纳米人-镍电极Nature Energy，霍尔效应Nature Electronics

镍电极Nature Energy，霍尔效应Nature Electronics | 顶刊日报20240607

纳米人纳米人 2024-03-13

1. Nature Energy：外延辅助包覆改善高镍电极的应力

人们通常认为，表面重构以及材料内部的应力传播是导致快充和长期充放电循环过程电极失效的主要原因。研究者虽然进行广泛的努力尝试解决这个问题，但是目前仍未曾找到能够在不损失能量密度和功率密度的条件下改善电化学不稳定和机械化学不稳定问题的方法。

有鉴于此，美国阿贡国家实验室Khalil Amine、徐桂良、Yuzi Liu、李璐熹等报道通过Wadsley–Roth相和层状氧化物之间的定向吸附反应，发展了一种外延熵辅助包膜处理高含量Ni的LiNi_xCo_yMn₁₋_x₋_yO₂ (x ≥ 0.9)电极，表现优异的电化学性能和机械稳定性，并且改善充放电性能。

本文要点

1）发现得到的电极具有优异抗开裂能力和抗腐蚀以及快速传输离子的能力，因此改善电极的快速充放电。此外发展高含量Ni电极具有耐高温和热稳定性的能力。

2）通过原位同步辐射X射线表征技术对一次粒子和二次粒子进行详细深入分析，说明其中晶格位错、各向异性晶格应力、释放氧的现象得以缓解，而且体相/局部结构稳定性得以增强。甚至充电量超过层状电极充电阈值的75 %的时候仍表现优异性能。

参考文献：

Zhao, C., Wang, C., Liu, X. et al. Suppressing strain propagation in ultrahigh-Ni cathodes during fast charging via epitaxial entropy-assisted coating. Nat Energy (2024)

DOI: 10.1038/s41560-024-01465-2

https://www.nature.com/articles/s41560-024-01465-2

2. Nature Electronics：铋金属的室温非线性霍尔效应

具有时间反演对称性特点的非线性霍尔效应（Nonlinear Hall effect）是一种二阶电子输运现象，这种效应能够导致频率加倍，其一般在具有大贝里曲率的非中心对称晶体中发现。具有这种二阶电子输运现象的光电器件非常罕见，这是因为二阶电子输运现象一般在非常低的温度，并且存在于Dirac或Weyl材料。

有鉴于此，萨莱诺大学Carmine Ortix、亥姆霍兹德累斯顿罗森多夫研究中心Denys Makarov等报道在中心对称的多晶Bi薄膜中发现室温非线性霍尔效应。

本文要点

1）作者发现Bi(111)表面的电子具有三倍贝里曲率，可激活侧跳变和斜散射，因此产生非线性横向电流。由于非线性霍尔效应的外在几何经典对应物，零场非线性横向电压可以在弧形铋条纹中得到提升。

2）弯曲几何中的电倍频可以扩展到太赫兹光谱范围内的光二次谐波产生。电学倍频信号能够拓展至太赫兹区间并产生二次谐波。我们发现多晶铋薄膜和铋基异质结构能够在包括太赫兹频率的广泛范围产生三次谐波。

参考文献：

Makushko, P., Kovalev, S., Zabila, Y. et al. A tunable room-temperature nonlinear Hall effect in elemental bismuth thin films. Nat Electron (2024)

DOI: 10.1038/s41928-024-01118-y

https://www.nature.com/articles/s41928-024-01118-y

3. Angew：光促进锂氧电池的界面可逆性

由于固态电池电极的固态放电生成的产物聚集形成三相界面，导致难以得到高品质的锂-氧固态电池。人们研究发现光辅助的固态锂-氧电池是一个非常巧妙的体系，但是目前人们对于固态电极的机理仍并不清楚。

