1. Nature Commun.：酸性介质能够从模拟烟气中耐氧电解合成多碳产品
可再生电力驱动的电化学二氧化碳减排（CO2R）为关闭碳循环和减少我们对化石燃料的过度依赖提供了一种有价值的方法。然而，通常需要高纯度CO2作为原料，这可能会降低该工艺的可行性和经济可行性。烟道气的直接转化是一个有吸引力的选择，但由于CO2浓度低和O2杂质的存在而具有挑战性。因此，高达99%的外加电流可能会因不希望的氧还原反应（ORR）而损失。新加坡国立大学Yanwei Lum和Bingqing Wang等发现酸性电解质可以显著抑制铜的ORR，使模拟烟气产生多碳产物成为可能。1）使用复合铜和碳负载的单原子镍串联电催化剂，作者在200 mA cm-2下实现了46.5%的多碳法拉第效率，这比碱性条件下的裸铜高出约20倍。作者还展示了24小时的稳定性能，多碳产品的全电池能效为14.6%。引人注目的是，这一结果与先前报道的使用纯CO2的酸性CO2R系统相当。2）作者的发现展示了设计高效电解槽的潜在途径，可将烟气直接转化为增值化学品和燃料。 Wang, M., Wang, B., Zhang, J. et al. Acidic media enables oxygen-tolerant electrosynthesis of multicarbon products from simulated flue gas. Nat Commun 15, 1218 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45527-1https://doi.org/10.1038/s41467-024-45527-12. Nature Commun.：一种3D打印的组织粘合剂组织粘合剂是缝合和钉的有前途的替代品，用于连接组织、密封缺损和固定装置。然而，现有的粘合剂大多采用胶水或水凝胶的形式，其通用性有限。麻省理工学院Xuanhe Zhao和Hyunwoo Yuk等报告了一种直接墨水书写的3D可打印组织粘合剂，可用于制造具有可编程结构的生物粘合贴片和设备，释放了特定应用设计的新潜力。1）该粘合剂是适形的和可拉伸的，在几秒钟内实现与湿组织的牢固粘合，并表现出良好的生物相容性。体内大鼠气管和结肠缺损模型证明了印刷贴片的不透流体的组织密封能力，其在4周内保持粘附。此外，结合排斥血液的疏水基质使得印刷贴片能够主动封闭出血组织。除了伤口闭合之外，3D可打印粘合剂还广泛适用于各种组织接口设备，代表性的概念验证设计突出了这一点。2）总之，该平台为开发先进的组织粘合剂技术提供了一个有前途的策略。Wu, S.J., Wu, J., Kaser, S.J. et al. A 3D printable tissue adhesive. Nat Commun 15, 1215 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45147-9https://doi.org/10.1038/s41467-024-45147-93. JACS：钠离子竞争配位用于反应速度快的高压钠金属电池 不稳定的电极-电解质界面和普通电解质窄的电化学窗口阻碍了高压钠金属电池的潜在应用。这些问题实际上与电解质的溶剂化结构有关，溶剂化结构是由与阴离子或溶剂分子配位的阳离子之间的竞争决定的。在这里，中科院沈阳金属所李峰，Huicong Yang设计了一种含有碳酸乙酯和碳酸氟亚乙酯的电解质，它通过焓变化促进溶剂化鞘内阳离子-阴离子配位的显着水平，以减少阳离子-溶剂的整体配位并增加对盐浓度的敏感性。1）这种通过竞争配位调节的电解质可实现高度可逆的钠沉积/剥离，并具有延长的循环寿命和高达98.0%的库仑效率，这是迄今为止在酯基电解质的Na||Cu电池中报道的最高值。2）此外，4.5V高压Na|| Na3V2(PO4)2F3电池表现出高达20 C的高倍率性能和令人印象深刻的循环稳定性，在有限的Na循环250次后容量保持率为87.1%。所提出的通过调节阳离子竞争配位来修饰溶剂化结构的策略为实现高能量密度的稳定钠金属电池提供了新的方向，并且可以通过控制溶剂化结构的焓变化进一步扩展到其他电池系统。Yaozu Wang, et al, Competitive Coordination of Sodium Ions for High-Voltage Sodium Metal Batteries with Fast Reaction Speed, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11952https://doi.org/10.1021/jacs.3c11952
4. JACS：石墨炔基底担载Pd增强电致荧光
