1. Nature Reviews Chemistry：多相单簇催化研究进展
包含原子精确和分离金属团簇的多相单团簇催化剂（SCC）稳定在适当的载体上，由于其具有广泛的结构多样性和独特的性能，使其为实现新的化学反应提供机遇。近日，清华大学李隽、苏黎世联邦理工学院Javier Perez-Ramirez、新加坡国立大学Lu Jiong对多相单簇催化的最新进展进行了综述研究。1) 作者强调了短链氯化石蜡中簇环境的重要性，包括强大的金属-载体相互作用的发展、对配体范围的精确控制、反应介质和动态行为的影响，以揭示新的反应性。2) 作者说明了在SCCs中调控整个催化系综以实现稳定和选择性性能以及实际相关金属覆盖率的关键性。此外，作者还对SCC设计在这个快速发展领域中的机遇和未来方向进行了展望。Xinzhe Li, et al. Advances in heterogeneous single-cluster catalysis. Nature Reviews Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41570-023-00540-8https://doi.org/10.1038/s41570-023-00540-8
2. Nature Reviews Chemistry：全固态电池中固体电解质的卤素化学
使用固态电解质代替易燃液体电解质的全固态电池（ASSB）由于其固有的安全性和能量密度，使其被认为是极具潜力的下一代电化学储能设备之一。近日，华北电力大学Xin Yan、Tian Huajun，中佛罗里达大学Yang Yang综述研究了全固态电池中固体电解质的卤素化学。1) 含有卤素的固体电解质家族由于其潜在的高离子导电性、良好的变形性和宽的电化学窗口而引起了人们的关注。尽管在ASSB中的含卤素固体电解质（HSEs）已经取得了进展，但在制备、表征和低成本工业可扩展性方面仍然存在挑战。2) 作者重点介绍了卤化物电池化学的发展，HSEs的制备、改性和性能，以及ASSB中HSEs的问题，并讨论了卤素的化学作用和离子传输机制。此外，作者还讨论了卤化物基ASSB的主要挑战和未来发展方向，为HSEs在下一代可充电电池中的实际应用铺平了道路。
Bijiao He, et al. Halogen chemistry of solid electrolytes in all-solid-state batteries. Nature Review Chemistry 2023DOI: 10.1038/s41570-023-00541-7https://doi.org/10.1038/s41570-023-00541-7
3. Nature Commun.：操纵全固态锂硫电池Li2S2/Li2S混合放电产物提高循环寿命
全固态锂硫电池由于其高理论能量密度、低成本和更高的安全性，为下一代储能提供了诱人的机会。然而，对其放电产品的了解不足阻碍了它们的广泛采用。近日，西安大略大学孙学良院士，Changhong Wang，多伦多大学Chandra Veer Singh利用X射线吸收光谱和飞行时间二次离子质谱分析，发现全固态锂硫电池的放电产物并非仅由Li2S组成，而是由Li2S和Li2S2的混合物组成。1）利用这一见解，研究人员提出了一种综合策略：1）操纵较低的截止电势以促进以Li2S2为主的放电产物；2）将微量固态催化剂(LiI)纳入S复合电极中。2）这种方法实现了具有Li-In合金负极的全固态电池，在25 °C下以2.0 A g−1电流进行1500次循环时，可提供979.6 mAh g−1的可逆容量。研究结果为全固态锂硫电池的放电产物提供了重要的见解，并可能提供一种提高其整体性能的可行方法。
Kim, J.T., Rao, A., Nie, HY. et al. Manipulating Li2S2/Li2S mixed discharge products of all-solid-state lithium sulfur batteries for improved cycle life. Nat Commun 14, 6404 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42109-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-42109-5
4. Nature Commun.：PdCu纳米合金修饰光催化剂用于流动反应器中甲烷高效选择性氧化偶联
