1. Nature Materials：Ni和Co在富锂NMC正极阴离子氧化还原活性中的去耦作用
作为基准正极材料的Li[LixNiyMnzCo1−x−y−z]O2（富锂NMC）由于其阴离子氧化还原化学产生的高容量而受到极大关注。尽管它们的阴离子氧化还原机制已经得到了大量研究，但阳离子氧化还原过程的作用仍不明确，从而阻碍了性能的进一步提高。在这里，法兰西公学院Jean-Marie Tarascon通过对两种典型化合物Li1.2Ni0.2Mn0.6O2和Li1.2Co0.4Mn0.4O2的综合研究，解耦了富锂NMC中镍和钴的影响。1) 作者发现，在阳离子氧化还原过程中产生的Ni3+/4+和Co4+都是通过配体到金属的电荷转移过程来触发氧氧化还原的中间物种。然而，在介导配体到金属电荷转移的动力学方面，钴比镍更具优势，因为它有利于更多的过渡金属迁移。2)因此，导致更少的阳离子氧化还原和更多的O2释放，以及更差的循环性能和电压衰减。该工作强调了富锂NMC的成分优化途径，即从使用钴转向使用镍，从而为高容量阴极设计提供重要指导。
Biao Li, et al. Decoupling the roles of Ni and Co in anionic redox activity of Li-rich NMC cathodes. Nature Materials 2023DOI: 10.1038/s41563-023-01679-xhttps://doi.org/10.1038/s41563-023-01679-x
2. Nature Nanotechnology：由无钴LiNiO2正极实现的高能全固态锂电池具有稳定的内外结构
全固态锂电池（ASSLB）开发中的一个关键挑战是在不影响性能的情况下降低制造成本。在这里，巴伊兰大学Malachi Noked、Doron Aurbach、马克斯·普朗克固体化学物理研究所Zhiwei Hu报道了一种基于高能无钴LiNiO2正极的硫化物ASSLB，该阴极具有稳定的内外结构。1) 该正极是通过高压O2合成和随后的原子层沉积LixAlyZnzOδ保护层实现的，该保护层包括LixAlyGnzOδ表面涂层区域和Al和Zn近表面掺杂区域。该界面增强了正极的结构稳定性和界面动力学，因为它减轻了正极/固体电解质界面处的接触损失和连续副反应。2) 因此，该ASSLB具有高面积容量（4.65 mAh cm−2），高比正极容量（203 mAh g−1）、优异循环稳定性（200次循环后容量保持率为92%）和良好倍率性能（在2C时为93 mAh g−1）。
Longlong Wang, et al. High-energy all-solid-state lithium batteries enabled by Co-free LiNiO2 cathodes with robust outside-in structures. Nature Nanotechnology 2023DOI: 10.1038/s41565-023-01519-8https://doi.org/10.1038/s41565-023-01519-8
3. Nature Energy：原位形成部分无序相的富锰正极材料
锂离子正极中不可逆的过渡金属迁移和相变通常会引发电压滞后、动力学降低和容量退化。在这里，加州大学Gerbrand Ceder、Zhengyan Lun报道了原位形成部分无序相的富锰正极材料。1) 作者通过从无序的富锂和富锰岩盐到新相（称为δ）的独特相变来挑战这一共识。该新相具有部分尖晶石状有序结构，并表现出高能量密度和速率性能。2) 与其他Mn基阴极不同，δ相在循环时几乎没有电压衰减。作者确定了这种原位正极形成的驱动力和动力学，并为富含Li和Mn的组合物制定了设计指南，这些组合物结合了高能量密度、高速率性能和良好的可循环性，从而实现了基于Mn的能量存储。
Zijian Cai, et al. In situ formed partially disordered phases as earth-abundant Mn-rich cathode materials. Nature Energy 2023DOI: 10.1038/s41560-023-01375-9https://doi.org/10.1038/s41560-023-01375-9
