1. Chem. Rev.：二维过渡金属二硫族化合物的等离子体处理二维过渡金属二硫族化合物（TMDs）为基础纳米科学和各种技术应用提供了重要机会。由于它们在纳米尺度上的特殊性质，如可调带隙和强光与物质的相互作用，使它们在光电子和能量收集设备中极具应用潜力。TMD器件的性能主要由其结构、组成、尺寸、缺陷及其界面状态决定。TMDs的许多性质都受到合成方法的影响，因此许多研究都集中在加工具有可控物理化学性质的高质量TMDs上。基于等离子体的方法是成本效益高、可控性好、可扩展的技术，最近受到研究人员的广泛关注。近日，麦克马斯特大学Peter Kruse、谢里夫理工大学Abdolreza Simchi对二维过渡金属二硫族化合物的等离子体处理进行了综述研究。1) TMDs对等离子体的反应性为TMDs的表面改性提供了许多机会，包括功能化、缺陷工程、掺杂、氧化、相工程、蚀刻、形态变化和表面能变化。为此，作者全面回顾了等离子体在TMDs领域的所有作用。2) 作者介绍并讨论了TMDs等离子体处理和改性背后的基础科学及其在不同领域的应用，并强调了未来的前景和挑战，以证明TMDs的重要性和表面工程在下一代光电子应用中的重要性。
Saeed Sovizi, et al. Plasma Processing and Treatment of 2D Transition Metal Dichalcogenides: Tuning Properties and Defect Engineering. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00147https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00147化学反应的性能在很大程度上取决于多相催化中材料的电子和/或几何结构。Sabatier原理已经通过改变组成来调整催化材料的电子结构，为优化催化剂设计提供了概念框架。除了组成之外，催化剂的几何原子结构，包括台阶、边缘、台阶、扭结和角，对化学反应的活性和选择性也有很大影响。近日，中国科学技术大学Li Weixue、Liu Jinxun综述研究了多相催化中的晶相工程。1) 晶相工程对催化剂的电子和几何构型产生实质性的改变，从而能够控制配位数、形态特征和表面原子的排列。因此，调节结晶相是提高催化材料稳定性、活性和选择性的重要策略。2) 尽管如此，对性能如何取决于催化剂的晶相仍不明确，这主要是由于缺乏各种晶相活性位点的分子水平研究。在这篇综述中，作者主要评估催化性能对晶相的依赖性，以阐明多相催化固有的挑战和复杂性，最终旨在改进催化剂设计。
Jian-Wen Zhao, et al. Crystal-Phase Engineering in Heterogeneous Catalysis. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00402https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c004023. Science Advances：高分子离子束的高灵敏度单分子检测 气相蛋白质分析受益于具有高效率和精确空间分辨率的检测器。尽管现代二次电子倍增器已经满足了许多分析要求，但对于能量低于当前加速后检测中使用的大分子来说，仍需要其他方法。先前的研究已经证明了超导探测器对飞行时间质谱中高能粒子的敏感性。在这里，维也纳大学Markus Arndt证明超导纳米线探测器非常适合四极杆质谱分析，并在低冲击能量下表现出出色的量子产率。1）在能量低至 100 eV 时，这些探测器的灵敏度超过传统离子探测器三个数量级，并且它们提供了通过冲击能量和电荷来区分分子的可能性。2）研究人员展示了这些紧凑而灵敏的设备的三项进展：二维离子束轮廓的记录、气相光化学实验以及先进的低温电子学，为高度集成的探测器铺平了道路。
Marcel Strauß, et al, Highly sensitive single-molecule detection of macromolecule ion beams, Sci. Adv. 9 (48), eadj2801.DOI: 10.1126/sciadv.adj2801https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj28014. Science Advances：受听觉音调启发的单线可重构和耐损伤传感器矩阵传感器矩阵在机器人、航空、医疗保健和工业机械等各个领域都至关重要。然而，传统的传感器矩阵系统常常面临可重构性有限、接线复杂、鲁棒性差等挑战。为了解决这些问题，香港科技大学Zhengbao Yang引入了一种单线可重构传感器矩阵，该矩阵能够符合三维曲面并抗串扰和断裂。1）频率定位技术受到听觉音调的启发，通过叠加具有唯一频率标识的所有传感器单元的信号，将输出线的数量从行×列减少到单线。2）传感器单元通过共享冗余网络连接，为重新配置提供了很大的自由度并有助于快速修复。3）单线频率定位技术在两个应用中进行了演示——压力传感器矩阵和压力-温度多模态传感器矩阵。此外，还展示了其在监测飞机机翼应变分布方面的潜力，强调其在简化接线和提高稳健性方面的优势。
