1. Chem. Soc. Rev.：余辉材料设计的最新进展
余辉材料因其独特且长寿命的光学发射特性而受到广泛关注，这些材料具有高的光致发光量子产率（PLQY）和在环境条件下长达数小时的寿命。余辉材料通常根据其发光机制进行分类，如长持续发光（LPL）、室温磷光（RTP）或热激活延迟荧光（TADF）。通过合理的设计和新颖的合成策略来调制自旋-轨道耦合（SOC）和填充三重态激子（T1），可以实现具有长寿命和余辉特性的发光体。对余辉材料的初步研究主要集中在纯无机材料上，其中许多材料具有金属毒性。近年来，有机-无机杂化余辉材料（OIHAM）已被开发用于具有高PLQY和长寿命的材料。这些杂化材料利用了有机分子的可调谐结构和易于加工特性，以及涉及重原子掺杂剂的增强SOC和系统间交叉（ISC）工艺，以实现优异的余辉性能。近日，吉林大学于吉红院士、郑州大学Lu Siyu对余辉材料设计的最新进展进行了综述研究。1)作者首先简要讨论了无机和有机-无机杂化余辉材料的结构和组成，包括调节其寿命、PLQY和发光波长的策略。强调了有机-无机杂化余辉材料的特殊优势，包括低制造成本、多样化的分子/电子结构、可调谐的结构和光学性能，以及与各种衬底的兼容性。2) 随后，作者详细讨论了余辉材料使用的基本机制、它们的分类、设计原理和最终应用（包括传感、防静电和光电器件等）。最后，作者讨论了存在的挑战和有前景的未来方向，为特定应用的余辉材料设计奠定了平台。
Xin Yang, et al. Recent advances in the design of afterglow materials: mechanisms, structural regulation strategies and applications. Chem. Soc. Rev. 2023https://doi.org/10.1039/D2CS00993E
2. Nature Commun.：活性氧介导铁促进金属羟基氧化物析氧反应的电催化
铁是一种非凡的促进剂，可以将镍/钴（氢）氧化物作为最活跃的析氧反应催化剂，但其协同效应却备受争议。在这里，上海交通大学Fang Song发现活性氧物质介导氧化铁（FeOxHy）和支撑金属羟基氧化物之间的强电化学相互作用。1）研究人员对九种支撑金属羟基氧化物(M(O)OH)电化学行为的调查发现，FeOxHy协同促进可专门产生活性氧物质的底物。2）塔菲尔斜率与氧物质的存在和种类相关。此外，FeOxHy@M(O)OH的析氧反应起始电位与活性氧物种的新兴电位一致，而完整的M(O)OH则存在较大的电位间隙。3）化学探针实验表明，活性氧物质可以充当协同催化中质子转移和/或扩散的质子受体和/或介体。这一发现为理解铁基析氧反应电催化剂的协同催化作用提供了新的见解。
Jiang, Q., Wang, S., Zhang, C. et al. Active oxygen species mediate the iron-promoting electrocatalysis of oxygen evolution reaction on metal oxyhydroxides. Nat Commun 14, 6826 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42646-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42646-z
3. Nature Commun.：光响应型聚合物复合材料中的极化驱动可逆驱动
光响应聚合物，特别是具有固有各向异性和偏振相关形变光响应的无定形偶氮聚合物，对于远程控制、可调谐设备具有广阔的前景。然而，动态控制所需的可逆性特性远远超出了目前通过此类聚合物的塑性变形所能获得的特性。在这里，挪威科技大学Emiliano Descrov将偶氮聚合物微粒以高密度嵌入橡胶弹性基质中。 1）在最终的复合材料中，累积变形被可逆形状切换所取代——两个可逆自由度由写入光束偏振唯一定义。2）研究人员直接通过作用于平面基底显微镜图像的变形跟踪算法来量化局部引起的应变，包括小的蠕变损失。3）研究人员还推出了独立式 3D 致动器，能够平稳地进行多种配置变化，包括扭转、滚入、抓取式致动，甚至连续、无枢轴的形状旋转，所有这些都由具有受控偏振的单波长激光束控制。
Urban, D., Marcucci, N., Wölfle, C.H. et al. Polarization-driven reversible actuation in a photo-responsive polymer composite. Nat Commun 14, 6843 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42590-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42590-y
