1. JACS: 高电导性的三维四羟基醌基金属-有机骨架
近年来，由于导电金属-有机骨架（cMOF）在电化学能量存储，电催化和传感应用方面具有巨大潜力，因此已成为人们关注的热点。迄今为止，大多数cMOFs都是二维结构，而3D cMOFs仍然很少。有鉴于此，斯坦福大学鲍哲南教授等人，报道了一种由四羟基-1,4-醌(THQ)和硫酸铁(II)合成的（3D）三维cMOF化合物FeTHQ。1）提出了一个混合价cMOF, FeTHQ，在立方三维框架中具有高导电性。发现其电导率对化合价变化很敏感。2）FeTHQ在300 K时显示出3.3±0.55 mS cm-1的电导率，对于3D cMOFs来说是很高的。FeTHQ的电导率与价有关。所制备的FeTHQ所测得的电导率比用空气氧化的和萘化钠还原的样品高。3）FeTHQ的高导电性表明，为了实现有效的远程电荷输运，方平面共轭并不是必须的，并且可以通过非平面的配位几何构造三维导电MOFs。由于具有高导电性和丰富的氧化还原化学，FeTHQ可能在电化学应用如超级电容器和电池中显示出巨大的潜力。
多孔材料学术QQ群：813094255Gan Chen et al. Valence-Dependent Electrical Conductivity in a 3D Tetrahydroxyquinone-Based Metal–Organic Framework. J. Am. Chem. Soc., 2020.DOI: 10.1021/jacs.0c09379https://doi.org/10.1021/jacs.0c09379
2. JACS：阳离子束缚的可流动聚合物界面用于金属锂的稳定沉积
许多储能装置共同面临的一个根本挑战是电极−电解液界面的复杂电化学，这会影响其库仑效率、运转速率和寿命。具体而言，在能量密集的锂金属电池中，充电/放电过程导致金属负极的结构异质性，从而由于短路和容量衰减而引发电池故障。近日，斯坦福大学鲍哲南教授，崔屹教授，Snehashis Choudhury报道了基于吡咯烷基阳离子（Py+TfSI-）的有机盐具有比Li/Li+低的还原电位（-3.17V vs SHE），为聚合物界面提供了一种设计策略。1）研究发现，结合该有机盐的界面可以抵抗电化学击穿，同时促进锂离子的传输并调节电极表面的电荷转移过程。此外，研究人员在聚合物体系中加入了低Tg氟烷基侧链，以提供电极表面的流动性，同时防止与本体电解质的界面副反应。2）聚合物的动力学和离子在这些聚合物材料中的输运取决于超分子离子相互作用，这种相互作用可以通过系留离子含量或阴离子化学来调节。进一步研究发现，阳离子聚合物对任何外部电场刺激都有响应，进而实现了独特的“屏蔽机制”，从而抑制锂沉积过程中的形态不稳定性，延长电池寿命和提高库仑效率。该机理不同于先前报道的聚合物界面，后者基于以下策略：通过锂聚合物反应形成稳定的SEI，高Li+转移数界面，以及SEI形成盐添加剂的控释。该研究工作所提供的聚合物设计策略可以与先前的策略协同发展，以开发高度稳定的电极-电解质界面，从而进一步提高锂金属电池的性能。
电池学术QQ群：924176072Zhuojun Huang, et al, A Cation-Tethered Flowable Polymeric Interface for Enabling Stable Deposition of Metallic Lithium, J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c09649https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c09649
3. Chem：18-冠-6-醚组装Zr基MOF合成和手性应用
Zr-羧酸结构MOF材料具有多样的结构变化，这是因为其配位键较强。目前，Zr的三维MOF材料中通过Zr-O键切断、形成过程进行拓扑学转变的相关研究很少，有鉴于此，上海交通大学崔勇、刘燕，美国西北大学Omar K. Farha等报道了一种高度柔性18-冠-6-醚官能团引入均手性Zr-MOF材料，通过拓扑应力实现了SC-SC拓扑学结构转变。该转变过程无需任何外部刺激，通过选择性的对连接体消除实现拓扑学结构变化。1）在固体状态中，18-冠-6-醚结构中含有显著的振动，导致拓扑结构中含有应力，随后会引发选择性的发生连结体的形变、消除。这种拓扑结构变化是形成多孔结构、稳定萤石晶相的原因。2）作者通过单晶、X射线衍射方法对该过程变化情况进行捕捉。通过这种过程，构建了一种高度多孔化稳定3D萤石结构MOF材料，该材料作为对映选择性固体吸附剂材料，以较高的对映选择性进行固相分离lansoprazole。