有鉴于此，哈尔滨工业大学王家钧、姜再兴等报道光辅助作用能够增强固态电池的电极实现快速的内球电荷转移，能够通过表面生长模型调节球型颗粒放电过程中生成的产物。

本文要点

1）固态电池电极具有的光电子激发和传输能力可以通过避免结构损坏导致的电极性能衰减和电压降。通过光的作用使得电极表现优异的稳定性（170 圈循环），而且极化过电势非常低（仅为0.27 V）。

2）发展的透明的固态锂-氧电池具有优异的柔性，机械稳定性，能够搭建多种多样的形状。这项研究为太阳能引入能源存储体系提供帮助和更多的发展机会。

参考文献：

Liping Ren, Ming Zheng, Fanpeng Kong, Zhenjiang Yu, Nan Sun, Menglu Li, Qingsong Liu, Yajie Song, Jidong Dong, Jinli Qiao, Nengneng Xu, Jian Wang, Shuaifeng Lou, Zaixing Jiang, Jiajun Wang, Light Enables the Cathodic Interface Reaction Reversibility in Solid‐State Lithium‐Oxygen Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024

DOI: 10.1002/anie.202319529

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202319529

4. Angew：磷酸盐配位金属-有机层二级构建单元可延长药物保留以实现协同的放射-化学治疗

放射-化学治疗能够将放疗与化疗进行同步结合以实现增强的抗肿瘤活性，但其往往也会加重毒性，并且会导致与癌症患者衰弱相关的副作用。有鉴于此，芝加哥大学林文斌教授将具有纳米尺度的金属-有机层(MOL)作为二维纳米放疗增敏制剂和缓释化疗药物的储存器，以提高放疗的抗肿瘤效应。

本文要点：

1）实验将含磷酸盐的药物与MOL二级构建单元进行配位，以延长其在肿瘤内的保留时间，并使得吉西他滨单磷酸盐(GMP)能够被持续释放，从而实现有效的局部化疗。与此同时，MOL也会使癌细胞对X射线更加敏感，因此能够产生有效的放射治疗效应。研究发现，负载GMP的MOL(GMP/MOL)的细胞毒性是游离GMP的2倍，并且能够在体外提高放射治疗的效果。

2）在结肠癌模型中，GMP/MOL可实现GMP的瘤内长期保留（超过4天）；与低剂量放疗结合后，其能够产生高达98%的肿瘤生长抑制效率。实验结果表明，GMP/MOL可通过联合放射-化学治疗实现50%的治愈率，从而提高荷瘤小鼠的生存率，并改善肿瘤增殖的组织学标志物。

参考文献：

Taokun Luo. et al. Phosphate Coordination to Metal-Organic Layer Secondary Building Units Prolongs Drug Retention for Synergistic Chemoradiotherapy. Angewandte Chemie International Edition. 2024

DOI: 10.1002/anie.202319981

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202319981

5. Nature Communications：利用葡萄糖构建多色碳纤维彩色结构

碳纤维（CFs）在汽车、航空和航天工业中的应用引起了人们的关注。然而，CFs的着色由于其脆性、惯性、复杂性和时间或能量密集型过程而具有挑战性。

鉴于此，武汉纺织大学徐卫林和夏良君受孔雀背部羽毛绿色中心表面自然生长的突起纳米结构的启发，研究出一种在CFs表面开发碳球（CSs）以实现颜色调节的原位自生长方案。

文章要点：

1) 该研究开发的这一方案是通过使用葡萄糖作为喂养材料的CSs的动态生长来实现，结合着色过程，CSs和CFs之间的相互作用促进了整体成型中稳定的界面力；

2) 研究证实这种方案允许着色系统以指定的方式连续地改变其颜色，从而赋予其出色的机械坚固性、耐酸性和耐光性，并且，由于其制造成本低，该方法在多色碳纤维的颜色构建中具有潜在的竞争力。

参考资料：

Zhou, S., Zhang, C., Fu, Z. et al. Color construction of multi-colored carbon fibers using glucose. Nat. Commun. (2024).

