1. Chem. Rev.：微波与离子液体的协同作用机理、合成及新兴应用
微波（MW）能量应用技术的进步刺激了离子液体（ILs）的制造和高质量应用的发展，离子液体通常用作化学工程中的新型介质。近日，天津大学Gao Xin、Li Hong综述研究了微波与离子液体的协同作用机理、合成及新兴应用。1) 微波辅助离子液体（MAIL）技术是一种微波能量和离子液体相结合的新兴技术。与依靠介质传热的传统途径相比，非接触式和独特的MW加热利用电磁波-离子相互作用将能量输送到IL分子，加速材料合成、催化反应等过程。除了离子液体的固有优势，MAIL技术还包括优异的溶解性和良好的热物理性质，其在工艺强化方面表现出巨大应用潜力，以满足高效、经济的化学生产需求。2) 作者首先介绍了MW的加热原理，强调了基于离子液体的MW诱导过程强化的基本机制。作者概述了材料合成中使用的MW能量和离子液体的协同作用及其优点。作者将概述MAIL技术的新兴应用，包括肿瘤治疗、有机催化、分离和生物转化。最后，作者讨论了这一新兴技术的当前挑战和未来机遇。
Zhenyu Zhao, et al. Microwave Encounters Ionic Liquid: Synergistic Mechanism, Synthesis and Emerging Applications. Chem. Rev. 2023DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00794https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00794
2. Matter：分子水平的离子门控晶体管材料设计
离子门控晶体管 (IGT) 是离子电子器件，其中沟道层与电解质直接接触，利用离子和电子通量的耦合性质。这一功能使它们能够提供高效的栅极通道电容耦合，并充当低压传感器放大器以及生物和电子学之间的交互接口。近日，中科院化学所刘云圻院士，郭云龙研究员综述了分子水平的离子门控晶体管材料设计的研究进展。 1）作者首先讨论离子门控的基本机制。回顾了用作通道层的不同类型的有机材料。具体来说，总结了在分子水平上提供了对通道材料设计策略的见解，以阐明这与器件性能的关系。2）作者还重点介绍了几种电解质材料，因为它们的化学结构以及与纳米级通道层的相互作用在调节 IGT 的运行中发挥着关键作用。随后，总结了涉及材料自组装的生化检测的有前景的应用。
Liu et al., Design of ion-gated transistor materials at the molecular level, Matter (2023)DOI：10.1016/j.matt.2023.11.024https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.11.024
3. JACS：闪速焦耳热合成石墨烯复合气凝胶
闪速焦耳加热(flash Joule heating)方法将块状多孔石墨烯氧化物气凝胶快速加热到超高温度制备功能气凝胶材料符合低碳要求。有鉴于此，利兹大学Robert Menzel等首次通过300 K min-1升温速度闪速焦耳加热方法将气凝胶加热到3000 K，通过这种方法能够快速并且节能的加热处理。1）通过使用超高温Joule加热技术用于对水热合成的石墨烯氧化物气凝胶快速（30-300 s）石墨化能够显著降低能源的消耗。进一步的通过这种闪速气凝胶加热处理方法应用于原位合成多种修饰超小尺寸纳米粒子（Pt, Cu, MoO2）的气凝胶复合物。2）这种冲击加热方法能够快速合成尺寸均一的纳米粒子，而且通过改变焦耳热的时间（1-10 s）能够控制纳米粒子的尺寸。这种超高温度焦耳热合成方法对于石墨烯气凝胶材料的合成以及应用非常重要，能够用于3D热电材料、极端温度传感器、流动相电化学催化剂。
Dong Xia, et al, Electrothermal Transformations within Graphene-Based Aerogels through High-Temperature Flash Joule Heating, J. Am. Chem. Soc. 2023DOI: 10.1021/jacs.3c06349https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c06349
4. Angew：集成多金属氧酸盐和纳米酶的纳米马达用于自推进促进的光热-催化肿瘤治疗