4. Nature Nanotechnology：大块硫化镉纳米晶体的带隙重整化光学增益
近二十年来，强约束胶体量子点一直被用于低成本发光和激光发射的研究。然而，已知的材料很难将低阈值和长反向态寿命的技术相关指标与适合匹配腔损耗的材料增益系数相结合。近日，根特大学Pieter Geiregat报道了大块硫化镉纳米晶体的带隙重整化光学增益。1) 作者报道了具有50000 cm-1增益的大块CdS纳米晶体，并且每个纳米晶体的最佳增益阈值低于单个激子，以及3 ns增益寿命不受非辐射俄歇过程的限制。2) 此外，作者演示了准连续波条件下的宽带放大自发发射和激光发射，该研究结果突出了从溶液可加工材料中发射激光的大块纳米晶体的应用前景。
Ivo Tanghe, et al. Optical gain and lasing from bulk cadmium sulfide nanocrystals through bandgap renormalization. Nature Nanotechnology 2023DOI: 10.1038/s41565-023-01521-0https://doi.org/10.1038/s41565-023-01521-0
5. Nature Commun.：动态亚稳态多聚体实现连续流动制造
聚合体是脂质体的聚合物类似物，具有特殊的物理和化学性质。尽管自近30年前问世以来，多聚体一直被称为下一代囊泡，但它还没有进入临床或工业环境。这是由于缺乏可靠的方法来在不影响对聚合物某些性能的控制的情况下提高产量。在这里，新南威尔士大学Martina H. Stenze，Chin Ken Wong报道了一种连续流动方法，能够大规模生产近单分散多聚体(≥3g/h)，并有可能进行下游多聚体操作。1）与传统的聚合体不同，我们的聚合体在环境条件下表现出亚稳定，持续寿命约为7天，在此期间聚合体生长直到达到动态平衡状态。2）研究人员展示了这种亚稳态是如何实现下游过程的关键，以在相同的连续流中操纵多聚体的大小和/或形状。该方法以即插即用的方式进行操作，并适用于各种嵌段共聚物。
Wong, C.K., Lai, R.Y. & Stenzel, M.H. Dynamic metastable polymersomes enable continuous flow manufacturing. Nat Commun 14, 6237 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41883-6
6. Nature Commun.：揭示缺陷碳基电催化剂生产过氧化氢的动态活性中心
无金属碳材料中活性中心的识别对于开发实用的电催化剂至关重要，但由于反应过程中难以捉摸的动态结构演化过程，确定活性中心的精确构型仍然是一个挑战。在这里，吉林大学Xiangdong Yao，伍伦贡大学Jun Chen，浙江工业大学 Yi Jia揭示了氧修饰缺陷石墨烯的动态活性中心识别过程。1）首先，研究人员在石墨烯上精确操纵缺陷密度和氧基团类型，结合电催化性能评价，揭示了缺陷密度与2电子氧还原性能之间的正相关关系。2）研究人员观察到了电催化驱动的氧基团重新分布现象，缩小了活性中心的势能组态范围。通过多种原位技术和理论光谱模拟来监测动态演化过程，解析主要活性中心(五角形缺陷上的羰基)和关键中间体(*OOH)的构型，深入了解催化机理，为无金属碳材料提供研究范式。
Wu, Q., Zou, H., Mao, X. et al. Unveiling the dynamic active site of defective carbon-based electrocatalysts for hydrogen peroxide production. Nat Commun 14, 6275 (2023).https://doi.org/10.1038/s41467-023-41947-7
7. JACS：温和条件下无过渡金属氮气分解的二维Ba2N电子体
N2活化是氨和其他高附加值含氮化学品工业合成中的关键步骤，通常严重依赖过渡金属（TM）位点作为活性中心来降低N2解离的大活化能垒。近日，东京工业大学Zhujun Zhang，Masaaki Kitano，Hideo Hosono报道了在层间距中具有阴离子电子的Ba2N二维电子化合物在温和条件下有效地实现无TM的N2解离。1）N2同位素交换反应证实，层间电子以35 kJ mol−1的非常小的活化能显着促进N2解离。2）阴离子电子与N2分子的反应使(N2)2−阴离子（即所谓的二氮烯化物）稳定在由2个Ba2N阳离子板作为主要中间体夹在中间的大层间空间(∼4.5 Å)中。
