1. Chem. Soc. Rev.: 外场作用下纳米流体中的离子输运具有定制离子传输动力学的纳米流体通道通常被用作离子传输的通道，以实现高性能的离子调节行为。纳米流体的合理构建和外场的引入对离子传输特性的发展具有重要意义。近日，中国科学院理化技术研究所Kong Xiangyu、Wen Liping综述研究了外场作用下纳米流体中的离子输运。1) 作者围绕纳米流体学的最新进展，首先简要介绍了各种尺寸的纳米材料及其衍生的均匀/非均匀纳米流体。然后作者讨论了离子在纳米流体中传输的基本原理和性质。2) 作者重点介绍了由外部物理场（电场、光、热、压力等）和化学场（pH、浓度梯度、化学反应等）调节的纳米流体中离子传输的最新进展，并揭示了每种类型的优势和离子调节机制。此外，作者总结了这些纳米流体通道在传感、离子器件、能量转换等领域的代表性应用。最后，作者简要说明了该研究领域需要解决的主要挑战以及纳米流体学发展和实际应用的未来前景。 Pei Liu, et al. Ion transport in nanofluidics under external fields. Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS00367A
2. Nature Commun.：流动相光热催化还原CO2
通过催化活性位点与光吸收结构的设计为发展高性能CO2氢化光热催化剂提供机会。有鉴于此，中国科学技术大学熊宇杰、Dong Liu等表面plasmon效应与两种不同催化活性位点结合构筑了非金属plasmonic催化剂Mo2N/MoO2-x用于光热催化CO2加氢。1）通过调节两种催化活性位点，因此能够分别在N原子和O空穴位点分别进行H2和CO2的吸附和活化。不含贵金属的催化剂表现优异的能力将光能量转化为热。2）Mo2N/MoO2-x纳米片在逆水汽重整催化反应中表现优异的光热催化活性。在3 W cm-2连续的全光谱照射168 h后，Mo2N/MoO2-x纳米片的CO产率达到355 mmol gcat-1 h-1，产物的选择性超过99 %。这项工作说明精确设计非贵金属催化剂对于plasmonic催化剂的重要意义。Wan, X., Li, Y., Chen, Y. et al. A nonmetallic plasmonic catalyst for photothermal CO2 flow conversion with high activity, selectivity and durability. Nat Commun 15, 1273 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-45516-4https://www.nature.com/articles/s41467-024-45516-43. Nature Commun.：激光粉末床熔融法制备高强高导铜增材制造（AM）也称为3D打印，可以快速制造几何形状复杂的铜（Cu）部件，用于导电和热管理应用。然而，通过3D打印生产的纯铜或铜合金在室温和高温下往往强度低或电导率低。昆士兰大学Ming-Xing Zhang、蒙纳士大学Christopher Hutchinson和悉尼大学Ranming Niu等展示了一种通过激光粉末床融合（L-PBF）将小部分六硼化镧（LaB6）纳米颗粒均匀分散在纯铜中来3D打印高强度、高电导率铜的设计策略。1）作者表明，在纯铜中添加微量的六硼化镧可改善L-PBF加工性能、提高强度和热稳定性，同时保持高电导率。2）所提出的策略可以将3D打印铜部件的适用性扩展到要求高强度、高导电性和热稳定性的更苛刻条件。Liu, Y., Zhang, J., Niu, R. et al. Manufacturing of high strength and high conductivity copper with laser powder bed fusion. Nat Commun 15, 1283 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45732-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-45732-y
4. JACS：Au/CuO重构生成配位不饱和Cu电催化还原CO选择性制备丙醇