酶驱动的纳米马达具有自推进和生物催化的性能，其在生物医学领域（尤其是肿瘤催化治疗方面）表现出了良好的应用前景。然而，天然酶的脆弱性仍会严重限制其对环境的适应能力及其用于肿瘤催化治疗的疗效。有鉴于此，东北林业大学陈春霞教授、孙铁东教授、哈尔滨工业大学王磊教授和马星教授设计合成了基于多金属氧酸盐-纳米酶的光驱动纳米马达(POMotors)，并将其用于靶向协同光热-催化肿瘤治疗。1）在该结构中，基于P2W18Fe4多金属氧酸盐的纳米马达具有类过氧化物酶活性，使其能够在弱酸性的肿瘤微环境中实现自推进，并促进其产生活性氧以杀伤肿瘤细胞。此外，共轭的聚多巴胺也使得该纳米马达具有光驱动的自推进性能。2）近红外(808 nm)光照射10 min后，在表皮生长因子受体抗体的帮助下，该纳米马达能够在肿瘤内靶向聚集和穿透，以实现高效的协同光热催化治疗。综上所述，该研究设计的方法能够克服酶驱动纳米马达在生理环境中的脆弱性问题，并提供了一种由运动行为促进的协同抗肿瘤策略。
Minglu Tang. et al. Polyoxometalate-Nanozyme-Integrated Nanomotors (POMotors) for Self-Propulsion-Promoted Synergistic Photothermal-Catalytic Tumor Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202315031 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2023150315. AM：薄膜锂离子电池用微层氧化硅基电极与一般电极结构的相似设计使用真空沉积技术开发小型化薄膜锂离子电池(TF-LIBs)对于小规模应用至关重要，但解决低能量密度仍然是一个挑战。忠南国立大学Hyun-Suk Kim等设计了类似于SiOx基薄膜电极的结构，与传统的LIB浆料配方非常相似，包括活性材料、导电剂和粘合剂。1）该薄膜是使用中频(MF)溅射和由SiOx纳米颗粒、碳纳米管和聚四氟乙烯(PTFE)组成的单一混合靶制备的。薄膜SiOx/PPFC包括等离子聚合碳氟化合物(PPFC)基体中SiOx和导电碳的组合。与传统的纯SiOx基薄膜相比，这导致了增强的电子导电性和优异的弹性和硬度。2）由SiOx/PPFC薄膜组成的半电池的电化学性能表现出显著的循环稳定性，在0.5 C下直到第1000次循环的容量保持率为74.8%。此外，使用LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2薄膜作为阴极材料的全电池表现出0.1 C下优异的120 mAh·g–1的初始容量和循环性能，从第一次循环到第500次循环在1.5 C下的容量保持率为90.8%。
J. H. Kim, et al, Analogous Design of a Microlayered Silicon Oxide-Based Electrode to the General Electrode Structure for Thin-film Lithium-Ion Batteries. Adv. Mater. 2023, 2309183.DOI: 10.1002/adma.202309183https://doi.org/10.1002/adma.2023091836. AM：用于具有灵活操作温度的燃料电池的双质子导体质子导体的特性决定了燃料电池的工作温度范围。通常，磷酸(PA)质子导体由于其高的质子离解和自扩散能力而表现出优异的质子传导性。然而，在低温或高电流密度下，水诱导的PA损失会导致电池性能快速下降。在灵活的温度范围内保持有效和稳定的质子传导率可以显著降低掺杂PA的质子交换膜燃料电池的启动温度。北京航空航天大学Haining Wang、Yan Xiang和Shanfu Lu等开发了一种用于质子交换膜的双质子导体，由有机膦酸(乙二胺四亚甲基膦酸，EDTMPA)和无机PA组成。 1）所提出的双质子导体可以在80–160°C的灵活温度范围内工作，这得益于EDTMPA和PA之间的强相互作用以及增强的质子离解。具有EDTMPA-PA双质子导体的燃料电池在80°C时表现出优异的电池稳定性。2）特别是，在160°C时1.5 A cm-2的高电流密度下，具有双质子导体的燃料电池的电压衰减率是仅具有PA质子导体的燃料电池的千分之一，表明了优异的稳定性。
