1.南京大学Nature Nanotechnology：立体和区域定义异质纳米孔内的单分子传感由于产生位置异构体的不可控性和纯化区域限定产物的困难性，构建用于单分子传感的异聚体成孔蛋白仍极具挑战性。为了克服这些制备障碍，南京大学应佚伦等人提出了一种原位策略，其涉及对七聚体成孔蛋白进行单分子化学修饰，以构建亚基化学计量比为3:4的立体和区域特异性异聚体纳米孔（异纳米孔）。1) K238C气溶素同质纳米孔中固有的空间位阻指导了马来酰亚胺衍生物的立体和区域选择性修饰。该方法利用实时离子电流记录来促进控制电压操作，以进行化学计量修饰和基于位置的侧异构体去除。2) 单分子实验和全原子分子动力学模拟表明，异质纳米孔具有不对称的立体和区域限定的残基结构。作者通过质谱和单粒子低温电子显微镜对制备的异质纳米孔进行了表征。在概念验证的单分子传感实验中，异质纳米孔对混合物中具有单氨基酸结构和手性差异的四种肽立体异构体的无标记鉴别显示出95%的准确率。总之，定制的异质纳米孔可以促进单分子传感。
Wei Liu et.al Single-molecule sensing inside stereo- and regio-defined hetero-nanopores Nature Nanotechnology 2024DOI: 10.1038/s41565-024-01721-2https://doi.org/10.1038/s41565-024-01721-22.张华等JACS：晶面控制合成非常见晶相合金HOR电催化金属纳米材料的晶面调控和晶相工程是调节物理化学性质以及改善金属纳米材料应用的重要策略。但是，如何调整非常规晶相的金属纳米材料的暴露晶面仍然是一个巨大挑战，这个问题阻碍了人们对性能和功能有关的晶面效应的深入研究。有鉴于此，香港理工大学朱叶教授、黄勃龙教授、香港城市大学张华教授、北京科技大学葛一瑶等使用具有非常规六方密堆积（hcp，2H型）相的Pd纳米粒子（称为2H-Pd）作为晶种，发展了一种选择性外延生长方法，调节2H-Pd晶种之上的二次生长方向，并且得到Pd@NiRh，分别得到2H相的纳米板（NPL）和纳米棒（NR），称为2H-Pd@2H-NiRh NPLs和2H-Pd@2H-NiRh NRs。1）与纯镍相比，2H-Pd@2H-NiRh NRs比2H-Pd@2H-NiRh NPLs在2H-NiRh壳上暴露更多的（100）h和（101）h晶面。 当2H-Pd@2H-NiRh NRs用作氢氧化反应（HOR）电催化剂，与面心立方（fcc）（fcc-NiRh）的NiRh合金或者2H-Pd@2H-NiRh NPLs相比，2H-Pd@2H-NiRh NR显示出优异的活性。说明晶面控制在提高非常规晶相金属纳米材料催化性能中起到的关键作用。2）DFT密度泛函理论计算结果说明2H-Pd@2H-NiRh NRs的优异催化活性来自2H-NiRh壳表面具有更多的暴露（100）h和（101）h晶面，这些晶面具有更高的电子转移效率、更合适的H*结合能、更强的OH*结合能、而且HOR的决速步能垒更低。
Xixi Wang, Yiyao Ge*, Mingzi Sun, Zhihang Xu, Biao Huang, Lujiang Li, Xichen Zhou, Shuai Zhang, Guanghua Liu, Zhenyu Shi, An Zhang, Bo Chen, Qingbo Wa, Qinxin Luo, Ye Zhu*, Bolong Huang*, and Hua Zhang*, Facet-Controlled Synthesis of Unconventional-Phase Metal Alloys for Highly Efficient Hydrogen Oxidation, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c08905https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c089053.西湖大学JACS：解析氧化物电极的表面和体相分别的作用具有氧化还原活性的过渡金属氧化物在能源存储和转化领域非常重要，比如电池以及电容器领域。具有氧化还原活性的过渡金属氧化物材料具有电化学存储电荷的功能，而且同时具有体相离子嵌入能力和表面附近的伪电容的功能。但是，由于复杂共存的行为，导致人们对于具有氧化还原活性的过渡金属氧化物材料的电荷存储机理并没有搞清楚。有鉴于此，西湖大学陆启阳博士等通过原位电化学和光学测试技术进行结合，弄清了体相和表面分别起到的功能与作用。1）在δ-MnO2-x模型氧化物中，考虑了表面的伪电容层，设计了考虑表面反应和体相扩散的精确模型。2）这个研究方法能够精确的研究电化学的动力学参数，从而揭示表面和体相电化学过程。这项先进的研究有助于合理的设计能量存储器件，增强材料对于特定功能应用的设计和调控。