通过调控金属-基底的相互作用控制电子结构受到催化领域的广泛关注。但是人们对于催化剂的基底对于电致荧光的影响并不理解。有鉴于此，北京师范大学毛兰群、中国人民大学张美宁等在石墨炔基底上沉积Pd纳米粒子，发现相比于其他碳基底，石墨炔基底修饰的Pd纳米粒子在溶解氧电致荧光体系表现最强的阳极信号增强。1）Pd/GDY催化剂的ORR电催化反应过程通过4电子路径进行，在中性溶液中所需的过电势仅为-0.059 V，催化反应过程生成ROS中间体。2）这项研究结果说明Pd和GDY之间的相互作用能够增强ROS物种的数量和ROS的稳定性，促进ROS与荧光分子之间反应产生荧光，并且能够显著增强电致荧光的强度。这个体系基于ROS被抗氧化物消耗导致荧光信号的衰减，能够用于探测抗氧化剂分子。 Nan Gao, et al, Electroless Deposition of Palladium Nanoparticles on Graphdiyne Boosts Electrochemiluminescence, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11009https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c110095. Angew：通过埃尺度距离依赖性协同催化光诱导精确合成双原子 Ir1Pd1-In2O3 用于 CO2 加氢制甲醇具有充分原子利用率和明确的位点结构的原子分散金属催化剂对于各种催化反应具有广阔的前景。然而，单一金属位点限制了大多数反应的综合反应性能。在这里，江南大学Xiaohao Liu展示了一种光诱导邻沉积策略，用于在In2O3上精确合成双原子Ir1Pd1，应用于CO2加氢生成甲醇。 1）双原子位点之间的邻近协同作用使CO2转化率(10.5%)和甲醇选择性(97%)显着提升，并且100小时运行稳定性良好。它导致甲醇时空产率破纪录（187.1 gMeOH gmetal-1 hour-1）。2）促进作用主要源于Ir位点上更强的CO2吸附以及Pd位点的H溢出的帮助，从而导致*HCOO途径的能垒较低。经证实，这种协同效应强烈依赖于埃尺度的双位点距离，这归因于随着Pd-Ir距离的增加，*H溢出变弱以及从Pd-Ir位点的电子转移减少。平均双位点距离是通过我们首次提出的光电模型来评估的。因此，本研究引入了精确合成同核/异核双原子催化剂的开创性策略，以通过双原子协同催化促进所需的反应路线。Jie Chen, et al, Photoinduced Precise Synthesis of Diatomic Ir1Pd1-In2O3 for CO2 Hydrogenation to Methanol via Angstrom-Scale-Distance Dependent Synergistic Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202401168 DOI: 10.1002/anie.202401168https://doi.org/10.1002/anie.2024011686. Angew：聚多巴胺还原超氧自由基中间体以实现高效的过氧化氢光合作用人工光合作用合成过氧化氢是一种绿色、有前景的技术，具有可持续、经济、安全等优点。然而，超氧自由基 (·O2 ) 是光催化氧还原生成 H2O2 的重要中间体，具有强氧化性，可能会破坏催化剂的稳定性。因此，避免·O2的积累并使其快速转化为H2O2对于提高催化剂稳定性和H2O2产率具有重要意义。近日，三峡大学Liqun Ye，Wei Liu提出了一种实现·O2 快速转化为H2O2 的解决方案。1）PDA上的吡咯N原子作为ORR的活性位点，·O2 - 迅速与质子化胺基的H+结合，稳定高效地生成H2O2。在没有牺牲试剂的情况下，CN-PDA 表现出优异的 H2O2 生成率——比 CN 高 47 倍。2）PL 和 TRPL 光谱表现出低发射强度，以及延长的光生电荷寿命，证实 PDA 的存在有利于电荷载流子分离。此外，通过原位红外光谱检测了氨基的质子化。总而言之，这项工作可以为未来开发更环保、更稳定的光催化剂铺平道路。 Yihan Deng, et al, Reduction of Superoxide Radical Intermediate by Polydopamine for Efficient Hydrogen Peroxide Photosynthesis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202319216DOI: 10.1002/anie.202319216https://doi.org/10.1002/anie.2023192167. EES：一种在高压下稳定LiCoO2的预疲劳训练策略层阴极是用于高能量密度锂离子电池的有效阴极之一，但在高电压（高于4.5V）下由于体应变和表面氧损失而导致的结构退化阻碍了其发展。