1. JACS：数据驱动的铜纳米粒子中铜氧化态的预先测定：在液体中激光烧蚀合成中的应用
铜基纳米晶体是集成到新兴绿色技术中的参考纳米材料，液体激光烧蚀 (LAL) 是一种出色的合成技术。然而，迄今为止，在使用 LAL 提供的整个纳米材料库中实现特定类型的纳米晶体一直是基于改变合成参数和表征产品的经验努力。在这里，帕多瓦大学Vincenzo Amendola从铜基纳米晶LAL合成的文献分析入手，以确定铜氧化态预先确定的相关物理和化学特征。1）首先，通过线性回归分析筛选单个特征及其组合，同时也使用遗传算法，以找到与实验输出的最佳相关性，并确定给出 LAL 结果最佳预测的方程。2）然后，利用机器学习（ML）模型来揭示线性回归分析中隐藏的特征之间的互相关性。尽管 LAL 生成的 Cu 纳米晶体可能以多种氧化态存在，从金属铜到氧化亚铜 (Cu2O) 和氧化铜 (CuO)，但除了形成 Cu2S 和 CuCN 等其他材料外，ML 还能够指导实验最大限度地利用可持续过程中最需要的化合物。这种方法对其他纳米材料具有普遍适用性，可以帮助理解 LAL 生成纳米晶体的化学途径的起源，为有意识地预先确定所需化合物的激光合成参数提供合理的指导。
Runpeng Miao, et al, Data-Driven Predetermination of Cu Oxidation State in Copper Nanoparticles: Application to the Synthesis by Laser Ablation in Liquid, J. Am. Chem. Soc., 2023https://doi.org/10.1021/jacs.3c09158
2. JACS：蒽醌基硅酸盐共价有机框架作为高性能锂金属电池的固体电解质中间相
锂（Li）金属电池（LMB）在当前电池设计中拥有最高的理论能量密度，因此在储能方面具有巨大的潜力。然而，由于枝晶生长和锂负极不稳定界面引起的安全问题，LMB的发展受到严重阻碍。主链上包含氧化还原活性或阴离子部分的共价有机骨架 (COF) 具有高锂离子 (Li+) 电导率和机械/化学稳定性，因此有望用于 LMB 中的固体电解质界面 (SEI)。在这里，香港科技大学Yoonseob Kim通过四羟基蒽醌与二氧化硅的缩合合成了基于蒽醌的硅酸盐COF（AQ-Si-COF），其含有氧化还原活性位点和阴离子位点。1）九个 Li+ 介导的充电/放电过程使 AQ-Si-COF 在室温下表现出 9.8 mS cm−1 的离子电导率和 0.92 的单离子传导迁移数。计算研究也支持九种Li+机制。2）研究人员使用 AQ-Si-COF 作为 Li 阳极上的固体电解质界面。具有 LiCoO2 阴极的 LMB 电池在高电压运行期间在 0.25 C 下获得了 188 mAh g−1 的最大可逆容量。此外，该 LMB 电池表现出抑制枝晶生长和稳定的循环性能，在 100 次循环后容量下降不到 3%。这些发现证明了该氧化还原活性和阴离子 COF 的有效性及其在 LMB 中作为 SEI 的实际用途。
Chen Li, et al, Anthraquinone-Based Silicate Covalent Organic Frameworks as Solid Electrolyte Interphase for High-Performance Lithium−Metal Batteries, J. Am. Chem. Soc.，2023https://doi.org/10.1021/jacs.3c06723
3. PNAS：量化等离子体光催化剂的超快和稳态分子还原潜力
等离子体材料是极具潜力的光催化剂，因为它们非常适合将光转化为热载流子和热。热电子转移被认为是许多等离子体驱动反应的驱动力。然而，到目前为止，在等离子体衰减的时间尺度上，还没有直接的分子测量方法来量化等离子体到分子电子转移的速率。近日，明尼苏达大学Renee R. Frontiera对等离子体光催化剂的超快和稳态分子还原潜力进行了量化。1) 作者使用超快和光谱电化学表面增强拉曼光谱来量化从等离子体基质到吸附的甲基紫精分子的电子转移。作者在皮秒时间尺度上观察到2.4%至3.5%的还原率，等离子体诱导电位范围从-3.1至-4.5 mV。2) 此外，这些还原物种中的一些被稳定下来并持续数十分钟。该工作为优化高效等离子体驱动光催化的材料-分子相互作用提供了具体的指标。
