缺陷化学训练、可解释的机器学习发现非常规质子导电无机固体
高通量计算筛选和机器学习在探索各种化学成分和发现新型无机固体方面具有巨大潜力。然而，点缺陷的复杂性是一项重大挑战，即点缺陷发生在所有无机固体中，通常对其功能性和合成性至关重要。在这里，九州大学Yoshihiro Yamazaki、日本精细陶瓷中心Akihide Kuwabara提出了一种经过缺陷化学训练、可解释的机器学习方法，旨在加速非常规质子传导无机固体电解质的探索和发现。1) 通过考虑掺杂剂溶解和水合反应，作者提出的机器学习模型能为具有各种结构水合能力的主体-掺杂剂组合提供定量预测和物理解释。利用这些见解，作者在前两次合成试验中发现了两种非常规质子导体，即Pb掺杂的Bi12SiO20硅长岩和Sr掺杂的Bi4Ge3O12。2) 此外，Pb掺杂的Bi12SiO20是一种质子传导电解质，其仅由第14族和第15族阳离子组成，并具有硅长岩结构，以及其沿着BiO5网络表现出独特而快速的3D质子传导性质。
Susumu Fujii, et al. Discovery of Unconventional Proton-Conducting Inorganic Solids via Defect-Chemistry-Trained, Interpretable Machine Learning. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202301892https://doi.org/10.1002/aenm.202301892
12. AEM：用于高效热原电池的自组装不对称电极
热原电池（TGC）由于其低成本和可扩展的特性，被认为是一种极具潜力的直接将低级废热转化为电能的热电装置。然而，低输出和转换效率限制了它的实际应用。在此，华中科技大学段将将、黄亮通过使用碳布纤维上的氧化钴纳米线阵列电极，在基于铁/亚铁氰化物（[Fe（CN）6]3−/[Fe（CN）6]4−）的水性TGC中实现了优异的高热电转换性能。1) 由于CoO与[Fe（CN）6]4−之间具有温度依赖的反应活性，因此作者在热阳极和冷阴极上分别采用了Co2Fe（CN）6和CoO纳米线阵列的不对称电极。这些自组装不对称电极对TGC两端的电极反应表现出优异的催化性能，并导致电子活化能的显著降低。2) 结果表明，该电极具有高催化活性和高比表面积，相应TGC的卡诺效率（ηr）为14.8%，最大输出功率密度（Pmax）为24.5 W m−2。该工作为TGCs的不断发展提供了一条不对称电极工程策略。
Xinyan Zhuang, et al. Self-Assembled Asymmetric Electrodes for High-Efficiency Thermogalvanic Cells. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302011https://doi.org/10.1002/aenm.202302011