Luhan Wei, Yang Hu, Yiwei Huang, Ying Lu, Zihan Xu, Nian Zhang, and Qiyang Lu*, Deconvoluting Surface and Bulk Charge Storage Processes in Redox-Active Oxides by Integrating Electrochemical and Optical Insights, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09261https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c09261铬（Cr）和砷（As）是两种最严重的水体污染物，它们具有高毒性，而且在各种水体中普遍存在。虽然人们开发了吸附和离子交换工艺从水中去除包括重金属在内的有毒污染物，但是这些技术在对于铬和砷的含氧阴离子处理的性能和稳定性仍然比较低。有鉴于此，加州大学伯克利分校Jeffrey R. Long教授等报道多元醇官能化多孔芳香框架（PAF）吸附材料。这种材料利用螯合作用、离子交换、氧化还原和氢键相互作用，能够从水中选择性的捕获铬和砷，作者通过一系列表征技术（包括X射线吸收和X射线光电子能谱）研究这些材料与铬和砷的结合机制。1）吸附研究表明，由于其独特的化学性质、非常高的孔面积、高官能团负载比例，官能化的多孔芳香框架（PAF）具有选择性、瞬时（在10秒内达到平衡容量）吸附和高结合容量（2.5 mmol/g）等多个优势。循环测试进一步证明，性能最好的PAF材料通过温和的酸碱清洗处理回收，在十次循环吸附-解吸过程中，没有可测量的性能损失。2）作者建立了PAF材料的设计方法，从水体中选择性地去除铬、砷和硼。作者发现，带有类似结构的结合基团PAF在吸附行为上表现出明显的区别，这说明配体的长度和化学性质之间结合的重要性。
Adam A. Uliana, Ethan R. Pezoulas, N. Isaac Zakaria, Arun S. Johnson, Alex Smith, Yubing Lu, Yusuf Shaidu, Ever O. Velasquez, Megan N. Jackson, Monika Blum, Jeffrey B. Neaton, Junko Yano, and Jeffrey R. Long*, Removal of Chromium and Arsenic from Water Using Polyol-Functionalized Porous Aromatic Frameworks, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c05728https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c057285.Angew：闪速加热稳定单原子Co-N5作为双功能催化剂理性设计修饰在碳载体上的过渡金属单原子催化剂需要精确的放置含过渡金属原子的分子，但是通常在热解处理过程中发生结构坍塌，导致堵住单原子，这个问题导致如何控制单原子的利用效率和配位环境变得非常挑战。有鉴于此，东华大学覃小红教授/季东晓研究员、南京航空航天大学彭生杰教授等提出了一种闪速加热处理方法进行原子表面吸附，从而能够进行预先设计碳纳米纤维结构，并且在加热过程中保持结构的稳定，阻止可能发生的结构坍塌问题，并且能够通过不同的闪速加热处理过程中分别形成四配位或五配位氮原子。1）理论计算和原位Raman光谱表征结果显示五氮配位Co单原子（Co-N5）位点比四氮配位Co单原子（Co-N4）在ORR催化反应中具有较低的能垒。这种闪速处理方法得到的Co-N5位点完全暴露在表面，实现了优异的原子利用效率。 2）Co-N5催化剂在碱性条件的催化反应TOF达到65.33 s-1，比20 % Pt/C催化剂高47.4倍。多孔柔性碳纳米纤维催化剂显著改善Zn-空气电池的性能，峰值功率密度达到273.8 mW cm-2，具有非常高的比容量（784.2 mAh g-1），稳定性达到600 h。这种柔性纤维Zn-空气电池能够作为可穿戴器件的功能单元，说明这种材料在柔性电子学领域的应用。
Qingliang Luo, Kangkang Wang, Qiangqiang Zhang, Wei Ding, Rongwu Wang, Linlin Li, Shengjie Peng, Dongxiao Ji, Xiaohong Qin，Tailoring Single-Atom Coordination Environments in Carbon Nanofibers via Flash Heating for Highly Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202413369https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024133696.Angew：Pd-Ni稀释型合金碱性电催化氢氧化HOR设计高活性和有价格竞争力的氢氧化（HOR）电催化剂是发展先进的阴离子交换膜燃料电池（AEMFCs）技术的关键一环。