1. Nature Commun.: 表面气泡的电晕促进电化学反应
气体产物的析出是几种电化学过程的共同特征，通常会导致气泡粘附到电极表面。粘附的气泡会减小电极的有效面积，因此通常被视为电化学惰性实体。有鉴于此，澳大利亚科廷大学Simone Ciampi教授、西澳大利亚大学K. Swaminathan Iyer和澳大利亚国立大学的Michelle L. Coote教授等人，研究发现在水中运行的阳极上，表面的静态气泡不是惰性的空腔，而是高反应活性氧化还原位点。1）通过对电化学发光系统的成像，以及对气泡周围聚合物生长各向异性的研究，证明了附着在电极表面的气体腔比无气泡的电极区域更能有效地引发水溶性物质的氧化。2）附着气泡的电化学反应性源自其电晕累积不平衡过量氢氧根阴离子的能力。在电极表面附近，不平衡的阴离子被氧化为高反应性羟基自由基。3）气泡的电晕会累积氢氧根阴离子，而阳离子不平衡，这种现象会导致氢氧根离子氧化为羟基自由基，且电势至少比氧化还原表所列值低0.7V。总之，气泡电晕处氢氧根氧化的下移可能是引发水中非均相电化学反应的一般机理，并且可以用于化学合成中。
Yan B. Vogel et al. The corona of a surface bubble promotes electrochemical reactions. Nat Commun, 2020.DOI: 10.1038/s41467-020-20186-0https://doi.org/10.1038/s41467-020-20186-0
2. Chem. Soc. Rev.: 水分解光催化剂的表征研究
由于不断增长的能源消耗和燃烧化石燃料造成的全球变暖威胁，光驱动催化的研究已变得极为重要。在模仿大自然利用太阳能将H2O分解为H2和O2的人工光合作用方面，人们付出了大量的努力。目前正在开发新颖的半导体和分子光催化剂，其集中于通过单组分光催化剂的一步激发过程或模仿自然光合作用的Z-方案的两步激发过程。分析和物理化学方法可提供不同时间和长度范围的信息，用于对导致催化活性的所有过程进行基本了解，例如光吸收，电荷分离，电荷向反应中心的转移和催化转化，以及了解光催化活性材料的降解过程。特别是分子型光催化剂由于反应性中间体的形成而导致降解，长期稳定性仍然有限。有鉴于此，德国耶拿光子技术研究院Maria Wächtler等人，重点介绍了光谱、光谱电化学和电化学方法在研究半导体和(超)分子光催化剂过程中的潜力。1）特别强调的是光谱方法，以研究顺序电子转移链中间产物的光诱导过程。此外，对主要用于半导体和杂化光催化材料的微观表征方法进行了综述，因为表面积，结构，晶面，缺陷以及诸如结晶度和晶体尺寸的本体性质是电荷分离，转移过程和抑制电荷重组的关键参数。扫描探针显微镜的最新发展也将被重点介绍，因为这种技术非常适合研究光催化活性材料。2）目前在理解多电子过程和光催化的基本机制方面已经取得了实质性的进展。为了使光驱动光催化在经济上具有竞争力，仍然需要解决诸如效率、稳定性/降解、器件集成等重大挑战。迄今为止，关于光催化剂的降解途径、反应性变化的信息仍然很少，特别是当与异质载体（例如金属氧化物或聚合物）进行界面结合以进行器件开发时。这需要原位和操作光谱，散射和显微技术的进一步发展。尽管光束时间和成本仍然限制了催化研究中更广泛的应用，但同步加速器辐射源的使用改善了空间和时间分辨率。3）合成化学家、材料科学家、高级分析和物理化学表征方法专家以及理论化学家/物理学家之间的密切协同合作必将使未来的发展受益。特别是，诸如DFT建模和多尺度建模之类的计算研究描述了催化反应并理解了潜在的机理，并深入了解了分子水平以外的分子-材料相互作用，这对于材料的合理设计以及对实验的验证非常重要。量子力学建模必须从很少的原子扩展到嵌入复杂环境中的大型超分子聚集体。例如，连续溶剂化模型可用于预测溶剂化分子的性质和过程。此外，在混合QM/MM方法中，基于分子力学(MM)耦合量子力学方法可替代经典描述被用来模拟光诱导过程。