光催化活化甲烷是一种很有前途的可持续发展的化学合成技术。然而，目前该过程的效率和稳定性是适度的。近日，伦敦大学学院唐军旺教授报道了在二氧化钛表面修饰了PdCu纳米合金(~2.3 nm)，实现了甲烷在室温下高效、稳定、选择性的光催化氧化偶联。1）甲烷到C2的转化率为2480 μmol−1 h−1，表观量子效率约为8.4%。更重要的是，该光催化剂对PdCu光催化剂表现出116 h−1和12,642的周转频率和周转次数，在所有室温下运行的光催化过程中(λ>30 0 nm)是最高的，并且具有超过112h的长期稳定性。2）纳米合金起到空穴受体的作用，Pd软化并削弱了甲烷中的C-H键，而Cu降低了C2产物的吸附能，从而实现了高效和长期稳定。
Li, X., Wang, C., Yang, J. et al. PdCu nanoalloy decorated photocatalysts for efficient and selective oxidative coupling of methane in flow reactors. Nat Commun 14, 6343 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-41996-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-41996-y
5. Nature Commun.：碱土酰亚胺负载型催化剂的多反应途径高效合成氨
探索高效且低成本的氨合成催化剂需要反应途径的可调性。用于此目的的缩放关系所产生的限制是一个障碍。在这里，上海交通大学Tian-Nan Ye，东京工业大学Hideo Hosono，Masaaki Kitano报道了碱土酰亚胺（AeNH）与过渡金属（TM=Fe、Co和Ni）催化剂相结合，可以通过利用载体表面活性缺陷和负载过渡金属的协同作用而产生的功能来克服这一困难。1）这些催化剂能够通过多种反应途径生产氨。Co/SrNH的反应速率高达1686.7 mmol·gCo−1·h−1，TOF在400 °C和0.9 MPa下达到500 h−1以上，优于其他报道的钴基催化剂以及基准催化剂Cs-Ru/MgO催化剂和工业方铁矿基Fe催化剂在相同的反应条件下。2）实验和理论结果表明，3dTMs的氮亲和力和碱土亚胺原位形成的NH2−空位的协同作用调节了氨生产的反应路径，从而产生了不同于3dTMs的独特催化性能。由此证明，金属和载体的适当组合对于控制反应途径和实现高活性和低成本的氨合成催化剂至关重要。
Li, Z., Lu, Y., Li, J. et al. Multiple reaction pathway on alkaline earth imide supported catalysts for efficient ammonia synthesis. Nat Commun 14, 6373 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42050-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-42050-7
6. Nature Commun.：在不同绝缘衬底上冲压生产单晶六方氮化硼单层
在绝缘衬底上可控生长二维单晶是实现电子学和光电子学高端应用的终极追求。然而，对于最典型的二维绝缘体--六方氮化硼(HBN)来说，在绝缘衬底上制备单晶单分子膜仍然具有挑战性。在这里，华南师范大学Xiaozhi Xu，北京大学刘开辉教授提出了一种方法，通过原子尺度的印章技术在不同的绝缘衬底上方便地制备英寸尺寸的单晶hBN单层。1）研究人员用hBN薄膜生长的单晶铜箔在铜的亚熔点可以与绝缘衬底紧密结合(在0.35 nm以内)，并将生长在金属表面的hBN挤出到绝缘衬底上。2）然后，无论绝缘衬底的类型或结晶度如何，都可以通过类似于STAMP过程的去除铜箔来获得单晶hBN薄膜。研究工作可能会促进全单晶2D材料基器件的制造工艺及其应用。
Zeng, F., Wang, R., Wei, W. et al. Stamped production of single-crystal hexagonal boron nitride monolayers on various insulating substrates. Nat Commun 14, 6421 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42270-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42270-x
7. Nature Commun.：动态可变形的Cu12簇状C-H···π堆积多孔超分子骨架