多孔材料学术QQ群：813094255Wei Gong, et al, Topological Strain-Induced Regioselective Linker Elimination in a Chiral Zr(IV)-Based Metal-Organic Framework, Chem 2020DOI: 10.1016/j.chempr.2020.11.008https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245192942030591X
4. Angew.: 用于电催化还原CO2和水分解的原子分散反应中心
开发替代传统能源的电催化能量转换技术有望解决化石燃料的枯竭和相关的环境问题。探索稳定、高效的电催化剂对于这些技术的推广至关重要。单原子催化剂(SACs)在载体上具有原子分布的活性位点，是催化领域的新兴材料，具有广泛的应用前景。合理设计的近程配位环境、远程电子相互作用和配位域的微环境对SACs的反应机理和相关催化性能有很大影响。有鉴于此，南洋理工大学楼雄文教授，对用于电催化还原CO2和水分解的原子分散反应中心的一些最新进展进行了综述。基于各种原位表征研究的最新进展，阐述了催化机理和潜在的结构-活性关系。最后，通过强调单原子催化发展的挑战和前景，有望为今后电催化能量转换的SACs研究提供一些启发。1）SAC具有独特的几何结构和电子结构，在过去十年中取得了巨大的进步，并在非均相催化方面表现出优异的性能。SAC还通过在异质载体上提供均相分散的反应中心，为桥接均相和异相催化提供了一个平台。从催化剂的构建，表征，性能评估和机理解释等方面，对SAC的理解已迅速发展。2）尽管取得了初步的成功，但SAC的开发和应用仍然存在许多挑战。阐述了一些应对未来挑战的未来观点，研究方向和可能的解决方案。
电催化学术QQ群：740997841Xiong-Wen (David) Lou et al. Atomically Dispersed Reactive Centers for Electrocatalytic CO2 Reduction and Water Splitting. Angew., 2020.DOI: 10.1002/anie.202014112https://doi.org/10.1002/anie.202014112
5. Angew：功率和能量密度提高的水系锌碘电池助力电催化碘还原反应
水溶液中基于碘/碘化物（I2/I-）氧化还原对的阴离子-氧化还原碘-锌（I2//Zn）是最有前途的转换电池化学之一。迄今为止，大多数研究都采用非活性碳基质作为I2载体，以利用其优异的导电性、孔隙率和高比表面积。尽管这些多孔碳可以将I2约束在阴极室内，但杂乱的孔结构会导致I2的利用不足和离子扩散缓慢。普鲁士蓝类似物（PBAs）具有足够的孔隙率、连续有序的微孔通道，以及具有开放的过渡金属物种的电化学催化功能，显示出作为功能主体的应用前景。此外，PBAs的小交联孔径和I2与PBAs之间强烈的化学相互作用将促进电子/离子传输，有望提高I2的利用率，以及将I2约束在孔隙中的能力，从而获得最大的容量。近日，香港城市大学支春义教授，香港理工大学黄海涛教授报道了首次使用Co[CoxFe1-x(CN)6]（0≤x≤1）PBAs作为I2的载体，实现了催化碘还原反应（IRR），提高了反应动力学。通过与有序的孔结构相结合，所制备的电极具有前所未有的比容量和对I/I-氧化还原的充分利用。1）具有有序的三维多孔结构的Co[CoxFe1-x(CN)6] PBAs使离子在整个充放电过程中得到充分的扩散。更重要的是，金属Co和Fe物种起到了电催化的协同作用，提高了IRR的电化学动力学。2）实验结果显示，Co[CoxFe1-x(CN)6]表现出最低的IRR势垒（0.47 kJ mol-1）和超低Tafel斜率（76.74 mV dec-1），具有超快IRR动力学。密度泛函理论（DFT）计算进一步证实了Co[Co1/4Fe3/4(CN)6]中IRR的高度自发性和快速反应速率。3）所开发的Co[Co1/4Fe3/4(CN)6]/I2//Zn电池在0.1 A g-1时的比容量为236.8 mAh g-1，Emid,d为1.27 V。即使在20 A g-1的高倍率下，仍能保持151.4 mAh g-1的容量。结果显示，Co[Co1/4Fe3/4(CN)6]/I2//Zn电池具有较高的能量密度（305.5 Wh kg-1）和高功率密度（109.1 kW kg-1）。4）研究人员进一步研制了固态Co[Co1/4Fe3/4(CN)6]/I2//Zn电池，在0.1 A g-1时的容量为229.6 mAh g-1，并具有良好的柔韧性。在弯曲、挤压和滚动变形下，电化学性能均保持不变。同时，电池可以很容易地缝合到服装面料上，为电子产品供电。