10.1038/s41467-024-46395-5

https://doi.org/10.1038/s41467-024-46395-5

6. Chem. Soc. Rev.：可充电电池亚纳米孔/通道中的电化学耦合

亚纳米孔/通道（SNPCs）在调节可充电电池的电化学氧化还原反应中起着至关重要的作用。SNPCs中的多孔结构不仅为离子存储提供了充足空间，还有助于离子在电池电极内的有效扩散，从而大大提高电化学性能。然而，由于目前的技术限制，在亚纳米尺度上合成和控制纳米孔的质量、储存和运输，以及理解SNPCs与性能之间的关系仍极具挑战性。

近日，悉尼科技大学Wang Guoxiu、北京理工大学Sun Kening、上海理工大学Wang Yunxiao综述了可充电电池亚纳米孔/通道中的电化学耦合。

本文要点：

1) 文章从结构的角度对具有SNPCs的材料进行了系统分类和总结，并将其分为一维（1D）SNPCs、二维（2D）SNPCs和三维（3D）SNPCs。文章还揭示了SNPCs的独特物理化学性质。

2) 文章分析了可充电电池中SNPCs的电化学耦合，包括阴极、阳极、电解质和功能材料。最后，讨论了SNPCs在电池电化学反应中面临的挑战，并提出了未来的研究方向。

参考文献：

Yao-Jie Lei et.al Electrochemical coupling in subnanometer pores/channels for rechargeable batteries Chem. Soc. Rev. 2024

DOI: 10.1039/D3CS01043K

https://doi.org/10.1039/D3CS01043K

7. Chem：一种具有化学可回收性的丁二烯衍生半结晶聚烯烃

聚烯烃占塑料垃圾的大部分，但由于碳氢化合物聚合物主链的高热稳定性和化学稳定性，其解聚仍极具挑战性。近日，普林斯顿大学Paul J. Chirik、Emily C. Davidson报道了一类聚烯烃，它在低聚和聚合阶段可经过清洁和选择性的化学回收。

本文要点：

1) 铁催化丁二烯[2+2]环加成形成遥爪低聚物（1，n′-二乙烯基）-低聚环丁烷（DVOCB），其经历脱聚反应生成丁二烯。作者在低聚物DVOCB中使用无环二烯复分解（ADMET）进行链延伸，得到聚烯烃pDVOCB。pDVOCB的反向ADMET使遥爪低聚物能够完全回收。

2) pDVOCB聚合物是具有高熔融温度（T_m>230°C）的半结晶碳氢化合物聚合物，并且具有优异的化学和水解稳定性，以及机械性能与聚丙烯和聚乙烯等聚烯烃相当。

参考文献：

Cherish Nie et.al A butadiene-derived semicrystalline polyolefin with two-tiered chemical recyclability Chem 2024

DOI: 10.1016/j.chempr.2023.11.006

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2023.11.006

8. Chem：石墨烯纳米带合成中的可控催化剂转移聚合

对石墨烯纳米带（GNRs）中量子约束效应产生的独特电子结构进行直接控制与带结构施加的几何边界条件密切相关。除了取代掺杂原子的组成和位置外，GNR的晶胞对称性、宽度、长度和端基决定了其电子结构。近日，加利福尼亚大学Felix Raoul Fischer提出了一种合理设计，即将这些相互依存变量中的每一个都集成在模块化的组合中。

本文要点：

1) 该混合化学方法依赖于对长度、宽度和端基进行良好控制的催化剂转移聚合。通过表面辅助环脱氢步骤的补充，作者通过矩阵辅助直接实现转移策略，并且聚合物模板中编码的几何结构和功能手柄被映射到相应GNR的结构上。

2) 作者通过键分辨扫描隧道显微镜（BRSTM）和光谱学（STS）验证了聚合物模板设计与GNR电子结构之间的相关性。