4. Nature Commun.：电催化片上微电池中反应窗的实践
为了提高催化效率，理解单个纳米线/纳米片的行为至关重要。开发的片上微单元通过创建暴露感兴趣的催化剂区域的反应窗口来促进这项研究。然而，由于经常观察到不同细胞之间的数据存在差异，该技术的潜在应用受到限制。在这项研究中，湖南大学Yongmin He，Caitian Gao，南洋理工大学Zheng Liu发现非金属催化剂反应窗口中的电导问题是造成该问题的原因。1）研究人员使用原位电子/电化学测量和原子薄纳米片作为模型催化剂来研究这个问题。2）研究结果表明，暴露整个催化剂通道的全开窗口可以有效调节电导，其比半开窗口高十倍。这个经常被忽视的因素有可能显着提高反应过程中非金属催化剂的电导率。3）在检查了数十个电池后，研究人员开发了一种垂直微电池策略，以消除电导问题并提高测量重现性。研究为对非金属单纳米线/纳米片催化剂进行可靠的微电池测量提供了指导。
Xia, H., Sang, X., Shu, Z. et al. The practice of reaction window in an electrocatalytic on-chip microcell. Nat Commun 14, 6838 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42645-0https://doi.org/10.1038/s41467-023-42645-0
5. Nature Commun.：通过CeO2-x/CoO1-x/Co双界面结构的协同作用提高水煤气变换反应的反应活性
催化剂内的双界面结构能够减轻催化过程中有害的完全吸附，但其构建策略和机理的理解仍然非常缺乏。在这里，山东大学Chun-Jiang Jia，南开大学Jin-Cheng Liu，湖南大学Chao Ma利用周围小CeO2-x岛的显着界面相互作用构建了CeO2-x/CoO1-x/Co的高活性双界面，该界面在催化水煤气变换反应中表现出高活性。1）动力学证据和原位表征结果表明，CeO2-x调节Co物质的氧化态，从而在WGS反应过程中生成双活性CeO2-x/CoO1-x/Co界面。2）实验和理论结果证实了由双功能界面（包括CeO2-x/CoO1-x和CoO1-x/Co）独立贡献组成的协同氧化还原机制，其中CeO2-x/CoO1-x界面减轻了CO毒害效应，CoO1-x/Co界面促进H2的形成。这些结果可以为催化剂内制造双界面结构提供指导，并阐明多组分催化剂体系的机理。
Fu, XP., Wu, CP., Wang, WW. et al. Boosting reactivity of water-gas shift reaction by synergistic function over CeO2-x/CoO1-x/Co dual interfacial structures. Nat Commun 14, 6851 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42577-9https://doi.org/10.1038/s41467-023-42577-9
6. Nature Commun.：通过多尺度建模驱动的锂金属固体电解质界面设计
由于其高能量密度，锂金属是未来储能的有前途的电极。然而，其实际容量、可循环性和安全性在很大程度上取决于控制其与液体电解质接触的反应性，这导致固体电解质中间相（SEI）的形成。特别是，对于电解质成分如何影响 SEI 形成及其控制过程缺乏基本的机制理解。在这里，卡尔斯鲁厄理工学院Ulrike Krewer对碳酸盐电解质中锂金属的初始 SEI 形成进行了基于模型的深入分析。1）研究人员获得了比同类分子动力学研究更大的长度和时间尺度。多尺度动力学蒙特卡罗/连续介质模型显示了1µs后形成的层状、大部分无机SEI，由Li2CO3和Li顶部的LiF组成。它的形成可以追溯到各种电解质和盐分解过程的复杂相互作用。2）进一步揭示，低局部Li+浓度会产生更加马赛克状、部分有机的SEI，并且通过增加盐浓度可以实现锂金属表面的更快钝化。在此基础上，提出了锂金属SEI的设计策略，并朝着知识驱动的SEI工程迈出了重要一步。Wagner-Henke, J., Kuai, D., Gerasimov, M. et al. Knowledge-driven design of solid-electrolyte interphases on lithium metal via multiscale modelling. Nat Commun 14, 6823 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42212-7https://doi.org/10.1038/s41467-023-42212-7
