1. Chem. Soc. Rev.综述：超越C3N4的π-共轭无金属聚合物半导体用于光催化化学转化
具有稳定、高效、廉价的无金属催化剂的光催化是无污染能源生产的最有前途的选择之一。近日，南京大学周勇教授，西南科技大学杨龙，四川大学Yi Dan综述了各种具有大π-共轭单元的高效无金属高分子光催化剂的最新研究进展，这些光催化剂可用于化学转化，包括水裂解、CO2还原、氮还原、有机合成以及单体聚合。1）作者首先概述了无金属光催化剂的催化机理。一般来说，其主要涉及两种机理，即半导体机理和分子机理。然后重点总结了无金属高分子光催化剂设计中的π-共轭扩大、电荷分离、电子结构和能带结构的合理控制。在遵循设计原则的基础上，作者总结了功能单元的选择和结构，以及π-共轭聚合物光催化剂的连接键和尺寸。2）无金属、高共轭聚合物催化剂的可见光诱导光催化是材料科学中一个相对较新的研究领域。作者重点介绍了无金属聚合物在光催化能量转换和利用方面的研究现状，包括光催化水分解和二氧化碳还原，以及其他光辅助选择性转化有机物、氮还原、污染物降解和生物消毒等。3）作者最后指出了无金属聚合物光催化剂面临的主要挑战，包括：i）更具选择性和活性的光催化剂的开发；ii）优化光催化剂表面的吸附；iii）光催化机理的进一步研究，以加速筛选出适用于传统化学反应的特定光催化剂。总而言之，这些策略为进一步开发高效无金属聚合物光催化剂提供了解决催化剂活性、选择性和稳定性挑战的潜在途径。
光催化学术QQ群：927909706Long Yang, et al, Beyond C3N4 π-conjugated metal-free polymeric semiconductors for photocatalytic chemical transformations, Chem. Soc. Rev., 2020https://doi.org/10.1039/d0cs00445f
2. Chem. Soc. Rev.综述：光热催化的基本原理及应用
最近，光热催化已成为利用光作为能源驱动化学反应的另一种有效途径。通过太阳光和热化学贡献的协同作用，即使在温和的操作条件下，光热催化也具有提高反应速率和改变选择性的潜力。有鉴于此，阿卜杜拉国王科学技术大学Jorge Gascon全面综述了光热催化的研究，重点放在燃料和化学品的生产上。1）作者重点阐明了局域表面等离激元共振的基本原理，以及定义光热效应的光化学和热化学过程背后的潜在机制。基于这一分析，作者提出了相关表征技术和方法，这些技术和方法有助于研究给定催化体系的主要反应途径，从而更好的揭示反应机理。2）作者接下来详细总结了光热催化的反应，包括反应效率、目标选择性和反应机理等方面最新的研究进展。3）作者最后对进一步优化光热催化性能的设计策略提出了个人看法，并强调了未来潜在的研究方向和挑战。
光催化学术QQ群：927909706Diego Mateo，et al, Fundamentals and applications of photo-thermal catalysis, Chem. Soc. Rev., 2020https://doi.org/10.1039/d0cs00357c
3. JACS：仿生纳米酶选择性协同清除阿尔茨海默病模型外周β淀粉样蛋白
外周β淀粉样蛋白（Aβ）的清除有助于克服血脑屏障（BBB）障碍，消除与阿尔茨海默病（AD）相关的脑源性Aβ。即便如此，当前开发的清除外周Aβ的治疗方法仍面临着如何避免某些生物分子的干扰以及如何防止触发免疫反应和凝血的挑战。在此，中科院长春应用化学研究所曲晓刚等人设计并合成了一种具有增强蛋白质吸附抗性，最小化免疫原性和增强生物相容性的仿生纳米酶（CuxO@EM-K）。1）CuxO@EM-K由包裹有修饰3xTg-AD小鼠红细胞膜和Aβ靶向五肽KLVFF的CuxO纳米酶制成。2）KLVFF是Aβ特异性配体，可与红细胞膜协同作用以选择性捕获血液中的Aβ。同时，红细胞膜涂层可阻止蛋白质冠的形成，从而保持生物流体中CuxO@EM-K的Aβ靶向能力。3）更重要的是，具有多种抗氧化酶样活性的CuxO核稳定了红细胞外膜，同时减轻了Aβ诱导的膜氧化损伤，使吸附Aβ必不可少的系统循环得以延长。4）体内研究表明，在广泛使用的3xTg-AD小鼠模型中，CuxO@EM-K不仅可以减少血液和大脑中的Aβ负荷，而且可以改善记忆缺陷。而且，CuxO@EM-K对3xTg-AD小鼠无明显毒性。综上所述，这项工作为开发与AD相关的外周Aβ的生物相容性和协同清除提供了一个范例。