电催化学术QQ群：740997841Longtao Ma, et al, Electrocatalytic Iodine Reduction Reaction Enabled by Aqueous Zinc-Iodine Battery with Improved Power and Energy Densities, Angew. Chem. Int. Ed. 2020DOI: 10.1002/anie.202014447https://doi.org/10.1002/anie.202014447
6. Angew：碳硼烷炔保护的金纳米团簇：尺寸转换和UV-Vis-NIR光学性质
结构演化是组装新型单层配体保护的金属纳米分子的有效方法。但是，炔基稳定的金属团簇的演化确很少被研究。近日，郑州大学臧双全，Zhao-Yang Wang等报道了碳硼烷炔保护的金纳米团簇[Au28(C4B10H11)12(tht)8]3+ (Au28, tht = 四氢噻吩)向[Au23(C4B10H11)9(tht)6]2+ ( Au23 )团簇的转化。1）Au28是通过一种简便易行的自还原方法，以9‐HC≡C‐closo‐1,2‐C2B10H11作为还原剂和保护剂获得的，它具有13个自由电子的开壳电子结构。2）有趣的是，Au28在甲醇中经历了完全转变，形成了一个稳定且尺寸较小的纳米簇Au23，其带有12个价电子和类晶体场的分裂超原子1D轨道。作者通过ESI-MS和UV-vis吸收光谱系统地监测了转化过程。3）此外，Au28和Au23都显示出覆盖UV / vis / NIR范围的吸收光谱和NIR发射，这有利于它们在生物医学和光催化领域的潜在应用。该工作提供了一种简便的一锅法制备具有弱还原剂的金属团簇材料的方法，这些材料可作为炔基保护的金团簇演化基础研究的模型。
晶体团簇学术QQ群：530722590Jie Wang, et al. Carboranealkynyl‐Protected Gold Nanoclusters: Size Conversion and UV‐Vis‐NIR Optical Properties. Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202013027https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202013027
7. Angew：集成电极上的NiSn原子对用于协同电催化CO2还原
电化学二氧化碳还原（CO2RR）为合成增值化学品提供了一种缓解全球变暖和能源供应问题的有效途径。然而，开发高效的CO2RR电催化剂以提高反应效率和阐明催化机理仍然是一个巨大的挑战。近日，北京化工大学卫敏教授，邵明飞教授报道了在分级集成电极上展示了一种NiSn原子对电催化剂（NiSn-APC），其在同时提高CO2RR合成甲酸盐的活性和选择性方面表现出协同效应。1）研究人员采用两步法制备了集成纳米结构NiSn-APC电极：首先，以锌基沸石咪唑骨架（ZIF-8）阵列为前驱体，通过热解处理在柔性碳布上制备了N掺杂碳纳米片阵列；然后，通过浸渍和随后的热解处理，将Sn和Ni原子锚定在制备的掺氮碳纳米片上。2）高角度环状暗场扫描透射电子显微镜和扩展X射线吸收精细结构表征结果显示，NiSn原子对由相邻的Ni和Sn分别与4个氮原子配位组成（N4-Ni-Sn-N4）。3）实验结果显示，所制备的NiSn-APC对CO2RR具有优异的甲酸催化活性，周转频率为4752 h-1，甲酸盐产率为36.7 mol h-1gSn-1，活性中心利用率为57.9%，均优于已报道的单原子催化剂（SACs）。4）原位衰减全反射红外光谱（ATR-IR）和密度泛函理论（DFT）计算结果证实了相邻Ni对Sn的电子再分布作用，从而降低了*OCHO中间体的能垒，使得势能决定步骤在热力学上自发进行。NiSn对CO2RR的协同催化作用为合理设计和制备性能大幅提高的原子对电催化剂提供了成功的范例。
电催化学术QQ群：740997841Wenfu Xie, et al, NiSn Atomic Pair on Integrated Electrode for Synergistic Electrocatalytic CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2020DOI: 10.1002/anie.202014655https://doi.org/10.1002/anie.202014655
8. Nano Lett.: 一维过渡金属碲化物纳米线的晶圆级生长