Zhihe Long, et al, One-wire reconfigurable and damage-tolerant sensor matrix inspired by the auditory tonotopy, Sci. Adv. 9 (48), eadi6633. DOI: 10.1126/sciadv.adi6633https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adi66335. Nature Commun.：用于高能锂离子电池的缺氧惰性相稳定高压富镍正极 将层状正极推向更高的工作电压，有利于实现高能锂离子电池。然而，材料表面以高脱氢状态释放的氧物种会与电解液发生严重反应，加速材料的结构劣化，引发热降解。在这里，北京理工大学Li Li，陈人杰教授提出了一种具有丰富的氧空位(约41%)的La2Mo2O9惰性相，通过调节退火温度来设计阴极界面，使之超越传统的修饰。1）以LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为模型体系，并推广到更高电压操作的LiCoO2和富锂阴极，我们证明了引入的La和Mo离子将转移电子，增强表面氧的电负性，从而起到“氧锚”的作用，减缓放氧。2）此外，由于β相La2Mo2O9本身具有较高的氧空位形成能，可能释放的氧可以被La2Mo2O9相沉积层捕获和保存。从根本上减少了氧物种与电解液的反应，从而有效地缓解了结构恶化，提高了电化学性能，使1.5 Ah袋式充电池在400次循环后容量损失可忽略不计的6.0%。
Dai, Z., Li, Z., Chen, R. et al. Defective oxygen inert phase stabilized high-voltage nickel-rich cathode for high-energy lithium-ion batteries. Nat Commun 14, 8087 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43792-0https://doi.org/10.1038/s41467-023-43792-0
6. Nature Commun.：在酸中电化学还原硝酸盐使高效氨合成和高压污染型燃料电池成为可能
目前的研究大多集中在碱性/中性介质下电化学硝酸盐还原反应合成氨，而酸性条件下硝酸盐还原的研究很少见报道。在这项工作中，香港城市大学支春义教授，深圳大学Ying Guo，中国科学院深圳先进技术研究院Chao Peng展示了本质上较差的析氢活性的 TiO2 纳米片在酸性条件下选择性快速地将硝酸盐还原为氨的潜力。 1）与铁酞菁杂化后，所得催化剂由于增强的硝酸盐吸附、抑制析氢并降低速率决定步骤的能垒而显着提高了氨形成的效率。2）研究人员开发了一种碱酸混合硝酸锌电池，其开路电压为1.99 V，功率密度为91.4 mW cm-2。此外，环境硫回收可以由上述混合电池提供动力，并且可以开发肼/硝酸盐燃料电池以同时进行肼/硝酸盐转化和发电。这项工作展示了酸性硝酸盐还原在氨电合成中的诱人潜力，并拓宽了能量转换领域。
Zhang, R., Li, C., Cui, H. et al. Electrochemical nitrate reduction in acid enables high-efficiency ammonia synthesis and high-voltage pollutes-based fuel cells. Nat Commun 14, 8036 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43897-6https://doi.org/10.1038/s41467-023-43897-6
7. Nature Commun.：亚50 nm钙钛矿型钽基氮氧化物单晶具有增强的光分解水活性