生物医药学术QQ群：1033214008Mengmeng Ma, et al. Self-Protecting Biomimetic Nanozyme for Selective and Synergistic Clearance of Peripheral Amyloid-β in an Alzheimer’ Disease Model. J. Am. Chem. Soc., 2020.DOI: 10.1021/jacs.0c08395https://doi.org/10.1021/jacs.0c08395
4. EES：硫辅助大规模合成石墨烯微球助力高性能钾离子电池
高质量石墨烯的大规模低成本制备方法对于推进储能及其他领域中石墨烯基的应用至关重要。有鉴于此，湖南大学鲁兵安教授，中山大学王成新教授，美国克莱姆森大学Apparao M.Rao报道了一种硫辅助方法，成功将四苯基锡的苯环转化为高纯度的结晶石墨烯（三维层状石墨烯，FLGMs）。1）研究人员将市售的硫和四苯基锡粉末以50:50 wt％的比例混合，然后在Ar气氛下，通过650 ℃的热退火逐渐聚合成石墨烯。从硫中释放的单线态S2逐渐捕获四苯基锡苯环上的H原子，生成H2S，从而生成石墨烯、H2S和SnS2。在2000 ℃的高温退火120分钟后，石墨烯中的结构缺陷被修复，同时去除了副产物SnS2，从而获得了FLGMs。此外，在实验室规模上，研究人员在一次运行中获得了约5 g的FLGMs。2）所制备的石墨烯具有三维结构，并且表现出优异的电子迁移率和低的片间接触电阻，在储能应用中极具潜力。对于钾离子电池，FLGM基负极表现出低放电平台（平均放电平台约为0.1 V），在50 mA g-1时具有285 mAh g-1的高初始容量以及高倍率性能（在100 mA g-1时，容量达到252 mAh g-1，在1000 mA g-1时为容量达到95 mAh g-1）。此外，FLGM基负极具有出色的循环稳定性，在200 mA g-1的1000次循环后没有容量损失。这种工艺不需要衬底，并且可扩展用于石墨烯的连续或半连续生产，为石墨烯基能量存储器件的应用铺平了道路。
电池学术QQ群：924176072Qingfeng Zhang, et al, Sulfur-assisted Large-scale Synthesis of Graphene Microspheres for Superior Potassium-ion Batteries, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D0EE03203D
5. EES：共轭碳网络氟化复分解法制备高性能锂金属负极
锂金属负极具有较高的理论比容量和较低的氧化还原电位，适合用于新一代锂离子电池负极材料，但由于其固体电解质界面不稳定，目前仍面临诸多挑战。近日，韩国首尔大学Youn Sang Kim，庆北大学Jeeyoung Yoo报道了选择石墨烯作为导电CCN材料，并通过简单的涂布工艺将其涂覆到涂纸-芳族聚酰胺中，其中高模量的芳族聚酰胺纤维互相编织在一起。1）在所提出的体系中，石墨烯复合层中的CCN通过氟化复分解作用（一种新的F掺杂机制）诱导LiF形成稳定的SEI组分：在特定的溶剂环境（极性、致密、高介电常数）下，LiPF6电解质分解形成F-阴离子，与CCN在石墨烯中的sp2 C反应生成半离子C-F键，从而形成部分氟化的石墨烯涂层（F-掺杂态）。这些化学不稳定的半离子C–F键在镀锂过程中诱导形成LiF。2）实验结果显示，涂有石墨烯的涂纸芳族聚酰胺充当导电框架，可以形成稳定的SEI，沿其表面具有大量LiF，因此即使在快速充电/放电条件下（20 mA cm−2 和1 mAh cm−2）也能保持LMA的优异循环特性，以及高电流密度和大面积容量（20 mA cm-2和20 mAh cm-2）。此外，采用该体系的Li/LiFePO4（LFP)电池在高20C倍率下1000次循环后仍保持初始容量的82.13%，表现出低容量衰减。3）研究人员随后将这种F掺杂机制推广到其他CCN材料，如炭黑（CB）和活性炭（AC）。电化学测试结果和光物理分析表明，在涂纸芳族聚酰胺表面涂覆其他CCN材料也能稳定LMA表面，但不同碳物种的结果有所不同。在石墨烯作为纯碳组成的完整晶格结构的情况下，F−阴离子与sp2 C反应的F掺杂机制容易发生，从而导致较高的LiF生成速率。此外，在特定的溶剂环境中，CCN材料可以诱导LiF作为稳定的SEI组分形成，并稳定LMA表面，但稳定效果与CCN材料上的负官能团和由此产生的结构完整性有关。基于CCN材料与F掺杂机制之间的广义相关性，作者提出了一种简单、有效、廉价的石墨铅笔（graphite pencil）用于LMA表面稳定化的策略。