在此，武汉理工大学Zhang Lei、Sun Congli、洛桑联邦理工学院Zhao Kangning报道了一种通过等离子体对层状LiCoO2进行预疲劳训练的策略，以重建连贯、柔软的岩盐层，从而实现高电压性能。1) 重建的表层具有典型的岩盐结构，并与体相具有良好的晶格相干性，从而为体相提供了物理钉扎效应。此外，表面层是机械柔软的，这提供了粘合力以防止表面层在循环过程中从疲劳相剥离。界面具有典型的阳离子无序性，这将阻碍氧离子的体相传输。2)因此，具有柔软和相干界面的预疲劳表面能够在4.6V的高压下以最小的电压衰减实现超过1000次循环的优异循环性能，这优于LiCoO2性能。作者在LiCoO2电极上进行的预疲劳训练策略可以扩展到其他具有阴离子氧化还原反应的层状结构，这将促进高能锂离子电池的发展。 Siyuan Qi, et al. A Pre-fatigue Training Strategy to Stabilize LiCoO2 at High Voltage. EES 2024https://doi.org/10.1039/D3EE03884J8. EES：过渡金属掺入对羟基氧化镍析氧电催化剂的电化学、结构和化学成分影响 了解电极材料在能量转换和存储设备中的演变对于优化其性能至关重要。近日，德克萨斯大学奥斯汀分校C. Buddie Mullins研究了原位金属掺入对羟基氧化镍析氧反应（OER）电催化剂的影响，包括四种多价阳离子：Fe、Co、Mn和Cu。1) 在碱性电解质中添加微量的阳离子会改变NiOxHy膜的电催化和储能性能。与Fe诱导的OER活性增加相反，微量Co和Mn阳离子的原位掺入增加了氧化还原电容，而Cu的掺入没有影响。作者发现，增加Fe和Co浓度会产生优异的电化学性能，这归因于金属吸收的饱和阈值。2) 深度剖面测量显示，金属被限制在膜的表面，并形成层间结构，该结构保留了表面活跃、无序的相。基于固态化学原理，作者深入讨论了决定原位金属掺入发生的四个关键因素，并强调了其在阳离子交换过程中的作用。 Raul A. Marquez, et al. Transition metal incorporation: electrochemical, structure, and chemical composition effects on nickel oxyhydroxide oxygen-evolution electrocatalysts. EES 2024https://doi.org/10.1039/D3EE03617K实现稳定的高放电深度（DOD）锌阳极将提高可再充电锌离子电池的实际应用能量密度，但仍然是一个巨大的挑战。在此，西北工业大学Guan Cao报道了一种用于稳定锌阳极的双面工程策略，其中顶层抑制腐蚀、产氢并使Zn2+通量均匀，底层稳定电子传输路径，降低应力集中并加速局部热传递。1) 这种双面工程协同产生了空间受限的可逆Zn沉积行为，这有效提高了高DOD下的Zn电镀/剥离可逆性。所开发的阳极可以在85.5%的高DOD下稳定循环超过300小时。2) 基于NVO的全电池具有高比能量密度（177.1 Wh kg-1，基于电极的总质量）和高体积能量密度（202.3 Wh L-1，基于全电池），这为实用的锌离子电池铺平了道路。Yong Gao, et al. Double-sided engineering for space-confined reversible Zn anode EES 2024 https://doi.org/10.1039/D3EE04292H10. EES：通过界面水掩蔽减少阴极溶解以提高水性锌离子电池的寿命水性锌离子电池（AZIB）由于其固有的安全特性，在大规模储能应用中具有巨大潜力。钒基阴极以其高比容量而闻名，主要由于阴极电解质界面处的水活性而面临溶解问题。在此，浙江大学Lu Yingying、Cheng Hao通过使用界面水掩蔽剂（IWMA）来缓解阴极溶解。1) 作者以异山梨醇二甲醚（IDE）为主体，它优先吸附在阴极界面上，有效取代了表面活性水。同时，它与水的强氢键减少了Zn2+溶剂化结构中活性结合水分子的数量。这些优点大大增强了阴极的结构稳定性，从而提高了其可逆容量和循环稳定性。2) 此外，IWMA避免了溶剂化结构的参与，并有效降低了水合Zn2+的去溶剂化能量，从而使V2O5·nH2O和Zn0.25V2O5•nH2O阴极具有优异的倍率性能，在5 A g–1倍率下的寿命分别超过2500和4000次循环。 Wei Zhong, et al. Mitigating Cathodic Dissolution through Interfacial Water Masking to Enhance the Longevity of Aqueous Zinc-Ion Batteries. EES 2024https://doi.org/10.1039/D3EE04208A
