1.曾杰Angew：调节Ir单原子第二配位层改善OER电催化性能
精确调控单原子催化剂的局部化学环境有助于理解单原子催化剂的结构和催化活性之间的关系。人们对于局部配位环境效应具有较大的争论，甚至是组成结构和化学性质相同的SAC催化剂。因此人们发现需要更多关注第二配位层结构的影响。由于氧化物的结构稳定，因此调节氧化物载体修饰单原子催化剂的第二配位层原子结构仍具有非常大的困难与挑战。有鉴于此，中国科学技术大学曾杰教授、Yan Liu等报道在NiO载体上通过不同成键方式修饰单原子Ir，因此在构筑Ir-O-Ni结构的时候能够在Ir原子得到各种不同的配位数目。1）通过不同的合成方法分别合成了配位数目为3、4、5的Ir1/NiO、Ir1-NiO、Ir@NiO SAC催化剂。作者发现三个样品的催化活性随着OER反应呈现火山形变化，其中Ir1-NiO催化剂具有最低的过电势（225 mV@10 mA cm-2）。2）反应机理研究结果说明Ir1-NiO催化剂具有配位数目适中的Ir-O-Ni，因此能够形成能级更高的Ir dz2轨道，降低*OOH中间体吸附，从而增强OER性能。 Jie Wei, Hua Tang, Yan Liu, Guiliang Liu, Li Sheng, Minghui Fan, Yiling Ma, Zhirong Zhang, Jie Zeng, Optimizing the Intermediates Adsorption by Manipulating the Second Coordination Shell of Ir Single Atoms for Efficient Water Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202410520https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024105202.Angew：Pt双原子在电催化制氯反应中表现优异性能和稳定性制氯反应是氯碱工业的关键阳极反应过程，基于贵金属的多维度稳定阳极催化剂DAS（dimensionally stable anodes）是常见的CER电催化剂，但是这种贵金属催化剂具有价格高和选择性低的缺点。有鉴于此，成均馆大学Hyoyoung Lee、皇家墨尔本理工大学（RMIT ）Ravichandar Babarao等报道Pt双原子修饰在掺氟碳纳米棒作为高效稳定CER电催化剂。 1）制备的Pt DSAC催化剂表现优异的CER电催化活性，达到10 mA cm-2所需过电势仅为21 mV，达到30 mV过电势的质量活性达到3802.6 A gPt-1，这个性能超过了商用DSA催化剂和Pt单原子催化剂。2）这种Pt DSAC具有优异CER催化活性的原因是比较高的原子利用率和更高的本征催化活性。修饰在CNT的氟原子增加Pt DSAC的抗氧化和耐氯化，因此得到优异的长期稳定性。对多个Pt DSAC结构理论计算结果显示，具有改善的第一层配体结构和原子间距能够降低Cl中间体的活化能，降低Pt-Cl作用，因此有助于CER催化反应的发生。 Xiaodong Shao, Ashakiran Maibam, Fengliang Cao, Haiyan Jin, Shiqing Huang, Mengfang Liang, Min Gyu Kim, Kim My Tran, Amol R. Jadhav, Hyun Seung Jung, Ravichandar Babarao, Hyoyoung Lee, Coordination Environment and Distance Optimization of Dual Single Atoms on Fluorine-Doped Carbon Nanotubes for Chlorine Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202406273https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024062733.清华大学Nature Commun：液体金属辅助电化学剥离2D材料制备电子墨水 使用有机阳离子进行电化学分子插层和块体剥离得到能够溶液操作处理的2D半导体墨水能够进行价格便宜应用于大面积柔性可穿戴电子器件的技术。但是生长大体积晶体源材料需要价格昂贵的原料，并且需要长时间高温处理过程，这是阻碍其实际大规模应用的关键障碍。有鉴于此，清华大学林朝阳助理教授等报道液体金属辅助进行电化学分子插层技术，这种技术具有价格合理，使用常见粉末材料的优势。1）这种方法得到的溶液处理MoS2纳米片的品质能够与块体晶体剥离媲美。这种方法能够用于制备>50种不同的功能性2D电子墨水，这些电子墨水包括一些导电性非常低的2D宽能带半导体。2）将2D半导体与2D导体和2D节点材料作为原料，通过完全溶液操作过程进行集成，制备大面积薄膜晶体管和忆阻器，实现显著的价格降低。 Wang, S., Li, W., Xue, J. et al. A library of 2D electronic material inks synthesized by liquid-metal-assisted intercalation of crystal powders. Nat Commun 15, 6388 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50697-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-50697-z4.吉林大学Nature Commun：电压控制Au膜非线性光学响应动态控制Au纳米结构的光学性质对于发展光信号处理、片上光源和光计算等领域的先进光学技术非常重要。虽然人们在调控Au纳米材料结构的plasmons得到显著的进展但是目前大多数研究仍然局限在线性或静态领域，如何动态调节非线性光学性质未曾得到广泛研究。 有鉴于此，吉林大学秦冠仕教授、贾志旭教授、孟凡超教授等报道通过电致热效应使用电压控制Au纳米薄膜的Kerr非线性光学响应。1）当施加比较低的电压（~10 Ｖ），由于Au纳米膜的阻尼系数增加，使得非线性吸收系数和折射率分别降低40.4 %和33.1 %。此外制备了电压控制的Au纳米膜饱和吸收器，将其应用于锁模光纤激光器，从而能够可逆的调节波长，而且能够在不同的操作模式之间变换。2）这项研究有助于理解通过电化学方法控制非线性光学响应，为调控纤维激光器提供简单方便的方法。 