电池学术QQ群：924176072Yong Jun Gong, et al, Advanced Li Metal Anode by Fluorinated Metathesis on Conjugated Carbon Networks, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D0EE02827D
6. EES：FexCoyMg10CaO的异质结-氧化还原催化剂用于绿色高温CO2捕集和原位转化
整合碳捕获和CO2利用是解决全球变暖危机的一种有前途的解决方案。近日，英国谢菲尔德大学王美宏教授，华东理工大学胡军教授报道了将calcium-looping （CaL）和逆水煤气变换（RWGS）反应相结合，在650 °C的固定床中成功实现了高温CO2捕集和原位转化技术。1）受异质结光催化机理的启发，研究人员通过将双金属Fe3+/Fe2+和Co3+/Co2+氧化还原对掺杂到分级多孔CaO/MgO复合材料中，首次提出了异质结-氧化还原催化策略。不同价态的掺杂Fe和Co氧化物的存在不仅提供了额外的氧空位来促进CO2的吸附，从而增强了吸附转化（AEC）；而且通过新形成的Fe5Co5Mg10CaO中的费米能级显著降低了Fe3+/Fe2+的电势差，使得电子溢出更容易提高RWGS反应中CO2转化的催化活性。更重要的是，利用MgO的高温耐火材料和Fe5Co5Mg10CaO中高度分散的Fe、Co氧化物，成功地解决了CaO的烧结问题。2）实验结果显示，CaL/RWGS集成工艺具有优良而稳定的高温CO2捕集性能（9.0~9.2 mmol g-1），CO2原位转化率接近90%，CO选择性接近100%。此外，实验和模拟放大研究进一步证明了该工艺的实际可扩展性。经济评估表明，集成工艺比单独的CaL和RWGS工艺更具成本效益。这种异质结-氧化还原策略提供了一种设计双功能吸附剂/催化剂材料的独特方法。此外， CaL/RWGS集成工艺可作为一种有前途的CO2捕集和利用技术。
纳米催化学术QQ群：256363607Bin Shao, et al, Heterojunction-Redox Catalysts of FexCoyMg10CaO for High-Temperature CO2 Capture and In-situ Conversion in the Context of Green Manufacturing, Energy Environ. Sci., 2021https://doi.org/10.1039/D0EE03320K
7. AM: 电磁催化剂的电磁感应直接增强电催化ORR/OER
低成本设计用于氧还原和析氧反应（ORR/OER）的稳定高效的电催化剂具有挑战性。有鉴于此，东华大学丁彬教授和闫建华研究员等人，报道了一种碳基磁性催化纳米笼双功能催化剂，该催化剂可通过简单地施加适度（350 mT）磁场来直接增强氧催化活性。1）提出了一种直接的磁性增强策略，设计了一种新型的磁性催化纳米笼(MCN) 双功能催化剂。MCN是通过在水中电纺聚乙烯醇(PVA)、醋酸钴(II)、聚四氟乙烯(PTFE)和硼酸(BA)的混合物溶胶而形成的。经过高温热解，纺丝纤维被转化为氮(N)、氟(F)、硼(B)掺杂的多孔碳纳米纤维(PCNFs)，纤维中具有有序的大孔(>60 nm)、介孔(中心在37.1 nm)和微孔(中心在0.7 nm和1.2 nm)。同时，乙酸钴直接被还原成平均尺寸为10 nm的钴纳米点。这些纳米点大多为金属钴，并且其中的一部分可能会在空气中逐渐被氧化，我们称这些钴为钴纳米点。2）采用静电纺丝法将金属钴纳米点(≈10 nm)原位掺杂到大孔碳纳米纤维中，制备出具有90％的高孔隙率和905 S m-1的电导率催化剂。3）外加磁场使钴磁化成具有高自旋极化的纳米磁体，从而促进了氧中间产物的吸附和电子转移，显著提高了催化效率。令人印象深刻的是，对于ORR，半波电势增加了20 mV，而对于OER，10 mA cm−2处的过电势减少了15 mV。与商业化的Pt/C+IrO2催化剂相比，磁性催化的锌-空气电池的容量是普通电池的2.5倍，并在155小时内具有更长的耐久性。总之，该工作证明了利用电磁感应提高氧催化活性是一种非常有前途的策略。
电催化学术QQ群：740997841Jianhua Yan et al. Direct Magnetic Reinforcement of Electrocatalytic ORR/OER with Electromagnetic Induction of Magnetic Catalysts. Advanced Materials, 2020.DOI: 10.1002/adma.202007525https://doi.org/10.1002/adma.202007525