在通过常用金属氧化物和碳酸盐前体的热氮化合成钙钛矿型过渡金属氧氮化物光催化剂中，提高结晶度和最小化粒径之间存在长期的权衡。在这里，克服了这一限制，信州大学Kazunari Domen通过二硫化钽、金属氢氧化物（A (OH)2) 和熔盐熔剂（例如 SrCl2）作为前体。1）用定制的 Ir-Pt 合金@Cr2O3 助催化剂修饰的 SrTaO2N 纳米晶体比之前报道的 SrTaO2N 光催化剂更有效地产生 H2 大约两个数量级，Z 型 SrTaO2N 的太阳能到氢能转换效率创纪录为 0.15%水分解。2）研究结果使得能够通过热氮化合成钙钛矿型过渡金属氮氧化物纳米晶体，并为制造用于高效太阳能转换的先进长波长响应颗粒光催化剂铺平了道路。
Xiao, J., Nakabayashi, M., Hisatomi, T. et al. Sub-50 nm perovskite-type tantalum-based oxynitride single crystals with enhanced photoactivity for water splitting. Nat Commun 14, 8030 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-43838-3https://doi.org/10.1038/s41467-023-43838-3
8. JACS：用于水氧化的铱配合、对称性破坏的氧化锰纳米催化剂
水氧化反应是制氢和其他可持续化学中最重要的反应，由生物光系统II中的Mn4CaO5簇有效催化。然而，合成的锰基多相电催化剂在温和条件下在中性pH值下表现出较差的催化活性。对称性破坏的锰原子及其通过在生物团簇中有效氧化电荷积累的协同机制是重要的教训，但多相电催化剂的合成策略尚未成功开发。在这里，韩国科学技术院Hyungjun Kim，首尔大学Ki Tae Nam报道了一种晶体学扭曲的锰氧化物纳米催化剂，其中Ir原子打破了从I41/amd到P1的空间群对称性。 1）尖晶石中的四面体Mn(II)部分被Ir取代，令人惊讶地产生了前所未有的晶体结构。2）研究人员使用TEM分析了氧化锰的扭曲晶体结构，并研究了少量Ir的存在如何促进Mn原子的电荷积累。
Sunghak Park, et al, Iridium-Cooperated, Symmetry-Broken Manganese Oxide Nanocatalyst for Water Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c07411https://doi.org/10.1021/jacs.3c07411
9. JACS：用于水下粘合剂的弹性液滴网络
生物材料的功能源于自组装过程形成的复杂层次结构。在这里，加州大学欧文分校Seunghyun Sim报道了液滴弹性网络的动力学捕获自组装及其在坚韧和快速水下粘合剂中的应用。1）这种复杂的结构是由可扩展的小分子前体的一锅混合物制成的。2）液-液相分离伴随着硅烷醇水解、缩合和两性离子自缔合，产生具有互连液滴的粘弹性固体。3）这些分层的微观结构提高了韧性，并使一系列基材能够在水下粘合，为快速水下修复或紧急伤口护理提供了坚固的粘合剂平台。
Hyuna Jo and Seunghyun Sim, Elastic Network of Droplets for Underwater Adhesives, J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c10528https://doi.org/10.1021/jacs.3c10528
10. JACS：铜掺杂提升金团簇电催化二氧化碳还原性能
揭示电催化二氧化碳还原反应（eCO2RR）中纳米合金催化剂的协同效应，特别是Cu金属存在的情况下，至关重要。然而，由于缺乏合适的结构明确的单金属和双金属类似物作对比，这一研究遇到了重大挑战。近日，首尔国立大学Taeghwan Hyeon，Yun Jeong Hwang，重庆大学Qing Tang等报道一具有精确结构的AuCu纳米合金团簇催化剂，[Au15Cu4(DPPM)6Cl4(C≡CR)1]2+（Au15Cu4，DPPM：bis(diphenylphosphino)methane，HC≡CR：3,5-bis- (trifluoromethyl)phenylacetylene））。通过该团簇与具有相似结构的纯Au团簇[Au18(DPPM)6Br4]2+（Au18）eCO2RR的对比，揭示了AuCu的协同效应对提升eCO2RR性能的关键作用。