1. Nature Commun.：通过动态深度学习实现锂离子电池的真实故障检测
准确评估锂离子电池（LiB）安全状况可以减少意外电池故障，促进电池部署并促进低碳经济。尽管人工智能最近取得了进展，但由于复杂的故障机制以及缺乏具有大规模数据集的真实测试框架，异常检测方法并未针对实际电池设置进行定制或验证。在这里，清华大学欧阳明高院士，北京大学Guannan He开发了一个用于电动汽车 (EV) LiB 异常检测的现实深度学习框架。它具有专为动态系统量身定制的动态自动编码器，并根据社会和金融因素进行配置。1）研究人员在已发布的数据集上测试了我们的检测算法，该数据集包含 347 辆电动汽车的 690,000 多个 LiB 充电片段。2）该模型克服了最先进的故障检测模型（包括深度学习模型）的局限性。此外，它还减少了预期的电动汽车电池直接故障和检查成本。研究工作强调了深度学习在提高 LIB 安全性方面的潜力以及社会和金融信息在设计深度学习模型中的重要性。
Zhang, J., Wang, Y., Jiang, B. et al. Realistic fault detection of li-ion battery via dynamical deep learning. Nat Commun 14, 5940 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41226-5
2. Nature Commun.：高熵尖晶石氧化物中混合和应变对析氧反应的协同效应
开发稳定高效的电催化剂对于提高可持续制氢中的析氧反应（OER）速率至关重要。高熵氧化物 (HEO) 由五个或更多金属阳离子组成，为调整其催化性能以实现高 OER 效率提供了机会。近日，斯坦福大学Xiaolin Zheng，SLAC国家加速器实验室Michal Bajdich结合了理论和实验研究来仔细研究尖晶石型 HEO 的 OER 活性和稳定性。1）密度泛函理论证实，随机混合的金属位点表现出热力学稳定性，由于混合引起的活性金属-氧键的赤道应变，中间吸附能表现出更宽的分布。2）采用快速溶胶火焰法合成 HEO，包含 5 个 3d 过渡金属阳离子，在碱性条件下表现出优异的 OER 活性和耐久性，即使在部分表面氧化的情况下，其性能也优于低熵氧化物。研究强调，HEO 活性的增强主要归因于多种元素的混合，导致活性位点附近的应变效应以及表面组成和覆盖。
Baek, J., Hossain, M.D., Mukherjee, P. et al. Synergistic effects of mixing and strain in high entropy spinel oxides for oxygen evolution reaction. Nat Commun 14, 5936 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41359-7
3. Nature Commun.：具有晶体/非晶异质界面和电磁波吸收缺陷的CuCo2S4@膨胀石墨的合成
异质界面和缺陷工程的显着优势及其独特的电磁特性为先进碳基电磁波吸收体的设计注入了无限活力。然而，基于微观和宏观的角度而不是半经验规则来理解界面和偶极子效应，可以方便地设计异质界面和缺陷来调节材料的阻抗匹配和电磁波吸收，而这是目前所缺乏的。在此，昆明理工大学Jinhui Peng，Lei Xu报道了具有多个异质界面和阳离子缺陷的CuCo2S4@膨胀石墨异质结构，并且通过改变金属离子的浓度来调节组分的形貌、界面和缺陷。1）结果表明，3D花蜂窝形貌、晶晶/非晶异质界面和丰富的阳离子缺陷可以有效调节碳材料的导电和极化损耗，实现碳材料的阻抗匹配平衡，提高电磁波的吸收。2）对于样品CEG-6，在1.4 mm处实现了Ku波段的有效吸收，RLmin为-72.28 dB，有效吸收带宽为4.14 GHz，而填料负载量仅为7.0 wt.%。本文报道了碳材料晶-晶/非晶异质界面之间电势关系的建立、阳离子缺陷以及阻抗匹配。
Tang, Z., Xu, L., Xie, C. et al. Synthesis of CuCo2S4@Expanded Graphite with crystal/amorphous heterointerface and defects for electromagnetic wave absorption. Nat Commun 14, 5951 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41697-6