8. AM：3D生物打印炎症调节聚合物支架用于软组织修复
开发炎症调节聚合物支架以用于软组织修复是目前一项十分迫切的临床需求。然而，目前用于疝修补的软组织修复网是高度炎性的，其会引发失调的炎症过程进而导致内脏粘连和术后并发症。有鉴于此，美国贝勒医学院Crystal S. Shin和Ghanashyam Acharya构建了一种可用于软组织修复的炎症调节型生物材料支架。1）该生物支架设计的理念是如果手术植入生物支架能够将过量的促炎细胞因子从损伤部位隔离，那么炎症反应就可被调节，而内脏粘连和术后并发症的发生可能性也就最低。实验通过对原位磷酸盐交联的聚乙烯醇聚合进行3D生物打印而构建了该生物支架，并在大鼠腹壁疝模型上对其体内疗效进行了评价。2）体内促炎细胞因子表达分析和组织病理学研究结果表明，该生物支架可作为炎症“陷阱”以在植入部位捕获分泌的促炎细胞因子，进而有效地调节炎症而无需外源抗炎试剂，因此其在抑制内脏粘连形成和减少术后并发症方面非常有效。
3D打印学术QQ群：247384403Crystal S. Shin. et al. 3D-Bioprinted Inflammation Modulating Polymer Scaffolds for Soft Tissue Repair. Advanced Materials. 2020DOI: 10.1002/adma.202003778https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202003778
9. AEM: 电催化氧还原制过氧化氢:从均相电催化到多相电催化
过氧化氢（H2O2）是一种环境友好型氧化剂，广泛应用于化学工业、卫生设施和环境修复。当前，H2O2是通过蒽醌工艺生产的，存在许多缺点，包括非分布式生产，能耗高，有机副产品大量浪费以及需要将所获得的H2O2运送到使用点。因此，H2O2的电化学合成作为一种可替代的，经济高效的，小规模的，分布式的H2O2生产技术，现在引起了广泛的关注。有鉴于此，中国科学院理化技术研究所张铁锐研究员和尚露等人，综述了电催化O2还原合成H2O2的均相和非均相催化剂的最新进展。1）首先介绍了ORR的基本原理，以及研究ORR转化为H2O2的方法。然后，讨论了在均相催化剂上生产H2O2的过程，重点讨论了反应机理和影响活性、选择性和反应动力学的因素。2）随后，介绍了通过多相催化剂（非贵金属基纳米材料、碳材料和单原子催化剂）合成H2O2的最新突破。单原子催化剂由于在均相催化和多相催化之间起桥梁作用而受到特别关注，同时还提供了出色的性能。3）最后，讨论了电化学ORR转化为H2O2的挑战和机遇。
电催化学术QQ群：740997841Yulin Wang et al. Electrocatalytic Oxygen Reduction to Hydrogen Peroxide: From Homogenous to Heterogenous Electrocatalysis. Advanced Energy Materials, 2020.DOI: 10.1002/aenm.202003323https://doi.org/10.1002/aenm.202003323
10. AFM: 纳米多孔表面高熵合金作为非酸性HER的高效电催化剂
碱性和中性介质中的电催化析氢为大规模电化学生产纯氢燃料提供了采用无铂电催化剂的可能性，但目前大多数基于非贵金属的电催化材料都具有较高的过电位。有鉴于此，吉林大学蒋青教授和郎兴友教授等人，报道了一种具有电活性高熵CuNiMoFe表面的单片纳米多孔多元素CuAlNiMoFe电极，可作为在碱性和中性介质中进行析氢反应(HER)的经济高效的电催化剂。1）报道了单片纳米多孔CuAlNiMoFe电极，其表面高熵CuNiMoFe合金原位形成于体心立方(BCC) CuAlNiMoFe析出物中，并无缝锚固在分层铜骨架上，从而在非酸性介质中实现高效的电催化。2）其中，由不同的Cu，Ni，Mo和Fe原子组成的BCC表面高熵合金充当双功能位点以促进水离解并促进H*吸附/解吸，而分层的纳米多孔Cu骨架充当快速电子的支架。沿相互连接的铜骨架和互穿的片状结构的大通道分别进行离子迁移和离子/分子迁移。3）结果表明，纳米多孔CuAlNiMoFe电极具有优良的非酸性HER电催化性能。在1 M KOH中的–240 mV和在1 M磷酸盐缓冲盐水（PBS）的中性溶液中–183 mV时，其电流密度分别达到≈1840和100 mA cm−2，比具有双金属Cu-Ni表面合金的三元CuAlNi电极高≈46和≈14倍，优于大多数目前最先进的非贵金属电催化材料。总之，非贵金属多元素合金优异的电催化性能使其成为水电解中高性能非酸性HER电催化电极的候选材料。