Christopher L. Warkentin and Renee R. Frontiera. Quantifying the ultrafast and steady-state molecular reduction potential of a plasmonic photocatalyst. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2305932120 https://doi.org/10.1073/pnas.2305932120
4. PNAS：实现原子有序的GaN/AlN量子异质结构
原子尺度异质结构中的界面工程一直是纳米尺度和量子材料科学的核心研究领域。尽管原子有序异质界面至关重要，但异质结构中界面原子的强扩散特性严重限制了其实现。近日，密歇根大学Mi Zetian报道了界面扩散对表面极性的强烈依赖性。1) 在GaN/AlN异质结构的半极性平面上可以很容易地合成接近完美的量子界面，而不是传统的c平面。半极性平面上的化学键合构型可以显著抑制阳离子取代过程，这产生了原子尖锐的界面。此外，通过改变核壳纳米结构中的应变弛豫过程，可以很容易地控制GaN/AlN的表面极性。2) 所获得的超薄GaN量子阱具有约75%的内部量子效率。作者利用可扩展和可靠的方法制造了深紫外发光二极管，并且电致发光几乎不受斯塔克效应的影响，这对超稳定器件的操作具有重要意义。
Yuanpeng Wu, et al. Achieving atomically ordered GaN/AlN quantum heterostructures: The role of surface polarity. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2303473120https://doi.org/10.1073/pnas.2303473120
5. PNAS：用于CO2-C2H4光合作用的Cu–Ag合金亚纳米团簇增强的C–C耦合
CO2和H2O选择性光催化转化为高附加值C2H4仍然是一个巨大的挑战，主要归因于反应中间体的C–C偶联和C2H4*中间体从催化剂表面解吸的困难。这两个关键问题可以通过将Ag与Cu合金化来同时克服，进而增强了两种反应的活性。在此，电子科技大学Dong Fan开发了一种简单的分步光沉积策略，将Cu–Ag合金亚纳米团簇（ASNCs）负载在TiO2上，用于CO2光还原以合成C2H4。 1) 优化后的催化剂具有优异的C2H4形成率（1110.6±82.5μmol g−1 h−1），选择性为49.1±1.9%。作者将原位FT-IR光谱与DFT计算相结合，揭示了Cu和Ag在Cu–Ag ASNCs中的协同作用，使其能够像Ag一样具有优异的C–C耦合能力，并像Cu一样促进C2H4*的解吸性能，从而促进了C2H4的选择性和高效合成。2) 该工作对ASNCs上CO2还原的团簇化学和C–C耦合机制有了更深入的了解，并开发了一种可行的将CO2光还原为C2燃料或工业原料的策略。
Yangyang Yu, et al. Boosted C–C coupling with Cu–Ag alloy sub-nanoclusters for CO2-to-C2H4 photosynthesis. PNAS 2023DOI: 10.1073/pnas.2307320120https://doi.org/10.1073/pnas.2307320120
6. Angew：将血红素/铜位点的合成模型应用于节能电催化氧还原反应
在自然界中，细胞色素c氧化酶在血红素/铜位置催化4E-氧还原反应(ORR)，其中CuI被用来协助O2的活化。由于生成CuI的热力学障碍，合成的铁卟啉/铜配合物通常表现出中等的电催化ORR活性。在此，陕西师范大学曹睿报道了一种用于节能电催化ORR的钴/钴配合物1-Co。1）通过在钴钴上悬挂CoII离子，1-Co实现了电催化4E-ORR，与RHE相比，半波电位为0.89 V，这在钴基电催化剂中是杰出的。2）值得注意的是，1-Co的性能优于与CuII或ZnII挂起的Co corole。研究发现，悬挂的CoII离子可以提供一个电子来改善O2的热力学和动力学结合，这一功能由血红素/铜位置的生物CuI离子表示。这项工作对于展示一种引人注目的ORR电催化剂和显示第二球状氧化还原活性金属离子在促进O2结合和活化中的重要作用具有重要意义。