光催化学术QQ群：927909706Christine Kranz et al. Characterizing photocatalysts for water splitting: from atoms to bulk and from slow to ultrafast processes. Chem. Soc. Rev., 2020.https://doi.org/10.1039/D0CS00526F
3. Chem. Rev.: 高压扫描隧道显微镜
表面结构不仅是材料的特性，而且还取决于其周围的环境。在环境条件下，表面结构会动态地适应其环境，往往会形成全新的结构。有鉴于此，美国劳伦斯伯克力国家实验室Miquel Salmeron和魏茨曼科学研究院Baran Eren等人，综述了由一种新的表征工具:高压扫描隧道显微镜，带来的表面结构研究的新进展，包括过渡金属，氧化物，和合金。1）综述了对在mTorr到大气压范围内存在气体的情况下对晶体材料表面结构的最新研究进展，将表面科学引入一个全新的方向。强调了高/环境压力与环境温度密切相关，因为只有在足够高的气体压力下达到平衡时，弱相互作用的物质才能在室温下密集地覆盖表面。同时，环境温度有助于克服阻碍扩散和反应的活化障碍。即使是具有弱结合能的物质也可以在表面停留，从而允许它们触发原子结构的重建。2）可以将HPSTM的研究分为两大类:吸附研究和反应研究。在环境压力下对低米勒指数单晶表面的吸附研究显示了四种不同的结果:(1)吸附层具有与低压-低温状态相同的结构。金属的结构保持不变。(2)在表面形成了致密的被吸附物层，这是以前没有观察到的。金属的结构保持不变。(3)衬底表面通过分解成簇进行重构。当在易于重构的表面上观察到这种现象时，该现象并不令人惊讶，因为初始表面已经很容易发生变化。(4)一个令人意外和有趣的情况是未重构表面分解成簇，在Cu和台阶Pt表面上可以观察到这种现象。3）该综述中总结的其他吸附研究主要是在相邻表面、金属上的氧化膜和双金属表面进行的。发现CO比低密勒指数表面更容易重组Pt和Ni的邻接表面。类似地，O2氧化并因此改变Pt和Ag上台阶边缘的形态，而台阶则保持金属性。在双金属表面，在存在气体的情况下观察到脱合金和表面分离现象。这两种现象在纳米催化剂的光谱实验中已经被多次观察到。有趣的是，在双金属表面，观察到多个CO分子可以吸附在Ni和Co原子上，类似于羰基分子。HPSTM领域未来应该关注其他工业上重要的反应，如乙烯氧化、甲醇氧化、甲烷重整等。
Miquel Salmeron et al. High-Pressure Scanning Tunneling Microscopy. Chem. Rev.. 2020.DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00429https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00429
4. Matter: 苯肼与卤素离子协同调控高效锡基钙钛矿太阳能电池
凭借其合适的禁带宽度和环境友好特性，有机-无机杂化锡（Sn）基钙钛矿而受到广泛关注，但是Sn2+的自然氧化，使其对应的太阳能电池的光照稳定性和效率仍大幅度落后于铅基钙钛矿太阳能电池。鉴于此，北京大学Zhiwei Liu和Zuqiang Bian等人通过实验和理论计算，成功地证明了通过组合引入苯肼阳离子（PhNHNH3+）和卤素阴离子（Cl-和Br-）可以显著提高FASnI3（FA代表NH2CH = NH2+）的光照稳定性。1）首先，通过配位调控薄膜，抑制相分离，薄膜显示出光滑而大的晶粒，减少了缺陷，器件装置具有出色的放置和光照稳定性。2）最终的器件实现了13.4％（经认证的12.4％）的功率转换效率；这是迄今为止报道的非铅钙钛矿太阳能电池中的最高效率。同时，经过优化的器件在AM1.5G光照下，在330小时内可保持原始效率的82％。该方法为提高锡基钙钛矿的光照稳定性和效率提供了一种通用的方法。
光电器件学术QQ群：474948391Chengbo Wang et al. Illumination Durability and High-Efficiency Sn-Based Perovskite Solar Cell under Coordinated Control of Phenylhydrazine and Halogen Ions, Matter, 2020.DOI: 10.1016/j.matt.2020.11.012https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(20)30629-9