W. Li, et al, Dual-proton Conductor for Fuel Cells with Flexible Operational Temperature. Adv. Mater. 2023, 2310584. DOI: 10.1002/adma.202310584https://doi.org/10.1002/adma.2023105847. AM：光和磁在可编程轨迹中协调水生污染物降解机器人界面漂浮机器人在载体、环境监测、水处理等方面有着广阔的应用前景。尽管如此，设计具有精确高效导航和长期消除水污染物的智能机器人仍然是一个挑战，因为超疏水性大大降低了水生运动的阻力，同时牺牲了表面的化学反应性。四川大学Jianshu Li、Chunmei Ding和中国科学院理化技术研究所Yahong Zhou等报告了一种集成了组装良好的氧化铁-硫化铋异质结复合矿物的清除污染物的超疏水机器人，该机器人提供了光和磁两种推进，以及催化降解的能力。1）在光的配合下，机器人的运动速度在仅300 ms的加速时间内达到51.9 mm s−1，并且在关灯后迅速制动(200-300 ms)。磁力使机器人可以在任何可编程的轨迹中在大范围的表面张力下工作。此外，在光引发的光热行为与磁感应耦合的作用下，污染水的净化可以在原位有效实现，降解效率提高了8倍，克服了催化超疏水性的有效运动的困境。2）本文提出的策略为探索高性能智能设备提供了指导。
H. Zhang, et al, Light and Magnetism Orchestrating Aquatic Pollutant-Degradation Robots in Programmable Trajectories. Adv. Mater. 2023, 2311446.DOI: 10.1002/adma.202311446https://doi.org/10.1002/adma.2023114468. AEM：用三功能钝化剂调制高效稳定的钙钛矿/硅串联太阳能电池钙钛矿/硅串联太阳能电池（TSC）近年来受到了人们的广泛关注。实现高效稳定TSC的关键之一是保证有效的电荷转移，特别是在粗糙纹理的硅衬底上，因为夹层之间的粘附性较差。近日，中国工程物理研究院Cui Xudong、电子科技大学Liu Mingzhen、中国科学院上海微系统与信息技术研究所Liu Zhengxin在钙钛矿前体中使用具有氟（-F）、羧酸（-COOH）和吡啶氮作为官能团的2-氟异烟酸（2-FNA）添加剂来辅助结晶过程。1) 2-FNA通过与不配位的Pb2+离子、甲脒（FA+）和卤化物空位结合来有效减少缺陷并抑制钙钛矿层的非辐射复合，从而显著延长载流子寿命。作者发现2-FNA有助于在钙钛矿和顶部C60层之间形成更好的界面接触，从而增强其中的界面电子提取。2) 此外，钙钛矿/硅TSS的功率转换效率（PCE）从对照的27.08%提高到28.61%。该工作为进一步提高钙钛矿/硅TSS的光伏性能和适用性提供了一条有效途径。
Tian Yang, et al. Efficient and Stable Perovskite/Silicon Tandem Solar Cells Modulated with Triple-Functional Passivator. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303149 https://doi.org/10.1002/aenm.2023031499. AEM：金属化卟啉基共价有机骨架对硝酸盐电催化还原的内在活性电催化硝酸盐还原（NO3RR）合成氨是传统Haber–Bosch工艺的一种有效替代方法。了解NO3RR的结构-活性相关性对于开发高效催化剂至关重要。近日，江南大学Lu Shuanglong使用含有可选金属中心和连接单元的金属化卟啉基共价有机框架（COFs）来揭示NO3RR的反应途径和内在结构-性能关系。1) 在具有不同金属中心的COFs中，铁卟啉基COFs具有最高的活性和氨选择性（FENH3=85.4%，NH3产率=188.3.6µmol h−1 mg−1）。理论计算证实，反应途径和*NO到*NHO是电位依赖性步骤。2) 此外，NO在金属中心的吸附能（G*NO）可用作评估催化性能的热力学描述符，并且可以扩展到更多的NO3RR催化剂。该工作阐明了金属化COFs对NO3RR的内在结构-活性关系，这为设计高效的电催化剂提供了重要指导。
Hongyin Hu, et al. Intrinsic Activity of Metalized Porphyrin-based Covalent Organic Frameworks for Electrocatalytic Nitrate Reduction. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202302608https://doi.org/10.1002/aenm.20230260810. AEM：定向纳米片组成的各向异性聚苯并咪唑离子溶液化膜用于高效的酸碱两性水电解酸碱性两性水电解（AAA-WE）可以在降低电压和能耗的情况下生产绿色氢气。然而，它对离子交换膜同时具有高离子电导率和H+/OH−阻隔性能的矛盾要求阻碍了其发展。近日，温州大学Xue Lixin、浙江工业大学Huang Fei将定向纳米片组成的各向异性聚苯并咪唑离子溶液化膜用于高效的酸碱两性水电解。1) 作者报道了由凝胶态PBI（PBI-gel）膜通过2D偏振/1D收缩工艺制备成由数百层纳米片（PBI-aNS）制成的各向异性聚苯并咪唑（PBI）离子溶剂化膜（ISM），其中松散堆积的多层PBI纳米纤维收缩成数百层紧密的纳米片。所得到的PBI-aNS膜具有优异的双离子导电性（H+和OH−）、良好的酸/碱阻隔能力和可靠的机械性能。2) 使用PBI-aNS隔膜的酸碱两性水电解（AAA-WE）在1.4 V（带iR校正）下，并在6.1 mV h−1的电压增加率下，实现了1 A cm−2的高电流密度。这种新设计的ISM有助于开发具有高绿色氢气生产效率的水电解装置。