4. Science Advances：声控螺旋微型机器人
作为下一代工具包，微型机器人可以改变广泛的领域，包括微制造、电子、微流体、组织工程和医学。尽管仍处于起步阶段，声驱动微型机器人正变得越来越有吸引力。然而，人们对声学与微结构几何形状的相互作用知之甚少，其研究对于开发下一代声动力微型机器人是必要的。近日，苏黎世联邦理工学院Daniel Ahmed提出了一种长度为 350 μm、直径为 100 μm 的声学驱动螺旋微型机器人，能够使用鳍状双螺旋微结构进行运动。1）该微型机器人对约 12 至 19 kHz 的声音刺激做出反应，并模仿螺旋体等自然微型游泳者的螺旋运动。2）不对称双螺旋与入射声场相互作用，产生推进扭矩，使微型机器人绕其长轴旋转。3）此外，该微型机器人具有独特的功能，只需调整声波频率即可切换其方向性。研究人员使用单个声源在 2D 和 3D 人工脉管系统中演示了这种运动。
Yong Deng, et al, An acoustically controlled helical microrobot, Sci. Adv. 9, eadh5260 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.adh5260https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh5260
5. Science Advances：(Mg,Mn,Fe,Co,Ni)O：含有二价 Mn 和 Fe 的岩盐高熵氧化物
高熵氧化物（HEO）由于其结构形成、相稳定性以及构型无序与物理和化学性质之间的相互作用等基本问题而引起了越来越多的兴趣。将 Fe(II) 和 Mn(II) 引入岩盐 HEO 中被认为具有挑战性，因为理论分析表明它们在环境条件下在这种结构中不稳定。在这里，奥克兰大学Peng Cao，橡树岭国家实验室Raphael P. Hermann开发了一种自下而上的方法来合成含锰和含铁的岩盐 HEO (FeO-HEO)。1）研究人员对其晶体结构和随机阳离子位点占据进行了全面研究。2）研究人员展示了这种 Fe3O-HEO 改进的结构鲁棒性，并验证了氧亚晶格作为缓冲层的可行性。成分分析揭示了铁物质的价态和自旋态。3）研究人员进一步报道了这种 FeO-HEO 在转变温度~218 K以下的反铁磁有序，并预测了含 Mn 和 Fe 的 HEO 的相稳定性条件。研究结果为新兴 HEO 类别的设计和属性定制提供了新的见解。
Yuguang Pu, et al, (Mg,Mn,Fe,Co,Ni)O: A rocksalt high-entropy oxide containing divalent Mn and Fe, Sci. Adv., 9 (38), eadi8809.DOI: 10.1126/sciadv.adi8809https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi8809
6. Science Advances：自主 DNA 分子电机专为导航 DNA 折纸表面而设计可实现快速复杂运动和先进的纳米机器人
由 DNA 折纸平台上设计的 DNA 分子马达驱动的纳米机器人受到了大力追求，但仍然缺乏完全自主和可持续的操作，因为报道的系统依赖于手动操作或自主但烧桥的分子马达。扩展 DNA 纳米机器人需要基于折纸的自主非烧桥电机，但这种先进的人工分子电机很少见，而且它们与 DNA 折纸的集成仍然是一个挑战。在这里，新加坡国立大学Zhisong Wang报告了一种专为三角形 DNA 折纸基板量身设计的自主非烧桥 DNA 电机。1）这是一种平移双足分子马达，但在折纸上的自闭合圆形轨道的直线和弯曲段上表现出有效的易位，包括通过单次手拉手步骤急转弯~90°。2）该电机具有高度定向性，在迄今为止报道的自主人工分子电机中达到了创纪录的高速度。3）由此产生的 DNA 电机折纸系统具有复杂的平移旋转运动和强大的纳米机器人能力，有可能提供一个独立的“种子”纳米机器人平台，以实现许多应用的自动化或规模化。
