1.Nature Synthesis：光诱导合成双原子催化剂双原子催化剂具有非常高的原子利用率、并且具有协同催化功能，因此受到人们的广泛关注，但是目前仍没有一种普适性的双原子合成方法。有鉴于此，天津理工大学鲁统部、张志明等提出一种“导航-定位”（navigation and positioning）策略能够在氮化碳基底精确和大规模的合成一系列杂核双原子催化剂（M1M2 DACs）。1）在这种双原子合成方法学中，首先通过煅烧尿素和M1金属盐合成M1-PCN，随后通过光照射方法安装另外一个金属原子位点。由于M1位点能够起到导航光电子聚集和M2阳离子定位，因此M2能够在M1相邻的位置，从而实现精确合成杂核双原子催化位点。2）通过DFT理论计算说明Zn的s轨道和Ru的d轨道之间发生杂化有助于在PCN基底生成稳定的ZnRu双原子位点。作者考察了ZnRu DAC催化剂的光催化制氢性能，发现Ru位点将H+还原为H*，Zn位点能够将H*脱附，因此Zn和Ru在光催化制氢反应中发生协同作用提高光催化制氢性能。 Zhao, QP., Shi, WX., Zhang, J. et al. Photo-induced synthesis of heteronuclear dual-atom catalysts. Nat. Synth (2024)DOI: 10.1038/s44160-024-00486-9https://www.nature.com/articles/s44160-024-00486-92.Nature Chemistry：CO2电催化还原反应的原位成像技术电解槽是能够将CO2转化为高附加值化学品的一种具有前景的技术，但是电解槽通常缺乏能够追踪反应的表征技术。有鉴于此，不列颠哥伦比亚大学Curtis P. Berlinguette等报道光学相干层析成像（OCT，optical coherence tomography platform）技术实现了观测CO2电解槽发生的化学反应情况，这种表征技术具有高时空分辨率的三维成像的能力。1）作者对含有多孔电极和隔膜的电解槽进行12 h电催化反应过程观测，电流密度达到50-800 mA cm-2，在流动相KHCO3的条件下CO2还原为CO。2）这种观测能够对反应物、中间体、产物进行成像，而且对电极和隔膜在电催化反应过程中的动态移动情况进行观测。而且这种观测发现生成CO的区域位于CO2与隔膜和催化剂直接接触的地方。这些结果说明这种表征技术能够用于研究流动相电化学反应体系的反应情况。Lu, X., Zhou, C., Delima, R.S. et al. Visualization of CO2 electrolysis using optical coherence tomography. Nat. Chem. (2024)DOI: 10.1038/s41557-024-01465-5https://www.nature.com/articles/s41557-024-01465-5
3.Chem. Soc. Rev.：电化学光谱的60年回顾
60年前，Reddy、Devanatan和Bockris进行了第一次原位电化学椭圆偏振实验，开创了利用光谱学研究电化学的新时代。近日，厦门大学田中群院士等人综述研究了电化学光谱。1)经过60年的发展，电化学光谱，特别是电化学振动光谱，已经从方法很少、应用有限的不成熟阶段发展到具有优异底物通用性和显著提高分辨率的成熟阶段。2) 作者将电化学光谱的发展分为四个阶段，其中包括不同电化学光谱研究的概念验证，基于等离子体增强的电化学光谱（特别是振动光谱）方法的出现，电化学振动光谱在特定表面上的实现，以及实现操作光谱电化学应用的研究进展。最后，作者讨论了电化学光谱的未来发展趋势，以及操作光谱电化学的新方法和未来研究方向。Chao-Yu Li and Zhong-Qun Tian Sixty years of electrochemical optical spectroscopy: a retrospective Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS00734K4.JACS：N2电催化合成NH3的挑战与发展前景绿氨（Green ammonia）是指通过可再生电能将储量无穷尽的N2分子分解制备得到的NH3，这种绿氨是非常重要的平台分子，而且是理论上优秀的燃料，而且避免CO2排放问题。