正丙醇是一种重要的燃料和化学原料，通过Cu电催化剂电催化还原CO2/CO能够制备正丙醇。但是如何精确调控Cu催化剂的局域结构非常困难。有鉴于此，国家纳米科学中心唐智勇、施兴华、电子科技大学崔春华等报在CuO纳米片上修饰Au纳米粒子，在CO电催化还原反应过程中Au纳米粒子附近的CuO能够还原为配位不饱和状态的Cu位点，形成的不饱和Cu位点在电催化还原CO的反应中表现优异的正丙醇选择性。1）我们通过原位表征技术研究发现Au纳米粒子能够促进消除CuO中的氧元素，并且生成配位不饱和Cu催化位点。通过第一性原理分子动力学模拟，清楚的说明Au纳米粒子附近的Cu原子容易发生重排生成结构畸变的状态而不是生成密堆积Cu(111)。2）Au诱导生成的配位不饱和Cu位点有助于与CO分子之间的结合，在流动相电催化还原CO的反应中实现48 %的正丙醇选择性。这项工作有助于理解调节氧化物催化剂结构重构。 Chang Long, et al, Steering the Reconstruction of Oxide-Derived Cu by Secondary Metal for Electrosynthesis of n-Propanol from CO, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11359https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c11359
5. JACS：氧缺陷调节NiOOH催化甲醇氧化反应路径
深入理解Ni催化剂的甲醇氧化机理对于电催化剂的设计和发展非常重要，但是目前人们对于Ni催化剂的甲醇氧化反应机理的认识存在争议。有鉴于此，萨斯喀彻温大学Ian J. Burgess、奥克拉荷马大学Bin Wang等将原位红外SEIRAS表征和DFT理论计算进行结合，鉴定了甲醇氧化反应的催化活性位点，并且明确了碱性电解液的甲醇氧化反应机理。1）通过原位SEIRAS表征的结果发现甲酸盐和碳酸盐/碳酸氢盐物种是甲醇氧化反应开始后形成的，而且甲酸盐和碳酸盐/碳酸氢盐物种的分布与电势有关。光谱表征的结果与DFT理论计算结果都很好的说明氧空穴机理。而且甲醇氧化反应主要通过甲酸盐路径，同时当过电势增加后甲酸盐能够氧化生成碳酸盐/碳酸氢盐；此外，发现在较高的过电势存在不需要通过甲酸盐就能够生成碳酸盐/碳酸氢盐产物的反应路径。2）发现的以上两个电催化甲醇氧化反应路径比文献报道的通过CHO和CO中间体的甲醇氧化反应路径的热力学更可行。DFT计算结果与SEIRAS光谱表征的结果都发现没有CHO或CO中间体物种生成。这是因为氧空穴催化活性位点的特点能够避免CH2O脱氢生成CHO。这项工作说明缺陷位点在电催化甲醇氧化反应活性和选择性的重要作用。Vi Thuy Thi Phan, et al, Oxygen Vacancies Alter Methanol Oxidation Pathways on NiOOH, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c13222https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c132226. Joule：通过钝化剂增强钙钛矿太阳能电池的钝化耐久性 缺陷钝化是构建高效钙钛矿太阳能电池的重要策略。然而，钝化在长期运行耐久性方面往往被忽视。近日，浙江大学Wang Rui、Xue Jingjing通过钝化剂增强钙钛矿太阳能电池的钝化耐久性。1) 在实际设备操作过程中，缺陷浓度会随着时间的推移而增加，导致低浓度钝化剂不能持续钝化越来越多的缺陷。原则上，更高浓度的钝化剂可以钝化更多的新缺陷，但这种策略还没有成功，因为高浓度的钝化剂对器件性能有害。2) 作者报道了一种π-共轭钝化剂，其钝化效果与浓度无关。这种独特的特性可以在不降低器件性能的情况下进行高浓度钝化，这大大提高了钝化耐久性。该研究将为设计浓度无关钝化剂提供指导，并直接提高其钝化耐久性。 Sisi Wang, et al. Enhanced passivation durability in perovskite solar cells via concentration-independent passivators. Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.01.020https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.01.0207. AM：用于可切换双重乳液分离的CO2和光热响应双重膜工程刺激响应膜在可切换的油/水乳液分离中显示出良好的应用前景。然而，它们不适合处理双重乳液，如油包水型乳液和水包油型乳液。为了有效分离这些复杂的乳状液，需要对膜的润湿性、响应时间和孔径结构进行精细控制。江南大学Liangliang Dong等通过两步制备了由初级光热响应涂层和次级CO2响应涂层组成的双涂层纤维。 1）这些纤维的自动编织产生了具有光热和CO2响应特性和窄孔径分布的膜。这些膜表现出在超亲水性（在CO2刺激下）和高疏水性（在近红外刺激下）之间快速切换润湿性，实现了各种O/W/O和W/O/W乳液的按需分离，分离效率超过99.6%。采用二维低场核磁共振和相关光谱技术阐明了可切换双乳液分离的潜在机理。2）作者的方法可以有效地解决与使用刺激响应膜进行双重乳液分离相关的挑战，并促进这些膜的工业应用。H. Liu, et al, Engineering Dual CO2- and Photothermal-responsive Membranes for switchable Double Emulsion Separation. Adv. Mater. 