基于簇的π堆叠多孔超分子框架的组装提出了艰巨的挑战，包括设计合适的簇构建单元、控制足够的C-H…π相互作用、结构动力学和稳定性之间的权衡以及理解由此产生的结果。在此，山东大学孙頔教授报道了一种基于簇的C-H·π相互作用堆叠的多孔超分子框架，即Cu12a-π，由Cu12纳米簇作为6连接节点组成，通过致密的内层进一步传播到动态多孔超分子框架C-H·π相互作用，产生永久孔隙。1）Cu12a-π可以通过遵循解离重组机制的配体交换转化为基于簇的无孔自适应晶体（Cu12b-NACs）。2）此外，Cu12a-π可以从饱和碘水溶液中有效去除97.2%的碘，吸收容量高达2.96 g·g−1 。这些前瞻性结果定位于基于簇的多孔超分子框架，并启发后续研究人员设计和合成此类具有更好性能的材料。
Zhang, C., Wang, Z., Si, WD. et al. Dynamic and transformable Cu12 cluster-based C-H···π-stacked porous supramolecular frameworks. Nat Commun 14, 6413 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42201-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42201-w
8. Nature Commun.：具有快速大面积自愈能力的自我保护软流控机器人
软流体机器人已经引起了人们的广泛关注，具有广阔的应用前景。然而，射流动力源差、易损坏一直阻碍了它们的发展，同时缺乏智能自我保护也给它们的应用带来了不便。在这里，浙江大学Jun Zou设计了多样化的自我保护软流体机器人，集成了软电液泵、执行器、治愈电液和E-皮肤。1）研究人员开发了高性能的软式电液动泵，实现了无系绳软式流体机器人的高速驱动和大变形。合成了一种可形成伸长性好、附着力强的自愈膜的愈合电液，实现了软材料快速、大面积损伤的自愈。2）研究人员提出了多功能电子皮肤来赋予机器人智能，使机器人实现一系列自我保护行为。此外，机器人允许通过电极或执行器的组合来增强其功能。这一设计策略使软式射流机器人能够实现其高速驱动和智能自我保护，为具有物理智能的软式机器人打开了一扇门。
Tang, W., Zhong, Y., Xu, H. et al. Self-protection soft fluidic robots with rapid large-area self-healing capabilities. Nat Commun 14, 6430 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42214-5https://doi.org/10.1038/s41467-023-42214-5
9. Nature Commun.：安培时级软包装钾离子混合电容器可实现6分钟快速充电
安培-小时(Ah)规模的电化学储能设备的极快充电目标是充电时间少于10分钟，以促进广泛采用。然而，由于其固有的反应机理和高电流密度下的安全隐患，这一指标在传统的锂离子电池中很难实现。在这项工作中，湖南大学Shenglian Luo，Haihui Zhou，伦敦帝国理工学院Yunlong Zhao，Shuqiang Jiao报道了1Ah型软包装钾离子混合型超级电容器（PIHC），它结合了电池型负极的高能量密度和电容型正极的高功率密度的优点。1）PIHC由富含缺陷、高比表面积的N掺杂碳纳米管基正极、镶嵌间距扩大的MnO量子点的碳纳米管基负极、碳酸盐基非水电解液以及无粘结剂和集电器的电池设计组成。2）通过对电池配置、电极和电解液的优化，电池电压高达4.8 V，高达140 Wh kg−1(以整个器件质量为基准)的高满电池比能量，充满6分钟。在10 C(10A)下循环200次后，容量保持率为88%，在25±1 ℃时的电压保持率为99%。
Li, H., Gong, Y., Zhou, H. et al. Ampere-hour-scale soft-package potassium-ion hybrid capacitors enabling 6-minute fast-charging. Nat Commun 14, 6407 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42108-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-42108-6
10. Angew：一种用于多级加密和瞬时信息显示的双响应液晶弹性体