电催化学术QQ群：740997841Rui‐Qi Yao et al. Nanoporous Surface High‐Entropy Alloys as Highly Efficient Multisite Electrocatalysts for Nonacidic Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Functional Materials, 2020.DOI: 10.1002/adfm.202009613https://doi.org/10.1002/adfm.202009613
11. AFM：三维多孔泡沫碳基-20℃低温高性能钠离子电池
由于面临着大规模能源储存的需求，发展能够在低温环境中使用的高性能Na离子电池（SIB）受到广泛关注，目前在室温中Na离子电池能够实现较好的循环稳定性、倍率性能，在低温条件中电化学动力学缓慢的缺点仍在钠离子电池中妨碍了使用。有鉴于此，广东工业大学李成超、中国科学技术大学余彦等报道了一种三维多孔特征的多孔Na3V2(PO4)3/C (NVP/C-F)和NaTi2(PO4)3/C泡沫材料。1）通过第一性原理计算，揭示了钠超离子导体特征的NVP/C-F、NTP材料在-20 ℃较低温度中具有较高的Na+扩散性能，NVP、NTP的扩散分别达到3.84×10-5、2.94×10-9 cm2 s-1。这种三维互联多孔泡沫材料结构在低温Na+传输中展示了非常高的电解质吸附能力、Na+离子传输能力，在循环中保持接近理论的容量，能够在20 C中进行1000次循环。2）通过以上特征，这种NTP/C||NVP/C-F电池实现了非常好的低温动力学、循环稳定性，将促进未来低温钠离子电池的发展。
电池学术QQ群：924176072Xianhong Rui, et al, A Low-Temperature Sodium-Ion Full Battery: Superb Kinetics and Cycling Stability, Adv. Funct. Mater. 2020, 2009458DOI: 10.1002/adfm.202009458https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202009458
12. ACS Nano：尺寸可调的Au-Pt杂化纳米粒子中热电子热效率的综合控制
众所周知，金纳米颗粒具有尺寸依赖性，这是其独特的催化，光学和电子应用的原因。电子-声子耦合对光催化和光收集很重要，是金的稀有特性之一，但是，其在阈值以上与大小无关，例如，对于直径大于约5 nm的纳米球。近日，宾夕法尼亚州立大学Raymond E. Schaak，Kenneth L. Knappenberger, Jr.等研究表明，当与同等大小的Pt纳米粒子接触时，杂化材料的电子-声子耦合常数取决于Au域的直径。这是非常重要的发现，因为电子-声子耦合常数描述了通过主电子-声子散射热化通道将热电子转换为局部热量的效率。1）作者首先通过在Pt纳米颗粒种子上生长大小可调的Au纳米颗粒来合成Au-Pt杂化纳米颗粒异质二聚体库。通过系统地改变试剂浓度和反应时间，可以将Au-Pt杂化纳米颗粒异二聚体的Au结构域直径调整在4.4和16 nm之间，而Pt结构域的大小保持恒定。通过校准曲线可以精确指导Au域的大小，并且Au-Pt异二聚体的微观分析提供了有关它们如何生长以及其形态如何演化的见解。2）飞秒时间分辨瞬态吸收光谱研究表明，对于Au域直径为8.7至14 nm的Au-Pt异二聚体，电子-声子偶合常数降低了80％以上，而同等大小的Au纳米颗粒却没有观察到。3）较小的Au域与Pt纳米颗粒表面接触会导致Au费米能级附近的态密度增加，它会通过增加电子-声子相互作用次数导致热化时间加速。该工作表明杂化纳米粒子的精确合成与尺寸依赖的电子-声子耦合的结合对设计用于光催化和光捕获应用的复合金属以及将不同功能工程化到既定材料非常重要。
光催化学术QQ群：927909706Abigail M. Fagan, et al. Synthetic Control of Hot-Electron Thermalization Efficiency in Size-Tunable Au–Pt Hybrid Nanoparticles. ACS Nano, 2020DOI: 10.1021/acsnano.0c08661https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c08661