7. Nature Commun.：通过水合五氧化二钒的异质结构工程实现锌离子热充电电池的巨大热电
柔性电源设备为物联网中的可穿戴电子产品提供了可能性。然而，典型电池或电容器的容量或寿命不令人满意，严重限制了它们的实际应用。与传统的热电发电机不同，锌离子热充电电池一直是自供电解决方案的有力候选者，但缺乏有前景的正极材料限制了其性能的实现。在此，南京航空航天大学Xiaogang Zhang通过水合五氧化二钒的合理异质结构工程提出了一种有吸引力的阴极材料。1）由于热扩散和热提取效应的结合，热电势从7.8±2.6 mV K−1显着提高到23.4±1.5 mV K−1。此外，准固态电池实现了令人印象深刻的1.9 mW m−2 K−2的归一化功率密度。2）由三个单元构建的可穿戴电源可以通过收集人体热量来驱动商业健康监测系统。这项工作证明了可穿戴热电应用电极设计的有效性。
Li, Z., Xu, Y., Wu, L. et al. Enabling giant thermopower by heterostructure engineering of hydrated vanadium pentoxide for zinc ion thermal charging cells. Nat Commun 14, 6816 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42492-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42492-z
8. Nature Commun.：局域对称性破缺单原子催化剂上CO2还原连续电制甲酸盐
原子级配位工程是调节单原子催化剂（SAC）催化性能的有效策略。然而，迄今为止，它们的合理设计一直受到配位对称性和催化性能之间缺乏普遍相关性的困扰。在此，中科院高能物理所Juncai Dong，国家纳米科学中心Shenlong Zhao，中国计量大学Can Li通过微波加热合成了平面对称性破缺的CuN3(PSB-CuN3)SAC，用于电催化CO2还原。1）值得注意的是，所制备的催化剂在-0.73Vvs.RHE下对甲酸盐的选择性为94.3%，超过了对称的CuN4催化剂（在-0.93 Vvs.RHE下为72.4%）。在配备PSB-CuN3电极的流通池中，在100小时的运行过程中，平均电流密度为94.4 mA cm−2时，甲酸选择性保持在90%以上。2）研究人员通过将明确的结构鉴定与原位X射线光谱和理论计算相结合，揭示了平面D4h构型打破的固有局部对称性诱导了非常规的dsp杂化，因此催化活性和金属中心的微环境之间存在很强的相关性（即，配位数和畸变），对CuN3部分的甲酸盐生产具有高度偏好。这一发现为设计具有特定局部对称性的选择性电催化高效SAC开辟了一条途径。Dong, J., Liu, Y., Pei, J. et al. Continuous electroproduction of formate via CO2 reduction on local symmetry-broken single-atom catalysts. Nat Commun 14, 6849 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42539-1https://doi.org/10.1038/s41467-023-42539-1
9. Nature Commun.：通过均相铜基分子催化剂实现节能的 CO2/CO 相互转化
将二氧化碳（CO2）轻松转化为商业上可行的碳原料提供了采用净零碳情景的独特方法。合成的CO2还原催化剂很少表现出节能和选择性的二氧化碳转化。在这里，印度理工学院孟买分校Arnab Dutta一氧化碳脱氢酶（CODH）酶蓝图是由氧化还原活性配体协调的分子铜络合物模仿的。1）该策略揭示了合成分子复合物驱动的可逆CO2还原/CO氧化催化在调节条件下最罕见的例子之一，这是天然酶的标志。2）铜配合物外围包含质子交换胺基团，为调节催化剂在有机和水介质中CO2还原和CO氧化的偏差提供了余地。3）详细的光谱电化学分析证实了在这种节能的CO2还原/CO氧化过程中，铜和氧化还原活性配体以及外围胺的同步参与。这一发现对于减少多种工业流程中的无碳足迹至关重要。
Guria, S., Dolui, D., Das, C. et al. Energy-efficient CO2/CO interconversion by homogeneous copper-based molecular catalysts. Nat Commun 14, 6859 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-42638-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-023-42638-z