5. Matter: 分子工程助力高效二维钙钛矿太阳能电池
具有出色的稳定性和光电性能的二维（2D）钙钛矿引起了人们对于钙钛矿太阳能电池（PSC）使用的极大兴趣。迄今为止，由于2D量子阱中较高的复合损失，二维钙钛矿中的有机间隔物阳离子不仅充当光生电荷载流子的绝缘势垒，而且还充当电子-空穴对之间静电相互作用的介电减速剂。鉴于此，北京航空航天大学Yuan Zhang，国家纳米科学中心Huiqiong Zhou和陕西师范大学Kui Zhao等人提出了一种有效的策略，即通过间隔阳离子（乙胺到己胺）之间的范德华相互作用来实现修饰的结晶和量子受限行为，以提高二维Ruddlesden-Popper（2DRP）PSC的光伏效率。1）首先，提出了一种新的二维Ruddlesden-Popper钙钛矿（AA）2MA3Pb4I13。戊胺表现出最适合二维钙钛矿的离子半径。通过使用最佳的戊胺（AA）间隔基，已经实现了具有良好对齐的相位排列，具有更少的不利n值种类和减少的激子结合能的高质量2D钙钛矿，从而导致通过不同n值组分的足够电荷转移。2）基于最佳的戊胺间隔基，对应的器件可以实现18.42％的最佳PCE（n = 4），显示开路电压为1.25 V，填充因子超过0.8。除了对2DRP钙钛矿材料的基本原理有深入的了解之外，所展示的高效器件性能和稳定性指标还有助于推动这一新兴光伏技术的实际应用。
光电器件学术QQ群：474948391Guangbao Wu et al. Molecular Engineering for Two-Dimensional Perovskites with Photovoltaic Efficiency Exceeding 18%, Matter, 2020.https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.11.011https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520306287#!
6. EES综述：电化学氮还原合成氨的研究进展：提高催化活性和选择性的策略
Haber-Bosch于1913年创立的现代合成氨工业成功地改变了食品生产的历史，满足了爆炸性的人口增长，也为多相催化和化学工程奠定了基础。然而，其依靠化石燃料生产H2的反应物消耗了全球1-3％的电能和2-5％的全球天然气，并且每年排放超过4亿吨的CO2。利用水作为质子源和电能驱动合成氨反应，可以减少化石燃料消耗和CO2排放，被认为是传统Haber-Bosch工艺的绿色可持续替代方案。迄今为止，研究人员已经发表了一些关于电化学合成氨（NRR）的出色综述，但其中大多数是根据催化剂的类型进行总结，很少有对用于NRR的电催化剂性能改进的策略进行系统总结。有鉴于此，中科院过程工程研究所张锁江院士综述和讨论了电化学NRR的最新进展以及提高其活性和选择性的策略。1）作者首先简要概述了氮气还原反应机理和最新理论进展。然后，系统地总结了提高催化剂和催化体系反应活性和选择性的策略。迄今为止，人们已经提出了各种策略来解决NRR的活性和选择性问题，大致可以分为以下两类：i）精心设计电催化剂，以改善其对NRR的固有催化性能（结构优化、杂原子掺杂、空位工程、表/界面工程和协同效应）；ii）综合开发电催化系统，以提高NRR的整体性能（电解液开发和其他策略）。2）作者最后总结了电化学NRR反应的标准，NH3的定量方法，同时，为了实现NRR的实用化，进一步提出了电化学氨合成研究的流程图：i）首先精准设计NRR实验，将氮污染降至最低，并确保数据的可靠性；ii）对于NRR催化剂的设计，着重考虑其对N2的吸附和活化能力；iii）关于NRR催化体系的设计，以及；iv）利用原位实验技术捕捉和鉴定反应中间产物以及NRR催化剂的微观变化至关重要；v）最后，在报道优异性能结果时，基于极低的NH3产量，以及氮污染物的无处不在，在研究所获得的出色实验数据时，应格外注意。