Lv, C., Meng, F., Cui, L. et al. Voltage-controlled nonlinear optical properties in gold nanofilms via electrothermal effect. Nat Commun 15, 6372 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50665-7https://www.nature.com/articles/s41467-024-50665-75.南开大学Nature Commun：设计Ru/TiN电催化制氢电催化剂是发展价格便宜且高效率电解水器件的关键，目前人们发现氢能够作为一种干净可持续性的能量载体。 有鉴于此，南开大学罗景山教授、巴斯克大学(UPV/EHU) Federico Calle-Vallejo等在TiN载体上修饰Ru纳米粒子（Ru NPs/TiN）作为碱性制氢电催化剂。1）Ru NPs/TiN电催化剂在碱性制氢反应种达到20 A mg-1Ru需要的过电势为63 mV，而且具有长期稳定性。电催化剂的结构分析说明Ru纳米粒子修饰在TiN载体上能够调节Ru纳米粒子的性质，DFT理论计算结果说明Ru纳米粒子与TiN载体之间具有非常强的亲和性，通过载体-纳米粒子之间的相互作用，能够调节氢吸附能量。2）使用Ru NPs/TiN催化剂构筑阳离子交换膜电解槽器件在5 A cm-2电流密度工作1000 h的过程未见性能衰减，这种性能超过了商业电解槽器件。这项研究有助于设计高性能电解水催化剂。 Zhao, J., Urrego-Ortiz, R., Liao, N. et al. Rationally designed Ru catalysts supported on TiN for highly efficient and stable hydrogen evolution in alkaline conditions. Nat Commun 15, 6391 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50691-5https://www.nature.com/articles/s41467-024-50691-56.西安交大Nature Commun：通过晶相匹配取向生长构筑铝金属电池铝电池具有安全性高、储量丰富、价格合理等优势，被看作是最有前景的下一代能量存储电池技术。但是电化学沉积过程不均匀的问题以及枝晶问题导致铝金属电池电极较低的库伦效率以及发生快速的短路失效，这个问题严重损害铝电池的循环稳定性。 有鉴于此，西安交通大学杜显锋教授等报道通过载体和沉积过程的晶格匹配的理念制备铝金属电池电极，因此使得晶面生长过程实现取向生长。1）这种方法得到的铝金属电池电极不仅降低了铝的成核能垒、降低电极的极化，而且能够实现铝均匀沉积，从而改善循环稳定性。2）由于晶面取向（111）的铝电极沉积过程能够在5 A g-1电流密度实现稳定工作25000圈，容量保持达到80 %。Wang, S., Guo, Y., Du, X. et al. Preferred crystal plane electrodeposition of aluminum anode with high lattice-matching for long-life aluminum batteries. Nat Commun 15, 6476 (2024) DOI: 10.1038/s41467-024-50723-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-50723-0法国里昂高等师范学院Benjamin Abécassis等通过调控有机胺分子的烷基分子链实现控制2D超薄InS纳米带的构象。含有辛基胺的正交晶系InS纳米带具有卷曲结构，形成“8”形状。将辛胺交换为油胺，导致“8”形状的InS纳米带结构打开，形成平面纳米带形貌。1）在InS晶体结构变化的过程伴随着应力的变化，随着烷基分子链的碳原子数目从4个变成18个，通过小角X射线散射光谱表征和TEM透射电子显微镜表征，发现纳米带的卷曲与InS纳米带表面配体分子之间的相互作用有关。随着配体分子长度增加，卷曲程度降低。而且，当配体的碳原子数目相同，碳链中的不饱和碳能够起到独特的效应。2）这项实验展示说明配体单分子层起到的关键作用，说明较弱的超分子作用力对于纳米材料形貌的关键作用。这种有机单层分子影响纳米晶体形貌的现象有助于理解和设计刺激响应材料体系。 Lilian Guillemeney, Sarit Dutta, Rodolphe Valleix, Gilles Patriarche, Benoît Mahler, Benjamin Abécassis*, Ligand Tail Controls the Conformation of Indium Sulfide Ultrathin Nanoribbons, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c04905https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c049058.JACS：原位Raman光谱表征阴离子交换膜电解槽的聚合物分解产物美国东北大学Sanjeev Mukerjee等基于实用氢氧根离子导电聚合物和零间隙膜构筑的阴离子交换膜电解槽器件，研究非铂族金属催化剂的性能衰减机理。1）设计了独特的测试表征平台，从而能够在恒电位作用下表征Raman光谱。表征Raman光谱的结果得到了碳酸盐电解质在较高的氧化电位分解的产物。作者通过独特的设计以及制备方法构筑3D打印流动相电解槽，从而能够进行电极表面或者电解液体相进行空间分辨的Raman光谱表征。2）在以往的研究中，人们提出氢氧化物导电离子聚合物以及膜材料分解来自多个步骤的自由基反应，由于这些自由基反应过程导致聚芳烃骨架断裂。作者通过Raman光谱表征发现羧酸和芳基官能团的信号，而且这些信号来自骨架溶解并且扩散到体相电解液的物质。 Derrick S. Maxwell, Ian Kendrick, and Sanjeev Mukerjee*, Operando Raman Spectroscopy Reveals Degradation Byproducts from Ionomer Oxidation in Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c05721https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05721