Zequan Huang, et al. Anisotropic Polybenzimidazole Ion-Solvating Membranes Composed of Aligned Nano-Sheets for Efficient Acid-Alkaline Amphoteric Water Electrolysis. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202303481https://doi.org/10.1002/aenm.20230348111. Nano Letters：两性聚合物隔膜分子级阴离子和Li+共调节高倍率稳定锂金属负极调节离子传输是抑制锂枝晶生长的普遍策略，其中离子调节位点的分布起着重要作用。近日，宁波诺丁汉大学Hainam Do，武汉大学Chuang Peng报道了一种超支化聚酰胺胺（HBPA）接枝聚乙烯（PE）复合隔膜（HBPA-g-PE）。1）密集且均匀分布的正-NH2和负-CHNO-基团有效地限制了阴离子迁移并促进锂金属负极表面的Li+传输。2）所获得的锂箔对称电池在20 mA cm−2的超高电流密度和5 mAh cm−2的实际面积容量下具有稳定的循环性能，130mV的低电压滞后超过1500小时（3000次循环）。此外，HBPA-g-PE隔膜使实用的锂硫电池能够在4 mg cm−2的高硫负载量下实现超过200次循环的稳定性能，初始容量和保留容量分别为700和455mAhg−1，电解质含量/硫负载比低至8 μL mg−1。
Shizhen Li, et al, Molecular-Level Anion and Li+ Co-Regulation by Amphoteric Polymer Separator for High-Rate Stable Lithium Metal Anode, Nano Lett., 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c04333https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c0433312. Nano Letters：Li盐辅助高柔性碳质Ni3N@聚酰亚胺电极用于高效非对称超级电容器 超级电容器因其高功率密度、低维护成本和出色的循环稳定性而作为储能系统获得了广泛认可。最近，一系列过渡金属氮化物，包括氮化钛、氮化钒、氮化铌、氮化镓和氮化镍，已被探索用于制造超级电容器器件。近日，印度鲁克理工学院Ramesh Chandra使用高度柔性、可持续的聚酰亚胺胶带作为基材来沉积用于超级电容器应用的延展性碳质Ni3N（C/Ni3N@聚酰亚胺）材料。1）研究人员采用共溅射技术制备了C/Ni3N，该方法还提供了电极材料在基板上更好的附着力，这有助于提高弯曲性能。溅射生长电极的延展性和聚酰亚胺带的高柔韧性为C/Ni3N@聚酰亚胺基超级电容器提供了终极的柔韧性。2）为了实现最佳的电化学性能，在各种电解质存在下进行了一系列电化学测试。此外，通过使用C/Ni3N作为阴极和碳薄膜作为阳极组装了柔性非对称超级电容器（NC-FSC）（C/Ni3N//carbon@polyimide），并通过浸泡的GF/C-玻璃微纤维隔开。在优化的1 M Li2SO4水性电解质中，NC-FSC的电容为324 mF cm−2，面能量密度为115.26 μWh cm−2，功率密度为811 μW cm−2，具有理想的弯曲性能。
Ravikant Adalati, et al, Li Salt Assisted Highly Flexible Carbonaceous Ni3N@polyimide Electrode for an Efficient Asymmetric Supercapacitor, Nano Lett., 2023DOI：10.1021/acs.nanolett.3c04128https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c04128
