1. Nature Commun.：废旧锂离子电池正极材料消减转化为低钴5V级正极材料 添加额外的原材料进行直接回收或升级回收对于电池回收来说是有前景的，但忽视预先减去特定成分可以促进回收到自给自足的可持续生产模式。在此，中国科学院深圳先进技术研究院成会明院士，清华大学深圳国际研究生院Guangmin Zhou，Junxiong Wang提出了将降解的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和LiMn2O4减成转化为5V级无序尖晶石类LiNi0.5Mn1.5O4正极材料的策略。1）从降解材料中选择性提取等量的Co和Ni，剩余的过渡金属直接转化为Ni0.4Co0.1Mn1.5(CO3)2前驱体，用于制备原位Co掺杂的正极材料。2）正极材料具有改进的导电性和粘合强度，可提供高倍率（10 C 和 20 C）和高温（60 °C）循环稳定性。3）这种无需额外前驱体输入的策略可以推广到实际降解的黑色物质，并减少当前阴极生产对稀有元素的依赖，显示出从废旧阴极材料升级为下一代 5 V 级阴极材料的潜力，用于可持续锂离子电池电池行业。 Ma, J., Wang, J., Jia, K. et al. Subtractive transformation of cathode materials in spent Li-ion batteries to a low-cobalt 5 V-class cathode material. Nat Commun 15, 1046 (2024).https://doi.org/10.1038/s41467-024-45091-8
2. Nature Commun.：光热耦合增强RuMnOMn3O4上 CO2加氢生成 CH4
利用几乎无限的太阳能将二氧化碳升级为燃料，为解决能源危机和气候变化的重大挑战提供了最终的解决方案。在这项工作中，中科院化学所韩布兴院士，华东师范大学Mingyuan He，Haihong Wu，上海交通大学Baowen Zhou报道了一种由明确的 Ru/MnO/Mn3O4 组成的高效纳米结构 Ru/MnOx 催化剂，用于光热催化 CO2 加氢为 CH4，这是外部加热和辐照相结合的结果。1）值得注意的是，在 200 °C 相对温和的条件下，CH4 生产率达到 166.7 mmol g−1 h−1，CO2 转化率为 66.8%，选择性高达 99.5%。 2）相关光谱和理论研究表明，通过协调光子能与热能来降低反应活化能并促进催化剂上关键中间体COOH*物种的形成，可以提高CH4的产率。Zhai, J., Xia, Z., Zhou, B. et al. Photo-thermal coupling to enhance CO2 hydrogenation toward CH4 over Ru/MnO/Mn3O4. Nat Commun 15, 1109 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-45389-7https://doi.org/10.1038/s41467-024-45389-73. Nature Commun.：电容趋势概念与监督机器学习一起用于电池和赝电容器材料的电化学行为分类近几十年来，超过10万篇科学文章致力于超级电容器和电池电极材料的开发。然而，围绕法拉第反应中电化学行为的确定标准仍存在激烈的争论，因为各种电极材料产生的电化学信号及其不同的物理化学性质常常使问题复杂化。困难在于无法通过简单的二元分类来确定这些材料属于哪种电极类型（电池还是伪电容器）。静冈理工科大学Olivier Fontaine等将图像分类的监督机器学习应用于电化学形状分析（超过5500条循环伏安曲线和2900条恒电流充放电曲线），预测的置信百分比反映了曲线的形状趋势。 1）该预测器不仅超越了基于人类的分类的局限性，还提供了有关电化学行为的统计趋势。2）值得注意的是，对于每周发布一百多篇文章的电化学储能社区来说尤为重要的是，作者创建了一个在线工具来轻松对它们的数据进行分类。Deebansok, S., Deng, J., Le Calvez, E. et al. Capacitive tendency concept alongside supervised machine-learning toward classifying electrochemical behavior of battery and pseudocapacitor materials. Nat Commun 15, 1133 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45394-w https://doi.org/10.1038/s41467-024-45394-w4. Angew：全固态锂金属电池中通过现场形成的固体电解质界面调节锂沉积/剥离的纳米级可视化锂（Li）沉积/剥离行为与全固态锂金属电池（ASSLB）中固体电解质界面（SEI）的演变直接相关。然而，固-固界面的复杂过程嵌入在固体电解质之下，这使得原位分析实时和动态过程具有挑战性。在这里，中科院化学所文锐研究员使用原位电化学原子力显微镜和光学显微镜，直接可视化锂电镀/剥离/再电镀行为，并测量了纳米级现场形成的SEI的形态/机械性能。1）锂球在银汞矿固体电解质（Li6PS5Cl）/Li电极界面处的电镀/剥离/再电镀与其表面SEI的形成/起皱/膨胀耦合。结合原位X射线光电子能谱，获得了锂球上SEI的逐步形成细节和物理化学性质。2）结果表明，高运行率会减少 SEI 中的 Li+ 传导网络，并使锂沉积/剥离可逆性恶化，而低运行率会减少锂沉积位点。因此，通过调节施加的电流速率，可以有效提高锂成核位点的数量和电镀/剥离过程的可逆性，以降低过电位并延长循环寿命。