2024, 2311013.DOI: 10.1002/adma.202311013https://doi.org/10.1002/adma.202311013高性能质子交换膜是质子交换膜燃料电池（PEMFC）的关键。重庆大学Zidong Wei和Jianchuan Wang等首次制备了一种新型“自增强”质子交换膜，它由全氟磺酸（PFSA）树脂及其纳米纤维作为增强材料组成。1）采用这种策略，传统纤维增强膜的界面相容性问题得到了充分解决，并且可以掺入高达80wt%的PFSA纳米纤维。此外，由于PFSA纳米纤维内的链取向，单根纤维表现出1.45S cm-1的超高电导率，导致迄今为止制备的“自增强”PEM的最先进质子电导率（1.1S cm-1），与整体PFSA膜（0.29S cm-1）相比提高了一个数量级。它超越了包括广受欢迎的GORE-SELECT和Nafion HP膜在内的任何商用质子交换膜，是唯一电导率达到100S cm-1级别的质子交换膜。2）此外，膜的机械强度和溶胀率均同时得到显著提高。基于高性能“自增强”质子交换膜，H2-O2和H2-空气燃料电池的峰值功率密度分别高达3.6 W cm-2和1.7 W cm-2。这种策略可以应用于任何聚合物电解质膜。 L. Zeng, et al, Self-Enhancement of Perfluorinated Sulfonic Acid Proton Exchange Membrane with Its Own Nanofibers. Adv. Mater. 2024, 2305711.DOI: 10.1002/adma.202305711https://doi.org/10.1002/adma.2023057119. AM：用于脉络膜新生血管多靶点治疗的新型共组装缓释天然药物纳米颗粒年龄相关性黄斑变性（AMD）疾病已成为世界范围内的老年病，而频繁的玻璃体内注射抗VEGF是临床上的主流治疗方法，这与威胁视力的并发症有关。苏州大学Qian Chen等报道了一种血管生成抑制剂nintedanib和一种有效的抗氧化剂叶黄素可以通过多种非共价相互作用共同组装成纳米颗粒。1）有趣的是，共同组装的叶黄素/nintedanib纳米颗粒（L/N NPs）的稳定性显著提高，并在小鼠体内实现了两种药物至少两个月的长期持续释放。有趣的是，在具有更完整屏障系统的兔眼球中，L/N NPs仍然成功地在视网膜和脉络膜中分布了一个月。在激光诱导的小鼠脉络膜新生血管（CNV）模型中，微创结膜下给药后的L/N NPs可以成功抑制血管生成、慢性炎症和清除氧化应激，达到与标准玻璃体内注射抗VEGF相当甚至更好的治疗效果。2）因此，结膜下注射具有长期持续药物释放行为的L/N NPs代表了治疗AMD的一种有前途的创新策略。这种微创给药以及有效抑制血管生成、减少炎症和对抗氧化应激的能力，在改善患有这种衰弱性眼病的患者的疗效和生活质量方面具有巨大潜力。J. Shen, et al, Emerging Co-Assembled and Sustained Released Natural Medicinal Nanoparticles for Multi-target Therapy of Choroidal Neovascularization. Adv. Mater. 2024, 2314095.DOI: 10.1002/adma.202314095https://doi.org/10.1002/adma.20231409510. AEM：用于电/光催化氮还原的单/多原子和二维纳米材料的研究进展大气中的氮（N2）转化为氨（NH3）在维持地球生态方面发挥着至关重要的作用。近日，蔚山国立科学技术研究所Kwang S. Kim、Miran Ha综述研究了用于电/光催化氮还原的单/多原子和二维纳米材料的研究进展。1) 作者深入探讨了电/光催化固氮/还原、机制、催化剂和前景方面的最新进展，其中从密度泛函计算/模拟到基于机器学习的催化剂筛选，包括嵌入2D材料中的单/多原子催化剂。2) 作者探索了各种催化剂，并评估了它们的性能，以及重点关注了新兴的纳米材料、异质结构和助催化剂技术。通过强调电/光催化固氮/还原在可持续氮管理中的作用及其对全球农业和环境可持续性的影响，作者对其未来方向和潜在应用进行了展望。 Aditya Narayan Singh, et al. Progress in Single/Multi Atoms and 2D-Nanomaterials for Electro/Photocatalytic Nitrogen Reduction: Experimental, Computational and Machine Leaning Developments. Adv. Energy Mater. 2024DOI: 10.1002/aenm.202304106https://doi.org/10.1002/aenm.202304106