目前电化学合成NH3面临产率低和电催化反应效率低的问题。因为电催化合成NH3的反应体系包含复杂过程和相互交叉的问题（比如其中包括电化学、催化、界面、处理等），将这些复杂的问题分开解决并且为电催化合成NH3的发展方向提供指导并不简单。有鉴于此，北京化工大学邱介山、大连理工大学于畅等通过反应过程的区别对电催化合成NH3领域进行分类讨论，从直接还原N2、非直接（Li介导/plasma处理）电催化还原N2两个方面进行总结。1）通 1）过对电催化合成NH3过程进行分类，有助于将复杂的反应过程进行解耦，并且明确反应决速步骤，理解N2活化、生成H2副反应、固体电解液界面工程、plasma处理等基元反应步骤的难题。2）对解决这些难题最近提出的一些方法进行详细的总结，内容包括电催化剂、电极、电解液等方面。最后，作者讨论NH3电催化合成领域未来过程可能具有前景的策略，主要从原子尺度的机理、纳米尺度的电催化剂、微米尺度电极/界面、宏观的电解液/处理过程等多个尺度讨论。这项综述工作有助于研究者深入理解电催化制备NH3领域的困境，而且能够帮助设计高效的电催化合成NH3体系。 Yongwen Ren, Shaofeng Li, Chang Yu*, Yihan Zheng, Cheng Wang, Bingzhi Qian, Linshan Wang, Wenhui Fang, Ying Sun, and Jieshan Qiu*, NH3 Electrosynthesis from N2 Molecules: Progresses, Challenges, and Future Perspectives, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11676https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c116765.JACS：三元共晶电解液辅助形成高稳定性水基镁离子电池固体-电解液界面的动态呼吸效应水性可充电镁电池在本质安全、经济高效和可持续的能源储存方面具有巨大的潜力。然而，它们的可行性受到狭窄的电压范围以及电解质和电极之间的次优兼容性的限制。在此，南京大学Jing Ma推出了一种创新的三元深共晶镁离子电解质，由 MgCl2·6H2O、乙酰胺和尿素以精确平衡的 1:1:7 摩尔比组成。该配方通过利用 Mg2+ 离子和两种有机成分之间的竞争性溶剂化效应进行了优化。1）基于这种三元共晶电解质、锰掺杂钒酸钠（Mn-NVO）阳极和六氰基铁酸铜阴极的全电池表现出较高的电压平台和高倍率性能，并表现出稳定的循环性能。2）非原位表征揭示了 Mn-NVO 的 Mg2+ 存储机制，涉及初始的 Na+ 提取，随后是 Mg2+ 嵌入/脱嵌。详细的光谱分析揭示了阳极表面上关键的固体电解质界面的形成。此外，固体电解质界面表现出动态吸附/解吸行为，称为“呼吸效应”，大大减轻了电极材料的不良溶解和副反应。这些发现强调了合理的电解质设计在促进有利的固体电解质界面的发展方面的关键作用，该界面可以显着增强电极材料和电解质之间的相容性，从而推动水性多价离子电池的进步。Xinmei Song, et al, Ternary Eutectic Electrolyte-Assisted Formation and Dynamic Breathing Effect of the Solid-Electrolyte Interphase for HighStability Aqueous Magnesium-Ion Full Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.4c002276.JACS：具有优异氧化还原活性的导电金属−有机骨架作为高温K离子电池稳定的大容量负极高温充电电池对于高温情况下的能量存储至关重要。由于钾资源丰富，高温钾离子电池引起了越来越多的研究兴趣。然而，提高工作温度会加剧KIB阳极的化学和机械不稳定性，导致容量快速衰减，特别是在追求高容量时。在这里，暨南大学De-Shan Bin，Dan Li证明了由富氮芳香分子和 CuO4 单元通过 π−d 共轭构建的多孔导电金属有机框架（MOF）可以提供多个可接近的氧化还原活性位点，并为高效钾提供强大的结构稳定性。1）即使在 60 °C 下工作，这种 MOF 负极也能提供高初始容量（455 mAh g−1 ）、令人印象深刻的倍率和非凡的循环性能（1600 次循环后容量保持率为 96.7%），这比报道的高温负极要好得多KIB 阳极。