对固-固界面现场形成的 SEI 进行原位分析，提供了 ASSLB 中界面演化与电化学性能之间的相关性。 Zhen-Zhen Shen, et al, Nanoscale Visualization of Lithium Plating/Stripping Tuned by On-site Formed Solid Electrolyte Interphase in All-Solid-State Lithium-Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202316837DOI: 10.1002/anie.202316837https://doi.org/10.1002/anie.2023168375. Angew：在有氧的情况下促进共价有机框架上的 CO2 电还原化石燃料的大量使用产生了大量的二氧化碳，造成能源危机。研究人员致力于寻求和开发方便有效的策略来降低大气中二氧化碳浓度，缓解环境和能源问题。近日，中科院福建物构所Yuan-Biao Huang提出了一种含氧物质协调策略，以在 O2 存在的情况下促进 CO2 电还原。1）二维 (2D) 共轭金属共价有机骨架 (MCOF)，表示为 NiPc-Salen(Co)2-COF，由具有明确 NiN4-O 位点的 Ni-酞菁 (NiPc) 单元和开发并合成了具有双核 Co-N2O2 位点的 salen(Co)2 部分，用于增强有氧条件下的 CO2RR。 2）在O2存在的情况下，NiPcSalen(Co)2-COF中与ORR中间体*OOH配位的Co位点之一可以降低CO2分子活化的能垒并稳定关键中间体*COOH CO2RR 位于邻近的 Co 中心上空。此外，氧物种轴向配位的Ni-N4-O位点有利于降低CO2RR中间体*COOH形成的能垒。3）因此，NiPcSalen(Co)2-COF 表现出高耐氧 CO2RR 性能，与可逆氢电极 (RHE) 相比，在 -1.0 V 时实现了 97.2% 的出色 CO 法拉第效率 (FECO) 和 40.3 mA cm–2 的高 CO 部分电流密度在存在 0.5% O2 的情况下，–1.1 V 时，优于纯 CO2 原料气中的值（FECO = 94.8%，jCO = 19.9 mA cm–2 ）。值得注意的是，NiPc-Salen(Co)2-COF在-0.8 V、0.5% O2的流通池反应器中实现了128.3 mA cm-2的工业级电流密度，高于纯CO2气氛中的电流密度（ jCO = 104.8 mA cm–2 )。值得注意的是，在 -1.0 V 下，在 5% O2 存在的情况下，仍能实现 86.8% 的优异 FECO。这项工作提供了一种有效的策略，通过利用 ORR 的 *OOH 中间体来提高 CO2 在 O2 气氛下实现 CO2RR电还原。 Hui Guo, et al, Boosting CO2 Electroreduction over a Covalent Organic Framework in the Presence of Oxygen, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319472https://doi.org/10.1002/anie.2023194726. Angew：揭示等离激元介导的电催化二氧化碳还原中的光电和光热效应等离激元介导的电催化依赖于局域表面等离激元共振（LSPR）和电化学活化的耦合能力，成为一个有趣且蓬勃发展的领域。然而，其发展严重受到等离子体衰变引起的光电效应和光热效应之间的纠缠，特别是在施加电势的影响下。在此，复旦大学Wen-Bin Cai，厦门大学Chao Zhan使用银电催化剂上的LSPR介导的CO2还原作为模型系统，定量地揭示了在宽电位窗口内对CO2还原反应的主导光电效应，与相对负电位下对H2析出反应的主要光热效应形成对比。1）研究发现，局域表面等离激元共振的激发选择性地提高CO法拉第效率（-0.6 VRHE时17倍）和部分电流密度（-0.6 VRHE时100倍），抑制不需要的H2法拉第效率。2）此外，原位衰减全反射表面增强红外吸收光谱（ATR-SEIRAS）揭示了等离激元通过含羰基的 C1 中间体在 Ag 表面促进桥键 CO 的形成。目前的工作展示了通过耦合等离激元和电化学对界面反应选择性调节的深刻机制理解。Yan Wei, et al, Uncovering Photoelectronic and Photothermal Effects in PlasmonMediated Electrocatalytic CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202317740DOI: 10.1002/anie.202317740https://doi.org/10.1002/anie.2023177407. Angew：使用 CO2 结合酶进行光催化 CO2 还原要实现循环碳经济并最大限度地减少环境问题，需要利用二氧化碳的新概念。为了实现这些目标，光催化、电催化、热催化和生物催化是实现这一目标的关键工具，特别是在水溶液中。然而，在水中有效运行的催化系统却很少。在这里，格赖夫斯瓦尔德大学Uwe T. Bornscheuer, 莱布尼茨催化研究所Matthias Beller提出了基于潜在二氧化碳结合位点和后续突变的结构分析来鉴定适合二氧化碳还原的酶的一般策略。1）在钌光敏剂和抗坏血酸钠存在的情况下，来自枯草芽孢杆菌 (BsPAD) 的酚酸脱羧酶可选择性地促进水相光催化 CO2 还原为一氧化碳。通过 BsPAD 的工程变体，TON 高达 978，选择性高达 93%（有利于生成所需的 CO，而不是生成 H2）。