电催化学术QQ群：740997841
Bing Yang, et al, Recent progress on electrochemical synthesis of ammonia from nitrogen: Strategies to improve the catalytic activity and selectivity, Energy Environ. Sci., 2020https://doi.org/10.1039/D0EE02263B
7. Angew：铜阳极上大面积二维金属有机骨架膜的电化学合成
具有良好超分子结构的金属有机骨架（MOF）材料由于其优异的物理和电学性能，受到了广泛的研究关注。然而，大面积二维MOF薄膜的制备仍然是一个巨大的挑战。电化学（EC）合成是制备MOF的一种有效方法，目前已经通过极化或电沉积的方法合成了HKUST-1、ZIF-8、MIL-100(Fe)和MIL-53(Al)等几种典型的MOFs。尽管电化学法具有环境友好、效率高、操作简单等优点，但MOF微晶的低电学性能并没有引起人们的广泛关注。近日，中科院化学所刘云圻院士，陈建毅研究员报道了通过EC合成技术，在单晶Cu(100)阳极上原位生长了大面积的2D Cu3(HHTP)2（HHTP：2,3,6,7,10,11-六羟基三苯基）MOF薄膜。1）HTTP粉末溶解在去离子水中，并通过滴入氨水进行去质子处理。将两片铜箔用作阳极和阴极，并浸入上述溶液中以构建EC反应池。通过施加适当的电压，Cu2+离子可以从Cu阳极释放，然后与HHTP阴离子发生反应，从而在Cu阳极上形成Cu3(HHTP)2 MOF膜。2）所合成的MOF薄膜具有较高的结晶质量，其电导率约为0.087 S cm-1，比以往报道的界面法制备的相同材料的电导率高出约1000倍。重要的是，该MOF膜可以通过聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）转移技术转移到任意基材上，而不会受到损坏。3）采用相同的策略在Cu箔上合成了Cu2(MTCP)，Cu3(BTPA)2和Cu3(TPTC)2 MOF薄膜，证实了该方法的通用性。这种可控的EC方法可以有效地应用于铜箔上2D MOF膜的工业规模生产。
多孔材料学术QQ群：813094255Youxing Liu, et al, Electrochemical Synthesis of Large Area Two-Dimensional Metal–Organic Framework Films on Copper Anodes, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI: 10.1002/anie.202012971https://doi.org/10.1002/anie.202012971
8. Angew：人工异质界面的精细反应动力学用于析氢和肼氧化催化
电化学水分解制氢受到阳极析氧反应（OER）动力学迟缓的限制，因此采用肼氧化反应（HZOR）以替代OER受到了广泛关注。近日，中科大谢毅院士，章根强教授，肖翀教授报道了在泡沫镍上原位生长具有丰富的Ni3N-Co3N异质界面的分级多孔纳米片阵列（Ni3N-Co3N PNAS/NF），其在碱性电解液中对HER和HZOR催化都表现出优异的双功能性。1）实验结果显示，1.0 M KOH中，在43 mV的低过电位（η）下获得10 mA cm-2的电流密度和35.1 mV dec-1的低塔菲尔斜率。同时，在1 M KOH/0.1 M N2H4电解液中，HZOR只需要-88 mV（vs.RHE）的超低工作电位，电流密度可以达到10 mA cm-2，更令人印象深刻的是，在200 mV（vs.RHE）的小工作电位下，可以达到1000 mA cm-2的超高工业级电流密度。此外，在采用Ni3N-Co3NPNAS/NF电极作为双功能电催化剂的双电极电解槽中，0.071和0.76V的低槽电压分别可产生10和400 mA cm-2的电流密度，这表明与OWS相比，其具有很大的节能潜力。