Jia Meng, et al, Adapting Synthetic Models of Heme/Cu Sites to Energy-Efficient Electrocatalytic Oxygen Reduction Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202312255DOI: 10.1002/anie.202312255https://doi.org/10.1002/anie.202312255
7. EES：质子陶瓷电化学电池研究进展综述
质子陶瓷电化学电池（PCEC）作为一种新兴的能量转换和存储技术，引起了政府机构和研究机构的极大关注。PCEC作为高温电化学器件之一，取得了令人瞩目的进展，使其成为能源领域的重要研究方向。高效、稳定和长寿命的PCEC器件的开发在很大程度上依赖于新材料和结构设计的开发。近日，东南大学Li Tao、南京工业大学Yang Guangming、邵宗平对质子陶瓷电化学电池的研究进展进行了综述研究。1) 作者对质子传输机制和PCEC的基本工作原理进行了综述，并全面总结了过去几年来提高电化学性能的策略，包括电极和电解质材料、结构优化的新方法以及电化学电池器件的重要发展。2) 作者重点介绍了PCEC的各种应用，包括H2O电解、电解模式下的CO2/H2O共转化，以及通过与H2、C2H6或NH3等质子供体的CO2电化学转化合成CH4和CO等高价值化学品。最后，作者提供了PCEC商业化的未来前景，并强调了需要解决的现有挑战。
Yakun Wang, et al. A Review of Progress in Proton Ceramic Electrochemical Cells: Material and Structural Design, Coupled with Value-Added Chemicals Production. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE03121G
8. EES：调节高效和热稳定聚合物太阳能电池的溶液聚集和分子顺序
用于有机光伏的活性层通常包括半准结晶聚合物。然而，这些光伏混合物的溶液聚集和分子顺序以及它们如何控制光伏性能和稳定性仍不明确。在这里，天津大学Ye Long、华南理工大学Duan Chunhui表明结晶-非晶相互作用参数在决定以半准结晶聚合物为特征的有机光伏共混物的结构和性能方面起着至关重要的作用。1) 溶液小角度中子散射和微观结构结果表明，分子有序的2D半准结晶聚合物体系P5TCN:Y6在共混溶液中获得了更强的聚集体刚性，并在薄膜中形成“锁定”晶畴和晶间连接，这导致聚噻吩太阳能电池具有优异的热稳定性。2) 通过建立各种相互作用参数和溶液结构参数之间的相关性，作者全面了解了半准结晶聚合物在与非富勒烯受体共混时聚集体刚性的变化，以及溶液聚集体与太阳能电池性能之间的关系。
Mengyuan Gao, et al. Tuning the Solution Aggregation and Molecular Order for Efficient and Thermally Stable Polymer Solar Cells. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02354K
9. EES：1,3-二恶烷的原位聚合实现4.5V锂金属电池
1，3-二氧戊环（DOL）的原位聚合作为锂金属电池（LMBs）的聚合物电解质（PE），由于其良好的界面接触和与锂金属的良好相容性而受到极大关注，但它们的氧化稳定性较差，因此不适合高压阴极。近日，华南师范大学Zheng Qifeng、Ding Kui、华盛顿大学Li Jinghao通过将液体前体的分子结构从五元环状DOL调节为六元环状1，3-二恶烷（DOX），获得的聚（DOX）PE由于其延长的烯基链降低了其HOMO能级而表现出优异的氧化稳定性（超过4.7V）。 1) 延长的烯基链削弱了其溶剂化能力，这不仅提供了高的Li+转移数（0.75），而且有助于形成高度稳定和导电的固体电解质界面，赋予高度致密的Li沉积形态以及优异的Li镀覆/剥离可逆性超过1300小时。2) 因此，这种新开发的聚（DOX）PE在4.5V的高电压下为包括但不限于LiNi0.33Co0.33Mn0.33O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiCoO2在内的多种高压阴极提供了优异的循环稳定性，并为高压高能量密度固态电池的实际应用铺平了道路。