2）BsPAD 活性位点区域的突变进一步提高了 CO 生成的周转数。这也表明电子转移是速率限制的并且通过多步隧道发生。这种方法的通用性通过使用其他八种酶得到了证明，所有酶都显示出所需的活性，强调了一系列蛋白质能够光催化二氧化碳还原。Henrik Terholsen, et al, Photocatalytic CO2 Reduction Using CO2-Binding Enzymes, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319313DOI: 10.1002/anie.202319313https://doi.org/10.1002/anie.2023193138. Angew：钴基Co3Mo3N/Co4N/Co金属异质结构作为碱性整体水分解的高活性电催化剂碱性水电解有望大规模生产氢气，但它遇到了高电压和较高电流密度下稳定性有限等挑战，这主要是由于电子传输动力学效率低下。在此，德累斯顿工业大学Alexander Eychmüller，河北工业大学Xiaoming Zhang设计了一种新型钴基金属异质结构（Co3Mo3N/Co4N/Co），具有出色的水电解性能。1）操作拉曼实验表明，Co3Mo3N/Co4N异质界面的形成促进了自由水的吸附和解离，增加了用于后续氢气生产的可用质子。此外，Co3Mo3N/Co4N异质界面的电子结构的改变优化了界面处氮原子的ΔGH。界面氮原子和金属相钴之间的协同效应为析氢反应（HER）创造了高效的活性位点，从而提高了整体HER性能。此外，异质结构表现出快速的OH吸附速率，加上强大的吸附强度，从而提高析氧反应（OER）性能。至关重要的是，金属异质结加速了电子传输，加快了上述反应步骤并提高了水分解效率。 2）水电解槽中的Co3Mo3N/Co4N/Co电催化剂具有优异的性能，在10 mA cm-2下具有1.58 V的低电池电压，并且在200 mA cm-2下100小时内保持100%的保留，超越了Pt/C| |RuO2电解槽。Yuanwu Liu, et al, Cobalt-based Co3Mo3N/Co4N/Co Metallic Heterostructure as a Highly Active Electrocatalyst for Alkaline Overall Water Splitting, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319239DOI: 10.1002/anie.202319239https://doi.org/10.1002/anie.2023192399. AFM：可穿戴和再生电化学织物传感系统，用于实时压力管理将生物传感器无缝集成到衣服中，用于个性化压力水平监测，特别是针对汗液中发现的压力相关化合物皮质醇，显示出有效监测和管理个人身心健康的巨大潜力。然而，实现织物生物传感器面临着一个显著的挑战，因为它涉及确保可重复使用性和可清洗性的持久障碍。鉴于此，哈尔滨工业大学(深圳) 何思斯、复旦大学彭慧胜院士和南方科技大学丘龙斌等人报道了一种由纤维电极构建的织物传感系统，用于快速可靠的皮质醇检测，具有高重复性、透气性和稳定性。纤维由排列的碳纳米管组装而成，并用含有氧化还原活性纳米报告子的分子印迹聚合物进行功能化。通过用乙醇洗涤，所制造的织物传感器在检测皮质醇的100多个循环中表现出高度的可重复使用性。关键是纤维电极中大的活性表面积和精心设计的通道距离，确保聚合物和纤维电极之间的稳定界面。由此产生的织物传感系统可以方便地监测皮质醇水平，从而可以评估压力水平，更好地了解情绪和健康状况。X. Hu, et al, Wearable and Regenerable Electrochemical Fabric Sensing System Based on Molecularly Imprinted Polymers for Real-Time Stress Management. Adv. Funct. Mater. 2024, 2312897.https://doi.org/10.1002/adfm.202312897
10. ACS Nano：太赫兹光子可通过抑制纳米端粒酶活性以实现对癌细胞的长期抑制
端粒是用于保护和稳定染色体的纳米级DNA-蛋白质复合物。端粒酶在癌细胞中的重新表达是大多数癌细胞无限增殖和长期生存的关键决定因素。然而，目前用于肿瘤治疗的端粒酶抑制剂往往存在特异性差、耐药和细胞毒性等问题。有鉴于此，国防科技创新研究院刘国治院士、常超研究员和Zihua Song设计了一种非药物、非侵入性的太赫兹调控策略，并证明其能够通过抑制端粒酶活性以实现对癌细胞的长期抑制。1）研究者通过分子动力学模拟和频率过滤实验发现优化频率（33 THz）的光子照射能有效抑制端粒酶活性。体外实验表明，常规33 THz照射21天后，4T1和MCF-7细胞的端粒酶活性会分别下降77%和80%。2）此外，研究者也发现这两种细胞在被照射后会发生衰老、凋亡和端粒危机引起的DNA双链断裂，从而严重影响癌细胞的生存。经33 THz波照射21天后，小鼠体内的4T1细胞的成瘤性会降低70%。综上所述，该研究证明了太赫兹调控有望用于癌症纳米治疗。 Junkai Yin. et al. Terahertz Photons Inhibit Cancer Cells Long Term by Suppressing Nano Telomerase Activity. ACS Nano. 2024DOI: 10.1021/acsnano.3c09216https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c09216