Winna Siti, et al, Autonomous DNA molecular motor tailor-designed to navigate DNA origami surface for fast complex motion and advanced nanorobotics, Sci. Adv., 9 (38), eadi8444.DOI: 10.1126/sciadv.adi8444https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi8444
7. Chem：用于高效CO2电还原生产乙醇的Cu（I）/Cu（0）界面
铜是一种可以电催化二氧化碳还原以产生碳氢化合物和多碳含氧化合物的高效元素，这使其在解决全球变暖和能源危机方面极具潜力。近日，北京大学Yang Shihe、香港理工大学Huang Bolong利用Cu（OH）F前体，并通过一步脉冲电位转换构建了由F稳定的Cu（I）壳层和Cu（0）核组成的Cu（Ⅰ）/Cu（0）界面模型（P-Cux/Cu2OF）。1) 作者发现，该界面模型有利于乙醇的形成，并且其C2+产物的FE高达80.2%。调整Cu（I）/Cu（0）比可使乙醇产率比纯P-Cu提高18.5倍，相应的电流密度（jethanol）可达128mA/cm2。此外，乙醇产物的选择性提高了3.6倍（35.4%），活性提高了7.8倍。2) P-Cu和Cu2OF之间的相互作用使界面处Cu位点的d带中心升高，这对于形成OCCOH*的不对称C-C耦合至关重要，同时降低了乙醇形成的能垒。另一方面，形成对称C-C偶联的乙烯主要发生在远离Cu（I）/Cu（0）界面的P-Cu上。
Rongming Cai, et al. Engineering Cu(I)/Cu(0) interfaces for efficient ethanol production from CO2 electroreduction. Chem 2023DOI: 10.1016/j.chempr.2023.08.027https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.08.027
8. Matter：封装：稳定钙钛矿太阳能电池的商业化之路
金属卤化物钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其低成本和高效率而备受关注。然而，这些设备稳定性差仍然是其商业化道路上的一个关键挑战。为了克服这一问题，必须开发一种可靠的封装技术，即通过使用对外部环境具有高阻隔性能的合适材料和结构来保护PSC。近日，佐治亚理工学院Ching-Ping Wong、东莞理工学院Fang Baizeng、南方科技大学王海江院士、兰州理工大学Cheng Bo讨论了钙钛矿作为光吸收剂的降解机理，为封装技术的发展指明了方向。1) 由于金属卤化物杂化钙钛矿的独特性质，必须进一步改进商业光伏中使用的现有封装方法，如硅太阳能电池。因此，在不牺牲器件性能的情况下，作者对当前可用的封装材料作为紫外线、湿气、氧气等的屏障进行了分析。2) 此外，作者全面概述了各种封装技术和配置，强调了它们的优势和局限性。最后，作者提出了加快封装材料和结构开发的建议，以解决稳定性问题并促进PSC的商业化。
Qian-Qian Chu, et al. Encapsulation: The path to commercialization of stable perovskite solar cells. Matter 2023DOI: 10.1016/j.matt.2023.08.016https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.08.016
9. Angew：纳米药物助力的离子交换策略可增强基于姜黄素的类风湿关节炎治疗