功能化纳米材料的批量合成工艺的发展是基础科学和应用科学取得进展的关键。过渡金属硫族化合物(TMC)纳米线是一维(1D)结构，具有三原子直径和范德华表面，具有一维金属性质，在电子和能源器件中具有很大的应用潜力。然而，它们的大规模生产仍然具有挑战性。有鉴于此，东京都立大学Yasumitsu Miyata和Hong En Lim等人，通过化学气相沉积实现了高结晶度过渡金属碲化物纳米线的晶圆级合成。1）通过化学气相沉积（CVD），实现了具有各种聚集形式的WTe和MoTe TMC纳米线的晶圆级生长。观察到生长衬底会影响TMC纳米线的结构和形态，在具有不同结晶度和晶格取向的衬底上会形成随机或有序的网络。2）该技术可以形成排列整齐的原子薄的二维(2D)薄片或三维(3D)束随机网络，两者都是由单个纳米线组成。这些纳米线表现出各向异性的一维光学响应和优异的导电性能。3）本合成方法使研究这些TMC纳米线网络的光学和电子性质成为可能，这将有利于未来在电子和能量收集设备上的应用。总之，该工作不仅揭示了导电薄膜的受控和大规模合成，而且为基于纳米线的2D和3D晶体的物理和器件应用研究提供了平台。
一维材料学术QQ群：463352826Hong En Lim et al. Wafer-Scale Growth of One-Dimensional Transition-Metal Telluride Nanowires. Nano Lett., 2020.DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03456https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c03456
9. Nano Energy: 基于spiro的半导体复合材料的稳定的钙钛矿太阳能电池
尽管具有优异的空穴提取产率和导电性，但由目前最先进高效的spiro-OMeTAD组成的掺杂分子半导体薄膜膜尚无法满足85°C的耐用钙钛矿太阳能电池的要求。浙江大学Peng Wang等人将商业聚合物聚（9-乙烯基咔唑）和非挥发性有机盐4-（叔丁基）吡啶双（三氟甲磺酰基）酰亚胺与spiro-OMeTAD混合，得到具有高电导率和高玻璃化转变温度的半导体复合材料。1）由于对电荷传输阻力，界面复合阻力和空穴提取产率的良好控制，可以将所得有机复合物溶液法制备成空穴传输层，并用于钛矿太阳能电池，效率超过21％。器件可以在85 oC高温下工作运行。2）从气体扩散调节的全新视角出发，通过多种实验测量和分子动力学模型共同揭示了有机物复合层对杂化钙钛矿热分解的关键影响。
发光材料与器件学术QQ群：529627332
Yutong Ren et al. A spiro-OMeTAD based semiconductor composite with over 100 °C glass transition temperature for durable perovskite solar cells, Nano Energy, 2020.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.105655https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285520312283#!
10. ACS Nano：调节多金属氧化物纳米板的电子结构助力含氧中间体的良好吸附能
具有高活性析氧反应（OER）的电催化剂对于有效地将可再生电力转化为燃料和化学品具有重要意义。近日，南洋理工大学颜清宇教授，刘彬教授报道了在CuS上进行阳离子交换，然后进行电化学氧化，制备了从一金属氧化物（CuO）到六金属氧化物（CoCeNiFeZnCuOx）的一系列金属氧化物纳米板。1）多金属氧化物纳米板呈六方结构，平均横向尺寸为160 nm，厚度约为6 nm。PH相关和四甲基氢氧化铵（TMAOH）追踪的O22- 测量结果证实，多金属氧化物纳米板通过吸附物析出（AEM）途径进行催化OER过程。根据热力学模型分析，由OH*形成O*的反应是在多金属氧化物纳米板上发生OER的速率决定步骤（RDS）。2）研究人员认为，在多金属物种之间的相互协同作用下，吸附在Co活性中心上的OH*中间体可以有效地转化为O*中间体。同时，亲核反应物OH−会攻击具有空3d轨道的其他金属位点。多金属氧化物催化剂中多种金属元素之间存在较强的相互作用，可以有效地缓解催化剂中的局部电子短缺和过剩。而多金属氧化物的电子结构和化学配位环境随着金属元素数量的增加而发生了令人振奋的变化，这有利于调节含氧OER中间体的结合能。3）实验结果显示，在所有制备的多金属氧化物中，CoCeNiFeZnCuOx纳米板在碱性介质中表现出最高的OER活性，η10仅为211 mV，Tafel斜率低至21 mV dec-1，明显优于商用IrO2（η10=339 mV，Tafel斜率为55 mV dec-1）。此外，CoCeNiFeZnCuOx型纳米板材在电流密度为10 mA cm−2（过电位为211 mV）和100 mA cm−2（过电位为307 mV）下均能稳定地催化OER反应达100h，是一种很有前途的碱性水电解候选材料。