信息安全在过去十年中受到越来越多的关注，导致防伪、加密和即时信息显示等先进材料的发展。然而，通过简单的加密程序和低能量的刺激来实现高信息安全仍然具有挑战性。在此，肯特州立大学Quan Li，南京大学Cheng-Hui Li开发了一系列应变/温度响应型液晶弹性体（LCE），以实现双模态、多级信息加密和实时、可重写瞬态信息显示。1）所制备的多域LCE在应变或温度刺激下可以从不透明状态转变为透明状态，转变应变或温度高度依赖于长链柔性间隔基的浓度。不同LCE墨水加密的信息可以在特定应变或温度下解密，从而实现信息安全的多级保护。2）此外，结合多域LCE的相变和多壁碳纳米管（MWCNT）的光热效应，我们利用近红外（NIR）光作为书写笔实现了可重复的瞬态信息显示。这项研究为开发具有广泛应用的多功能性和高安全性的先进加密材料提供了新的见解。
Hong-Qin Wang, et al, A Dual-Responsive Liquid Crystal Elastomer for Multi-Level Encryption and Transient Information Display, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313728DOI: 10.1002/anie.202313728https://doi.org/10.1002/anie.202313728
11. Angew：碱介质中配体调节活性中心促进Co掺杂1T-MoS2电催化析氢
高效析氢反应（HER）电催化剂将决定氢动力清洁技术的质量分布，但仍面临巨大挑战。在这项工作中，中国石油大学Bin Dong，Yong-Ming Chai通过CoMo-金属有机骨架前驱体将协同配体调制加Co掺杂策略应用于1T-MoS2催化剂，提高了1T-MoS2的HER催化活性和耐久性。1）通过Cs校正透射电子显微镜和X射线吸收光谱证实，多齿1,2-双(4吡啶基)乙烷配体可以通过钴位点与二维1T-MoS2层稳定连接，从而扩大MoS2的层间距（Co-1T-MoS2）-bpe），促进活性位点暴露，加速水解离，并优化碱性HER过程中H的吸附和解吸。2）理论计算表明，1T-MoS2电子结构的提升源于通过π共轭配体连接形成三维金属有机结构，削弱了Mo-3d和S-2p轨道之间的杂化，进而使S-2p轨道更适合与H-1s轨道杂化。3）因此，Co-1T-MoS2-bpe对碱性HER表现出优异的稳定性和极低的过电位（10 mA cm-2下为118mV）。此外，集成到阴离子交换膜水电解槽中，Co-1T-MoS2-bpe在大电流密度下比Pt/C催化剂要优越得多。该研究为二维催化剂的设计提供了一种可行的配体调制策略。
Hai-Jun Liu, et al, Ligand Modulation of Active Sites to Promote Co doped 1T-MoS2 Electrocatalytic Hydrogen Evolution in Alkaline Media, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202313845DOI: 10.1002/anie.202313845https://doi.org/10.1002/anie.202313845
12. Angew：MOF分子调控改善电催化还原硝酸盐制备NH3
MOF的结构明确，并且功能可调控，是具有前景的单一位点催化剂用于电催化还原NO3-制备高附加值NH3。有鉴于此，香港城市大学支春义等报道提出一种分子工程增强NO3-电催化还原制备NH3的方法，这种分子工程通过向MOF引入羰基官能团的方式精确调控金属位点的电子结构。1）因为羰基官能团具有拉电子作用，金属催化位点的电子结构转变为缺电子状态，促进NO3-吸附和加氢转化为NH3。相比于CuBTA的NO3-转化为NH3的催化活性非常低，CuTABQ的NO3-转化反应NH3法拉第效率达到97.7 %。2）这种分子工程策略具有普适性优势，比如Co或者Ni等金属位点MOF的电催化转化反应都表现改善的NO3-转化为NH3催化活性。基于CuTABQ构筑Zn-NO3-电池的功率密度达到12.3 mW cm-2。这项工作展示了在分子尺度进行理性设计金属催化剂，能够改善NO3-还原制备NH3的性能。
Rong Zhang, et al, Molecular Engineering of a Metal‐Organic Polymer for Enhanced Electrochemical Nitrate‐to‐Ammonia Conversion and Zinc Nitrate Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202309930https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202309930