姜黄素(Cur)具有清除活性氧(ROS)和调节免疫微环境等作用，已在临床上被用于类风湿关节炎的治疗。然而，由于该化合物的水溶性差，且抗氧化活性一般，因此其进一步的应用也受到了很大的阻碍。姜黄素的金属复合物如锌-姜黄素(Zn-Cur)具有增强的水溶性，而铜-姜黄素(Cu-Cur)则会表现出比Zn-Cur更高的抗氧化活性，但其溶解度则较低。中国科学院上海硅酸盐研究所施剑林院士和杨博文博士设计了一种基于纳米药物的离子交换策略，以增强Cur治疗类风湿关节炎的疗效。1）实验制备了具有中空介孔结构的硅酸铜纳米颗粒，并将其用于负载水溶性Zn-Cur以制备得到复合纳米药物。该纳米药物可在关节炎部位的酸性微环境中被降解，从而释放Cu2+和ZnCur。研究发现，Cu2+能够取代Zn-Cur中的Zn2+以形成Cu-Cur，从而产生显著增强的抗氧化作用，有效清除M1型巨噬细胞中的ROS，促进其向抗炎M2表型转化。2）此外，该纳米载体降解后释放的硅酸盐和离子交换反应后释放的Zn2+也能够协同促进成骨细胞的生物矿化。综上所述，该研究能够为通过离子交换策略增强Cur的抗关节炎作用提供新的途径。
Jiacai Yang. et al. A Nanomedicine-Enabled Ion-Exchange Strategy for Enhancing Curcumin-Based Rheumatoid Arthritis Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202310061https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202310061
10. ACS Nano：三维锌晶碳纳米纤维结构作为高度可逆锌金属阳极的轻质且柔性的主体
不均匀的锌沉积通常会导致不可控制的枝晶生长，从而使含水锌离子电池的循环稳定性和库仑效率不令人满意，限制了它们的实际应用。近日，中科大俞书宏院士，Li-Feng Chen以廉价、环境友好、资源丰富的细菌纤维素(BC)为主体，制备了一种具有均匀Zn种子的轻质、柔性三维碳纳米纤维结构(CNF-Zn ),用于高可逆Zn镀/剥和构建高性能水性ZIBs。1）所制备的具有多孔互连网络的3D CNF-Zn显著降低了局部电流密度，并且功能性Zn种子提供了均匀的核以引导均匀的Zn沉积。2）受益于锌种子和柔性CNF-锌主体中的3D多孔框架的协同效应，如此构建的ZIBs的电化学性能显著提高。这种柔性3D CNF-锌主体在450次循环中提供99.5%的高而稳定的CE，确保在CNF-锌@锌//NaV3O8 1.5H2O全电池中出色的倍率性能和超过500次循环的长循环寿命。3）更重要的是，由于3D CNF-Zn主体的柔性，组装的袋状电池显示出突出的机械柔性和优异的能量储存性能。这种从生物质中生产易于获得的碳的策略可以用于开发下一代灵活储能设备的先进功能纳米材料。
Jian-Hua Wang, et al, Three-Dimensional Zinc-Seeded Carbon Nanofiber Architectures as Lightweight and Flexible Hosts for a Highly Reversible Zinc Metal Anode, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c04996https://doi.org/10.1021/acsnano.3c04996
11. ACS Nano：钠离子电池的电解质盐：NaPF6 还是 NaClO4？
NaClO4和NaPF6是商业钠离子电池（SIB）中最普遍采用的电解质盐，对界面化学具有决定性影响，而界面化学与电化学性能密切相关。微观界面化学复杂且模糊的内部机制阻碍了就高性能SIB电解质最合适的钠盐达成共识。在此，华中科技大学Jiantao Han，Chun Fang揭示了不同钠盐阴离子诱导的溶剂化结构决定了Na+去溶剂化动力学和界面膜演化过程。1）具体来说，Na+和PF6-之间的弱相互作用促进了钠的去溶剂化和储存动力学。PF6-的溶剂化结构诱导阴离子优先分解，生成薄薄的、富含无机化合物的阴极-电解质界面，确保界面稳定性并抑制溶剂分解，从而保证电极稳定性并促进电荷转移动力学。2）这项研究提供了明确的证据，表明NaPF6不仅与工业流程更兼容，而且更有利于电池性能。采用NaPF6的商业电解质设计无疑将促进SIB的产业化。
Fangyuan Cheng, et al, Electrolyte Salts for Sodium-Ion Batteries: NaPF6 or NaClO4? ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c07474https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07474