2）研究人员利用自制的Ni3N-Co3N PNAS/NF阳极直接肼燃料电池（DHzFC）作为动力源，集成了一套概念验证的OHzS，在较低肼浓度的碱性电解液中可以获得较高的产氢速率（0.65 mmol h-1）。此外，当使用开路电压为1.0 V的商用太阳能电池进行供电时，其具有出色的OHzS性能，电流密度可达214 mA cm-2。3）密度泛函理论（DFT）计算表明，与纯Ni3N或Co3N相比，Ni3N和Co3N异质界面之间的界面电子转移可以同时产生更高的热中性氢吸附自由能(∆GH*)，并促进肼的脱氢动力学。该研究工作提供了利用精细的纳米结构工程技术开发实用的过渡金属氮化物基电催化剂的可能性，并有望促进节能制氢应用的发展。
电催化学术QQ群：740997841
Qizhu Qian, et al, Artificial Heterointerfaces Achieve Delicate Reaction Kinetics towards Hydrogen Evolution and Hydrazine Oxidation Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.202014362https://doi.org/10.1002/anie.202014362
9. Nano Lett.：纳米组装体为模板的超薄多孔碳氢化合物膜
多孔聚合物膜被广泛用作催化剂载体，传感器和用于分离膜的活性层。近日，芝加哥大学Grayson L. Jackson等报道了一种用于制备具有垂直连续纳米孔的2D和3D碳氢化合物膜的模块化方法。1）对自由悬浮的金或Fe3O4纳米粒子（NP）单层片进行电子束辐照，然后进行湿法化学刻蚀是模板化二维（2D）多孔交联碳氢化合物膜的高保真策略。这种依靠NP核产生的二次电子的方法，可以进一步用于将三维（3D）阶梯状金NP超晶转变为3D多孔碳氢化合物膜。2）作者通过电子断层扫描来研究了NP层（单层到五层）的数量如何控制主要电子束的衰减和散射，进而决定配体的交联密度和3D孔结构。电子断层扫描还显示，由于纳米粒子的优先烧结，许多纳米孔在垂直方向上是连续的。该工作报道了一种构建功能纳米多孔材料的新途径，对多孔聚合物膜材料的应用具有重要意义。
多孔材料学术QQ群：813094255
Grayson L. Jackson, et al. Ultrathin Porous Hydrocarbon Membranes Templated by Nanoparticle Assemblies. Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03450https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c03450
10. ACS Energy Lett.: InP胶体量子点衍生催化剂将CO2电还原为甲酸盐
使用可再生电力驱动的电化学还原CO2（CO2RR）能够使工业烟气中的二氧化碳(最终是大气中的二氧化碳)稳定下来。在CO2RR生产的日用化学品中，甲酸盐在CO2还原时仅需要两个电子，作为专用液体产品生产时很容易分离，并且可以有利地转化为甲酸，而甲酸是氢的运输载体。InP胶体量子点（CQDs）作为形成CO2RR电催化剂的前催化剂具有重要的研究意义。有鉴于此，加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授等人，报告了法拉第效率（FE）为93％的CO2电还原生产甲酸盐，部分电流密度为930 mA cm-2，根据先前的技术经济分析，达到了潜在的工业应用水平。1）设计了一种使用InP胶体量子点（CQDs）合成的催化剂：封端配体交换引入了表面硫，而XPS揭示了具有硫保护的氧化铟和铟金属的活性催化剂的生成。2）为了使CQD可溶于阴极前体墨水中，用6-巯基己醇(6-MPE)交换了覆盖CQD表面的天然疏水性油酸配体。3）表面金属铟位点吸附并还原CO2分子，硫位点裂解水并提供质子。每个量子点的大量暴露的表面铟位点能够在低催化剂负载下实现较高的甲酸生产率。纳米层在负电位下的高导电性使其具有较大的电流密度。