Zhujun Zhang, et al, A 2D Ba2N Electride for Transition Metal-Free N2 Dissociation under Mild Conditions, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c09362https://doi.org/10.1021/jacs.3c09362
8. JACS：环境条件下 ZnO 上杂解 H2 解离和 COx 加氢的原子尺度可视化
在原子尺度上研究氧化物表面上的催化氢化反应一直具有挑战性，因为这些过程通常在环境压力或高压下发生，使得它们比原子尺度技术更难实现。在此，中科大Wei-Xue Li，上海科技大学Fan Yang报道了利用常压扫描隧道显微镜、常压X射线光电子能谱和密度泛函理论(DFT)计算对ZnO上H2离解以及CO和CO2氢化进行的原子尺度研究。1）研究人员直接观察了环境压力下H2在ZnO(101̅0)上的离解，发现离解反应不需要表面缺陷的帮助。300K下ZnO上CO或CO2的存在不会妨碍H2解离的表面位点的可用性；相反，CO甚至可以增强共吸附氢化物的稳定性，从而促进它们的解离吸附。2）结果表明，氢化物是氢化的活性物质，而羟基不能氢化ZnO上的CO/CO2。AP研究和DFT计算均表明，与CO加氢相比，CO2在ZnO上的加氢在热力学和动力学上更有利。3）研究结果指出了CO加氢的两步机制，包括在ZnO上的阶梯位点初步氧化为CO2，然后与氢化物反应形成甲酸盐。这些发现为CO/CO2在ZnO上加氢提供了分子见解，并加深了我们对合成气转化和氧化物催化的一般理解。
Yunjian Ling, et al, Atomic-Scale Visualization of Heterolytic H2 Dissociation and Cox Hydrogenation on ZnO under Ambient Conditions, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08085https://doi.org/10.1021/jacs.3c08085
9. Angew：通过Nb掺杂的Ti-O弹簧效应提高Na2Ti6O13负极的低温性能和稳定性
Na2Ti6O13（NTO）具有高安全性，被认为是钠离子电池有前途的负极候选材料。在本研究中，四川大学Xiaodong Guo，Zhenguo Wu在Nb掺杂的情况下实现了迁移通道加宽、电荷密度重新分布和氧空位调节的集成修改，并获得了显着增强的循环性能，在3000 mA g-1循环3000次后仍保留了92%的可逆容量。此外，全电池还实现了意想不到的低温性能，在-15 °C下100 mA g-1时具有143 mAh g-1的高放电容量。1）理论研究表明Nb优先取代Ti3位点，有效提高了结构稳定性并降低了扩散能垒。2）更重要的是，原位X射线衍射（XRD）和原位拉曼进一步证实了Ti-O键的强大弹簧效应，制定了特殊的电荷补偿机制和相应的调控策略来克服缓慢的传输动力学和电导率低，对提升电化学性能起着关键作用。
ChangYan Hu, et al, Improving Low-temperature Performance and Stability of Na2Ti6O13 Anodes by the Ti–O Spring Effect through Nb-doping, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202312310DOI: 10.1002/anie.202312310https://doi.org/10.1002/anie.202312310
10. Angew：超结构诱导的纳米光催化分层组装