10. JACS：OSDA失配法合成无氟无籽纯硅沸石吸附剂及其基质
纯硅沸石在烷烃/烯烃的气体分离中起着至关重要的作用，烷烃/烯烃是低k介电材料，也是催化过程中限制金属物种的坚固基质。然而，环境友好的纯硅沸石的合成仍然具有挑战性，因为(1)水热合成不可避免地利用了有毒的氟化物或脱铝晶种，(2)晶化时间也较长。在这里，中科院大连化物所刘中民院士，Peng Guo提出了一种有效的方法，称为OSDA失配法，用于以Si-SOD(富集四环)为唯一硅源，无氟无籽合成纯二氧化硅分子筛。 1）该方法可以快速、绿色地合成15种纯硅沸石(CHA、*BEA、EuO、SFF、STF、-SVR、*-SWY、DOH、MTN、NON、*MRE、MEL、MFI、MTW和*STO)。2）此外，利用FIB、3D ED、4D-STEM、HRTEM、拉曼和29SiMAS核磁共振等先进表征技术，详细研究了两种重要的纯硅CHA和BEA沸石(记为Si-CHA和SiBEA)不同的晶化机理。3）更重要的是，与在有毒的HF存在下合成的相比，Si-CHA表现出更好的丙烷/丙烯分离性能。此外，用这种方法制备的Si-BEA中加入了锌物种，也使其在丙烷脱氢反应中表现出优异的性能。
Chao Ma, et al, Fluoride- and Seed-Free Synthesis of Pure-Silica Zeolite Adsorbent and Matrix Using OSDA-Mismatch Approach, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08484https://doi.org/10.1021/jacs.3c08484
11. ACS Nano：通过界面预锂化策略释放高容量阳极的潜力
对于现有的预锂化技术来说，环境适应性和均质Li+补充路线的可扩展开发仍然是一个巨大的挑战，限制了高容量阳极的全部潜力。在这项研究中，西北工业大学Yue Ma提出了一种耐湿的界面预硫化方法，即在硅基阳极上浇铸一种疏水的聚偏二氟乙烯-六氟丙烯薄膜和一种深锂合金(Li22Si5@C/PVDF-HFP)。1）这一策略不仅可以扩展到各种高容量的阳极系统(SiOx@C，硬碳)，而且还可以与工业卷到卷组装工艺保持一致。通过仔细调整预锂化层的厚度，致密堆积的Si@C电极(4.5 mAh cm−2)显示出显著提高的初始库仑效率直到接近单位值，以及极高的耐湿性(60%相对湿度)。2）此外，它还实现了电极上离子传导性的10倍以上的提高。由于将预锂化的Si@C阳极与LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2阴极配对，2 Ah袋式原型平衡了∼371WH kg−1的能量密度和2450 W kg−1的极端功率输出，以及1000次循环83.8%的容量保持率。3）中间合金的非晶态相跟踪和空间排列分析表明，Li利用率的提高源于自发的Li+再分配过程的梯度应力消散模型。
Helin Wang, et al, Unleashing the Potential of High-Capacity Anodes through an Interfacial Prelithiation Strategy, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c07869https://doi.org/10.1021/acsnano.3c07869
12. ACS Nano：单分散双掺杂FeS2上安培级硝酸盐电还原制氨
NO3-电化学转化为NH3(NO3RR)具有巨大的前景，可以同时产生有价值的NH3并减轻NO3-污染。在此，广西大学Xijun Liu，兰州交通大学Ke Chu报道了单分散Bi掺杂FeS2(Bi−FeS2)作为一种高效的NO3RR催化剂。1）Bi−FeS2的原子配位表征表明，孤立的Bi掺杂剂与其相邻的Fe原子配位，产生非常规的p−d杂化Bi−Fe双核位点。原位光谱测量结合理论计算表明，Bi−Fe双核位点可以协同增强NO3- to NH3途径的加氢能量，同时抑制竞争性析氢，从而产生高NO3RR选择性和活性。2）因此，配备Bi−FeS2的专门设计的流通池在1023.2 mA cm-2的安培级电流密度下表现出83.7 mg h−1 cm−2的高NH3产率和接近100%的NO3− to NH3法拉第效率，以及100小时电解的优异长期稳定性，在所有报道的NO3RR催化剂中几乎排名最高。
Guike Zhang, et al, Ampere-Level Nitrate Electroreduction to Ammonia over Monodispersed Bi-Doped FeS2, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c05946https://doi.org/10.1021/acsnano.3c05946