电催化学术QQ群：740997841
Ivan Grigioni et al. CO2 Electroreduction to Formate at a Partial Current Density of 930 mA cm–2 with InP Colloidal Quantum Dot Derived Catalysts. ACS Energy Lett., 2020.DOI: 10.1021/acsenergylett.0c02165https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02165
11. Biomaterials综述：AIE分子用于微生物检测和抗菌治疗
香港科技大学唐本忠院士和Ryan T. K. Kwok对AIE分子在微生物检测和抗菌治疗等领域中的应用进行了综述。1）致病性微生物会在宿主体内引起感染或疾病，从而对人类健康产生持续威胁。在20世纪40年代，抗生素被首次用于治疗各种感染和疾病。然而，由于耐抗生素微生物的出现，使得这些原本有效的药物不再具有显著的治疗效果。因此，研究人员也在加快研究和开发新的抗菌系统和策略。近年来，具有聚集诱导发光特性的分子（AIEgens）被证明可作为检测微生物和抗菌治疗的重要荧光工具。2）作者在文中着重介绍了基于AIEgens的生物功能材料和系统在微生物检测和抗菌治疗领域中的最新研究进展。AIE荧光探针具有灵敏度高、响应快等优点，可用于细菌超快成像、细菌分类和病原鉴别。对微生物进行早期检测和鉴定有助于更科学地研究其对抗生素的耐药机制。此外，基于AIEgens的光敏剂(AIE-PSs)也具有较强的光敏性，因此其对耐多药细菌和细胞内的细菌也有良好的杀灭效果。
生物医药学术QQ群：1033214008Haotian Bai. et al. AIEgens for microbial detection and antimicrobial therapy. Biomaterials. 2020https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220308449
12. ACS Catalysis：揭示Cr2O3/ZSM‑5催化剂上沸石形态对合成气选择性转化为轻芳烃的关键因素
利用氧化物-沸石双功能催化剂将合成气一步转化为芳烃（STA），是一条很有前途的芳烃生产途径。然而控制芳烃分布，提高苯、甲苯和二甲苯（BTX）的选择性仍然是一个很大的挑战。有鉴于此，中石化集团谢在库院士，Yangdong Wang，复旦大学贺鹤勇教授报道了在Cr2O3/ZSM-5催化合成气制芳烃反应中，芳烃分布或BTX选择性与ZSM-5的晶粒大小密切相关，其中b轴方向的大小是最直接的影响因素。通过对芳构化反应和烷基化反应的解耦，研究人员揭示了催化体系中烷基化反应和芳构化反应之间的半定量关系。1）芳环SC9+/A的取代率反映了烷基化与芳构化的相对速率，并且用于半定量评估双官能催化剂。研究人员揭示了SC9+/A对Cr2O3/ZSM-5中的形态参数（1/b）的线性关系。通过沿b轴改变ZSM-5沿b轴的晶体尺寸，可以容易地调节芳烃分布。2）研究人员通过Zn与ZSM-5的离子交换，进一步提高了催化剂的芳构化活性，并开发出一种双功能催化剂，其时空产率（BTX）高达2.47 mmol g-1 h-1（基于碳），BTX选择性达到49.1％。该研究对于未来工业应用中调整芳烃分布，以应对不同STA的市场需求波动具有一定的指导意义。
纳米催化学术QQ群：256363607
Chang Liu, et al, Insights into the Key Factor of Zeolite Morphology on the Selective Conversion of Syngas to Light Aromatics over a Cr2O3/ZSM‑5 Catalyst, ACS Catal. 2020DOI: 10.1021/acscatal.0c03658https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c03658