Yang Liu, et al. In-situ polymerization of 1,3-dioxane as highly compatible polymer electrolytes to enable 4.5 V Li-metal batteries. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE02797J
10. EES：阴离子交换膜燃料电池的现状和挑战
氢能及相关技术对于应对气候变化和满足日益增长的能源需求至关重要。尽管质子交换膜燃料电池被认为是一项关键技术，但它尚未克服对贵金属催化剂的依赖，阻碍了氢经济的发展。近日，韩国科学技术院Hee-Tak Kim综述研究了离子交换膜燃料电池的现状和挑战。1) 最近，由于在碱性环境中使用廉价金属作为催化剂和双极板，阴离子交换膜燃料电池（AEMFC）已成为PEMFC的有效替代品。尽管AEMFC技术在材料开发方面取得了巨大进展，但仍有几个长期存在的问题需要解决。2) 本综述全面概述了AEMFC发展过程中的关键问题以及之前为解决这些问题所做的努力。此外，作者还对PEMFC和AEMFC进行了比较分析，以从应用角度分析AEMFC的现状，并提出未来发展的潜在途径。
Jonghyun Hyun and Hee-Tak Kim, Powering the hydrogen future: current status and challenges of anion exchange membrane fuel cells. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01768K
11. EES：走向应用的无阳极锂软包电池
无阳极锂金属电池（AFLMB）由于其高能量密度、低成本和简单的组装工艺，在下一代储能系统中极具应用潜力。然而，AFLPB的设计策略、优化原则和未来前景尚未得到详细总结。因此，哈尔滨工业大学He Weidong对高能量密度AFLPBs进行系统综述，并重点介绍近年来的研究进展，以及预测后续的发展方向。1) 首先，作者提出了实现超高能量密度AFLMB的关键设计参数。随后，作者分析了AFLPBs的失效机理和电化学性能评估，揭示了需要解决的失效机制。2) 最后，作者通过揭示该领域面临的挑战和机遇，对实用AFLPB的前景进行了深入分析。总之，AFLPB的开发正在取得逐步进展，然而，仍需要做出重大努力来促进AFLPBs的实际应用。
Liwei Dong, et al. Toward practical anode-free lithium pouch batteries. EES 2023https://doi.org/10.1039/D3EE01599H
12. ACS Nano：高氟化碳点的分子工程：稳定固体锂电池的Li+动力学和界面氟化
含氟碳点(FCDs)因其独特的物理化学性质而引起人们的兴趣。然而，复杂的合成工艺和相当低的氟掺杂水平限制了它的发展和应用。在这里，中南大学Hongshuai Hou提出了一种基于Claisen−Schmidt反应的简便方法，实现了克级规模的高氟碳点(高达20.79 at.%)，并对具体的反应机理进行了全面的探讨。此外，考虑到氟含量高、分散性好、与聚合物电解质相容，将所合成的FCDs用作锂电池PEO基固体电解质的添加剂，以改善其离子导电性、界面稳定性和力学性能。 1）FCDs的引入不仅可以降低PEO的结晶度，增强聚合物链之间的相互作用，而且有助于在界面上建立不间断的路径和原位氟化，这一点得到了理论计算和实验结果的证实。2）结果表明，在0.4 mA cm−2的电流密度下，锂对称电池可以稳定工作1000h。同时，使用该复合电解液的LiFePO4/Li电池在保持95.10%的容量保持率的同时，在300次循环中表现出130.3 mAh g−1的容量。这项研究开发了一种合成高氟化碳点的策略，这对PEO电解液产生了有益的影响，从而促进了FCDs和固态电池的发展。
Laiqiang Xu, et al, Molecular Engineering of Highly Fluorinated Carbon Dots: Tailoring Li+ Dynamics and Interfacial Fluorination for Stable Solid Lithium Batteries, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c08935 https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08935