1）Au15Cu4团簇催化剂可通过一锅法高产率大量的合成。单晶结构分析表明，Au15Cu4团簇的金属部分由两个互相穿插的不完全的实心二十面体（Au9Cu2和Au8Cu3）组成，由6个DPPM，4个Cl，和一个炔基配体保护。2）Au15Cu4团簇及其单金属结构类似物Au18是良好的模型系统，用于阐明Au和Cu金属在eCO2RR中原子协同效应。研究表明，Au15Cu4是非常好的eCO2RR催化剂，表现出 >90%的高CO法拉第效率（FECO），该效率远高于未掺杂的Au18（FECO在-3.75 V 时为 60%）。此外，Au15Cu4在-3.75 V 下表现出高达 -413 mA/cm2 的工业级CO分电流密度，是Au18的2倍。3）DFT计算表明，Cu 掺杂引起了该催化剂的协同效应，暴露的AuCu双金属位点是eCO2RR活性中心。DFT模拟还表明，特殊的AuCu双金属位点协同协调了d态的适度转变，从而增强其整体催化性能。 该工作关于合金纳米团簇协同效应以及异金属协同性在催化中的作用所获得的原子学见解将有助于设计用于其他化学和能量转换反应的先进的基于纳米团簇的催化剂。
Guocheng Deng, et al. Copper Doping Boosts Electrocatalytic CO2 Reduction of Atomically Precise Gold Nanoclusters. J. Am. Chem. Soc., 2023DOI: 10.1021/jacs.3c08438https://doi.org/10.1021/jacs.3c08438
11. AM：CuInS1.97的Cu-In缺陷双位点电催化还原CO2制备乙醇
从CO2电化学合成多碳化学品受到广泛研究关注。但是，如何同时改善CO2制备乙醇的产率并且保证催化剂的稳定性非常困难。有鉴于此，湖南大学王双印、滑铁卢大学Bohua Ren等报道通过电化学插嵌策略修饰硫缺陷，从而通过Cu-C和In-H化学键的轨道杂化，增强电子离域，实现稳定Cu(I)活性位点。1）研究发现，通过缺陷以及Cu位点配合有助于C-C偶联反应，In位点具有较好的氧亲和性，因此从热力学和动力学角度，生成*CHO的反应决速步的能垒降低，并且有助于生成乙醇的关键*OCHCHO*物种。2）在电催化CO2转化为乙醇的反应中，这种双重催化位点催化剂的电催化乙醇部分电流密度达到409±15 mA cm-2，稳定的电催化时间达到120 h。而且电催化剂组装为流动电解器件，能够在5.7 A工业级电流密度稳定工作36 h，碳损失低于2.5 %，单程碳转化效率达到19 %。
Guobin Wen, et al, Cu-In Dual Sites with Sulfur Defects Toward Superior Ethanol Electrosynthesis from CO2 Electrolysis, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202310822https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202310822
12. ACS Nano：具有叶子启发的纳米陷阱阵列的Bi2O3/Gd2O3元气凝胶可实现高效的X射线吸收
X 射线利用率的不断提高导致对高效屏蔽材料的需求不断增长。然而，现有的铅基材料存在X射线吸收范围窄、重量大、刚性大等问题。受天然树叶能在受限细胞中通过叶绿素和类胡萝卜素有效吸收光的启发，东华大学丁彬教授，Yang Si通过操纵一维Bi2O3和Gd2O3纳米纤维的三维受限组装，设计了具有X射线纳米陷阱阵列的超轻、超弹性纳米纤维Bi2O3/Gd2O3偏气凝胶(BGAs)。1）BGAs可以协同地吸收来自互补能量范围的X射线光子进入纳米陷阱，并诱导与Bi2O3和Gd2O3纳米纤维的循环碰撞，最大化有效的X射线衰减。2）该偏气凝胶具有高效X射线屏蔽效率(60−83%，16−90keV)、超低密度(10 mg cm−3)和超弹性的综合性能。这些偏气凝胶的生产为开发下一代X射线防护材料和提高X射线成像系统的分辨率提供了一条途径。
Li Xu, et al, Bi2O3/Gd2O3 Meta-Aerogel with Leaf-Inspired Nanotrap Array Enables Efficient X‑Ray Absorption, ACS Nano, 2023DOI: 10.1021/acsnano.3c09063https://doi.org/10.1021/acsnano.3c09063