大多数合成超分子纳米系统的尝试都局限于单一机制，通常导致形成缺乏性质多样性的纳米材料。在此，吉林大学Ying-Wei Yang，Yan Wang通过超结构诱导的有机-无机混合策略批量制造具有适当种类的分层组件。1）使用共价有机框架（COF）和金属有机框架（MOF）作为双重构建块来管理子结构和上层结构之间的动态平衡，以调节分层组件的性能。值得注意的是，COF 和 MOF 之间受控级联产生的上层结构通过多种拓扑创建了高活性光催化系统。2）设计的串联光催化可以通过竞争性氧化还原途径精确有效地调节生物活性分子（苯并[d]咪唑）的转化率。3）此外，由此类超分子纳米系统催化的苯并[d]咪唑在数十分钟内以70%至93%的分离产率提供。超分子系统内的多层结构状态证明了分层组装在促进光催化传播和扩展超分子杂化物的结构库方面的重要性。
Meng-Hao Li, et al, Superstructure-Induced Hierarchical Assemblies for Nanoconfined Photocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313358DOI: 10.1002/anie.202313358https://doi.org/10.1002/anie.202313358
11. AM综述：用于肾细胞癌的诊疗脂质纳米颗粒
武汉大学中南医院徐华教授对用于肾细胞癌的诊疗性脂质纳米颗粒相关研究进行了综述。1）肾细胞癌(RCC)是泌尿系统常见的恶性肿瘤。近年来，对RCC的早期诊断和治疗也取得了一系列重要进展。诊疗脂质纳米颗粒(LNPs)因其可用于肿瘤靶向治疗和多模态治疗而逐渐发展成为该领域的研究热点之一。LNPs具有可精确制备、理想的化学成分和生物医学功能等特点，能够精准匹配RCC的生理特性和临床需求。2）作者在文中对诊疗纳米粒子进行了全面的综述，介绍了纳米粒子在开发先进微纳米生物材料方面的通用工具性质。首先，作者简要概述了LNPs的组成和形成机制，介绍了LNPs靶向肾脏的方法，如被动靶向、主动靶向和刺激响应靶向等，并结合实例讨论了一系列能够增强LNPs的肿瘤靶向性和功能的修饰策略；此外，作者对LNPs在RCC中的应用和研究进展进行了综述，包括生物成像、液体活检、药物递送、物理治疗和基因治疗等方面；最后，作者也重点介绍了转化医学在RCC诊疗方面取得的里程碑式进展、该领域目前面临的挑战以及未来的发展方向。
Xiongmin Mao. et al. Theranostic Lipid Nanoparticles for Renal Cell Carcinoma. Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202306246https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202306246
12. ACS Nano：用于电化学氧还原的金属有机框架衍生N掺杂纳米多孔碳中的双单原子Co-Mn位点
合成具有原子隔离金属对的双单原子催化剂（DSAC）是一项具有挑战性的任务，但却是提高电化学氧还原反应（ORR）性能的有效方法。鉴于此，印度拉吉夫·甘地石油技术学院Arshad Aijaz和印度科学培养协会化学科学学院Ayan Datta等利用掺杂钴/锰的沸石咪唑酸盐框架的高温热解，合成了稳定在掺杂氮的多孔碳多面体（命名为CoMn/NC）中的定义明确的Co-Mn DSAC。1）通过结合显微镜和光谱技术，CoMn/NC中原子隔离的Co-Mn位点得以确认。CoMn/NC在碱性（E1/2 = 0.89 V）和酸性（E1/2 = 0.82 V）电解质中均表现出优异的ORR活性，并具有长期耐久性和更强的甲醇耐受性。2）密度泛函理论（DFT）表明，Co-Mn位点通过桥接吸附有效激活了O-O键，这对4电子氧还原过程具有决定性作用。虽然Co-Mn位点有利于通过解离ORR机制激活O2，但解离路径中中间产物的吸附力较强，会降低整体ORR活性。
Gargi Dey, et al. Dual Single-Atomic Co–Mn Sites in Metal–Organic-Framework-Derived N-Doped Nanoporous Carbon for Electrochemical Oxygen Reduction. ACS Nano Article ASAPDOI: 10.1021/acsnano.3c05379https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05379