电催化学术QQ群：740997841Wenjing Huang, et al, Tuning the Electronic Structures of Multimetal Oxide Nanoplates to Realize Favorable Adsorption Energies of Oxygenated Intermediates, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c08571https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c08571
11. ACS Nano综述：嵌段聚合物用于下一代超滤膜
可靠和公平地获得安全饮用水是全世界面临的一个重大且日益严峻的挑战。目前，膜分离是用于潜在水源高效节能净化的最有前途的策略之一。特别是，多孔膜被用于水的超滤（UF），以去除具有纳米尺寸的污染物。尽管现有的超滤膜具有优异的透水性和溶液加工性，但其孔径分布广泛，限制了其尺寸选择性。因此为了最大限度地发挥超滤膜的潜在效用并实现精确分离，必须提高其尺寸选择性。嵌段聚合物是一种潜在的变革性解决方案，这些材料可以自组装成尺寸一致、结构精准的区域。目前，研究人员已经报道了几种不同的策略将嵌段聚合物集成到超滤膜中，每种策略都有自己的一套材料和工艺考虑因素，以确保生成均匀和连续的孔。近日，美国明尼苏达大学Marc A. Hillmyer综述了嵌段聚合物膜制造的最新技术水平，评估了其迄今为止的膜性能；并提出了需要进一步改进以生产商业上可行的膜研究见解。1）作者首先根据其所需性能总结了超滤膜的几种关键应用，然后讨论通过材料需求，从基本机械原理和加工要求的角度来制备嵌段聚合物超滤膜的常用策略。2）作者最后在水渗透性，尺寸选择性和防污性的背景下总计了这些膜的关键结构-处理-性能之间的关系。通过这种关系，分析了嵌段聚合物超滤膜与现有的商用超滤膜的性能比较，并使用这些数据，提出了值得进一步的膜基础研究和实际开发。
膜材料学术QQ群：463211614Nicholas Hampu, et al, Next-Generation Ultrafiltration Membranes Enabled by Block Polymers, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c07883https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07883
12. ACS Nano：孔壁中的非晶态合金结构：通过化学还原控制组成的介孔非晶态NiCoB合金球
非晶态双金属硼化物是一类新兴的催化纳米材料，因其类玻璃结构、丰富的不饱和活性中心和协同电子效应而表现出优异的催化性能。然而，制备金属比例可调的介孔双金属硼化物仍然是一个挑战。近日，日本早稻田大学Toru Asahi，Yusuke Yamauchi，上海师范大学Bo Jiang开发了一种复杂且可控的双重还原剂策略，通过使用软模板定向组装方法来合成具有组分可调的介孔镍钴硼（NiCoB）非晶态合金球（AASs）（meso-NiCoB AASs）。1）选择使用四丁基溴化膦（Bu4Pbr）有利于形成清晰的介孔，既可以通过降低M2+物种的可还原性来减缓还原速率，又可以防止肥皂泡的产生。2）所合成的介孔Ni10.0Co74.5B15.5 AASs在氨硼烷（AB）的水解脱氢中具有最高的催化性能。其周转频率（TOF）为6.5 min−1，分别是无孔Ni10.0Co74.5B15.5-1、meso-Ni79.0B21.0、ndmeso-Co85.0B15.0的9.8倍、3.2倍和1.4倍。3）研究发现，介孔Ni10.0Co74.5B15.5 AASs的高催化性能归因于Ni，Co和B之间最佳的协同效应，以及由于开放的介孔而产生的高表面积和良好的质量传输效率。这项工作提供了一种设计和合成介孔双金属硼化物作为有效催化剂的系统策略。
电催化学术QQ群：740997841Yunqing Kang, et al, Amorphous Alloy Architectures in Pore Walls: Mesoporous Amorphous NiCoB Alloy Spheres with Controlled Compositions via a Chemical Reduction, ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c07178https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07178