2）机理研究表明C=N基团和CuO4单元提供了丰富的氧化还原活性位点；π−d共轭特性和网状多孔结构的协同作用促进了K+/e−传输，并确保了不溶性电极的体积变形小，从而实现了稳定的高容量储钾。Menghua Yang, et al, Conductive Metal−Organic Framework with Superior Redox Activity as a Stable High-Capacity Anode for High-Temperature K‑Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.3c131137.JACS：聚合物陶瓷复合固体电解质中锂离子互穿通道的通道传输陶瓷聚合物复合固体电解质（PIC−CSE）比单独的有机或无机固体电解质具有重要的优势。在传统的 PIC-CSE 中，离子传导路径主要局限于陶瓷，而与陶瓷-聚合物界面相关的更快路径仍然被阻塞。这一挑战与两个关键因素相关：(i) 由于陶瓷聚集，难以建立广泛且不间断的陶瓷-聚合物界面；(ii) 陶瓷-聚合物界面由于其固有的不相容性而对导电离子无响应。在这里，拉德堡德大学Junchao Chen，上海交通大学Weiping Tang，复旦大学Yongyao Xia提出了一种策略，通过引入聚合物相容的离子液体（PCIL）来调节陶瓷和聚合物基体之间的关系。1）这种中介作用涉及 PCIL 的极性基团与陶瓷表面上的 Li+ 离子的相互作用，以及 PCIL 的极性组分与聚合物链之间的相互作用。该策略解决了陶瓷聚合问题，从而产生统一的 PIC−CSE。同时，它通过建立互穿通道来激活陶瓷-聚合物界面，促进Li+离子在陶瓷相、陶瓷-聚合物界面和介入路径上的有效传输。2）因此，所获得的 PIC−CSE 表现出高离子电导率、卓越的灵活性和强大的机械强度。PIC−CSE 包含聚偏二氟乙烯 (PVDF) 和 60 wt% PCIL 涂层的 Li3Zr2Si2PO12 (LZSP) 填料，其离子电导率为 0.83 mS cm−1，优异的 Li+ 离子迁移数为 0.81，伸长率为～ 25 °C 时可实现米级生产 300%。其锂金属软包电池具有424.9 Wh kg−1的高能量密度（不包括包装膜）和穿刺安全性。这项工作为设计具有商业可行性的 PIC−CSE 铺平了道路Lei Zhu, et al, Tunneling Interpenetrative Lithium Ion Conduction Channels in Polymer-in-Ceramic Composite Solid Electrolytes, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.3c119888.ACS Nano：用于柔性锌离子电池和多功能健康监测电子设备的水凝胶电解质环境适应性电池和效应器的紧凑设计构成了能够进行时间分辨、长期信号监测的可穿戴电子产品的基础。在这里，西北工业大学Yue Ma提出了一种一体策略，利用水凝胶作为柔性水性锌离子电池和可穿戴应变传感器的离子导电介质。1）聚乙烯醇水凝胶网络在乙二醇/水混合溶剂中结合了纳米SiO2和纤维素纳米纤维（简称PSC），平衡了机械性能（拉伸强度为6 MPa）和-20℃下的离子扩散率（比 2 M ZnCl2 电解质高 2 个数量级）。2）同时，溶剂化Zn2+嵌入期间的阴极晶格呼吸和阳极界面处的枝晶Zn突出得到缓解。除了 Zn∥PSC∥V2O5 原型在较宽的温度范围（-20 至 80 °C）内具有强大的循环性能外，该微型设备还将锌离子电池与应变传感器无缝集成，从而能够精确监测身体运动动态过程中的肌肉反应。 3）通过采用传输模式操作 XRD，自供电传感器准确记录了层状阴极的实时相演化和锌沉积引起的同步应变变化，为小型化电子设备的健康监测提供了可行的解决方案。Zhiqiao Wang, et al, A Hydrogel Electrolyte toward a Flexible ZincIon Battery and Multifunctional Health Monitoring Electronics, ACS Nano, 2024DOI: 10.1021/acsnano.4c00085https://doi.org/10.1021/acsnano.4c00085