目前虽然人们发现稀金属合金（dilute metal alloys）具有非常强的碱性HOR电催化性能，但是人们对于如何进行理性设计、控制合成、电催化机理研究的关注仍非常不足。有鉴于此，加拿大国家研究院 (魁北克) 材料、能源研究所的孙书会院士、三峡大学李东升教授、伍学谦博士等报道基于构筑Pd修饰Ni剂配位聚合物并且进行低温热解，合成一系列稀Pd-Ni合金电催化剂。1）合成了一系列x % Pd-Ni合金催化剂，在碱性HOR反应中表现优异的性能。其中0.5 % Pd-Ni合金催化剂具有最高的本征催化活性，交换电流密度达到0.055 mA cm-2，这个性能超过了大多数碱性HOR催化剂。2）反应机理研究结果显示，Pd单原子/二聚体和Ni载体之间具有非常强的协同作用，能够调节质子/羟基的结合能，显著的降低HOR关键步骤的活化能垒。这项工作有助于设计先进的稀合金金属以及单原子合金材料用于碱性HOR电催化反应以及其他能源转化过程。
Yi Yuan, Xue-Qian Wu, Xi Yin, Heng-Yu Ruan, Ya-Pan Wu, Shuang Li, Guangtong Hai, Gaixia Zhang, Shuhui Sun, Dong-Sheng Li, Dilute Pd‐Ni Alloy through Low‐temperature Pyrolysis for Enhanced Electrocatalytic Hydrogen Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202412680https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202412680 7.Nature Commun.：具有定制超分子界面的高效钙钛矿太阳能电池的稳定化钙钛矿薄膜和载流子传输层之间的界面缺陷的存在对钙钛矿太阳能电池（PSC）的性能和稳定性提出了重大挑战。鉴于此，来自洛桑联邦理工学院Michael Grätzel、复旦大学张鸿和华北电力大学姚建曦等人引入了一种双主客体（DHG）络合策略来调节富含FAPbI3的PSC的本体和界面性质。1) 该研究通过核磁共振波谱，观察到双重处理的协同效应，并且，电光特性表明，DHG策略不仅可以钝化缺陷，还可以增强载流子的提取和传输，值得注意的是，采用DHG策略可以产生功率转换效率（PCE）为25.89%（认证为25.53%）的PSC；2) 这些DHG修饰的PSC表现出增强的操作稳定性，在一个阳光照射下连续运行1050小时后，其初始PCE保持在25.55%的96.6%以上，这是近期报道中的最高初始值，这项工作为通过超分子工程稳定高效钙钛矿光伏奠定了一条有前景的途径，标志着该领域的重大进展。
Zhao, C., Zhou, Z., Almalki, M. et al. Stabilization of highly efficient perovskite solar cells with a tailored supramolecular interface. Nat Commun 15, 7139 (2024). 10.1038/s41467-024-51550-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-51550-z8.Adv Mater：多孔聚合物电化学捕获CO2碳捕获是一种很有前途的技术，可以减少温室气体排放，实现碳中和。电化学波动反应吸附（ Electro-swing reactive adsorption）已成为可持续脱碳的一种有吸引力的方法。但是目前仍然缺乏高效率的气体传输电极，阻碍了碳捕获技术的实际应用和发展。有鉴于此，麻省理工学院T. Alan Hatton等报道开发多孔聚合物电极，能够增强CO2的传输，而且不需要添加额外的气体扩散导管。 1）这种一体式多孔电极能够将CO2吸附的氧化还原活性位点（如醌）更容易接近，从而使材料利用效率提高了≈90%。进一步证明了在实际工作条件下具有高法拉第效率和出色稳定性的连续流通碳捕获和释放操作。2）由于具有低成本和优异的机械力学性能，这种多孔聚合物电极有助于电化学分离技术的发展和进步。Youhong Guo, Michael Massen-Hane, Grace Endy, T. Alan Hatton, Porous Polymeric Electrodes for Electrochemical Carbon Dioxide Capture, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202407567https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202407567
