1. Nature Commun.: 快速operando光谱跟踪银纳米晶体中缺陷的原位生成，用于高选择性电化学还原CO2
电化学二氧化碳还原(ECR)是抑制全球变暖的重要手段。关于催化剂的演变和反应过程中活性位点的识别很重要，但目前对其了解仍然很有限。有鉴于此，南京工业大学邵宗平教授和周嵬教授等人，应用快速operando X射线吸收光谱技术来跟踪ECR的Ag2O预催化剂的成分和结构随时间的变化，从而获得有用的信息以了解结构与性能之间的关系。1）利用功能强大的快速operando X射线吸收光谱，可以在ECR条件下揭示了演化的电子和晶体结构。在ECR条件下阐明不断发展的电子和晶体结构。报告了一种有效的催化剂（Ag-D），其在几分钟内在ECR过程中原位形成了合适的缺陷浓度。发现Ag-O键被来自阴极的电子迅速破坏，导致形成纳米结构的银催化剂。还观察到，在operando电化学还原过程中，大量的缺陷结构有效地赋予了Ag催化剂。2）Ag-D催化剂在很宽的电势范围内（-0.8~-1.0 V（vs.RHE））下表现出近100％的CO2-CO-FE，并且在超过120小时的恒电位测试中，CO选择性几乎保持不变，这优于大多数报道的Ag基电催化剂。3）密度泛函理论计算表明，通过适当的缺陷浓度，可以提高中间体COOH的吸附，并可以优化反应路径的自由能。
电催化学术QQ群：740997841
Wu, X., Guo, Y., Sun, Z. et al. Fast operando spectroscopy tracking in situ generation of rich defects in silver nanocrystals for highly selective electrochemical CO2 reduction. Nat Commun 12, 660 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-20960-8https://doi.org/10.1038/s41467-021-20960-8
2. Nature Commun.: 变温x射线粉末衍射表征TiO2光催化剂中的氧缺陷和氮掺杂
TiO2基粉末材料因其低成本，光响应性好，地球丰度高，化学和热稳定性好等优点而被广泛研究为高效的水分解光催化剂。特别是最近氮掺杂TiO2的突破，在高温下结构缺陷和掺杂杂质的存在，展示了光催化活性的可见光吸收能力，从而增强了水的分解能力。尽管已经对其电子和光学性质进行了广泛的研究，但结构-活性关系和光催化机理仍然不清楚。有鉴于此，英国牛津大学Shik Chi Edman TSANG教授等人，采用变温同步x射线粉末衍射技术对氮掺杂和未掺杂的金红石、锐钛矿和混合相(商用P25)进行了深入的结构研究。1）详细研究了N–TiO2材料在可见光下的光催化活性，并利用变温度同步x射线粉末衍射(VT-SXPD)分析了结构变化。报道了锐钛矿相异常的各向异性热膨胀可以揭示表面下的氧空位，氮掺杂水平和光催化活性之间的密切关系。2）锐钛矿c轴晶格膨胀在高温下发生了显著的变化，由于Jahn–Teller效应，导致了独特的非线性膨胀。然而，当温度超过200℃时，表面氧空位形成，晶格中C轴膨胀随之减少。3）与无活性的金红石形态相比，锐钛矿表面三层外大量的氧空位和Ti3+极大地促进了光催化作用。氮的加入明显增加了亚表面氧空位的数量，使锐钛矿相稳定。对于高掺杂的锐钛矿，还确定了一种新的立方氮化钛相，该相提供了有关吸收波长的基本位移的重要信息，从而导致了使用可见光的出色光催化作用。总之，首次提出了锐钛矿催化剂在不同温度下的结构、亚表面氧空位、氮掺杂和光催化活性之间的重要联系。
光催化学术QQ群：927909706Foo, C., Li, Y., Lebedev, K. et al. Characterisation of oxygen defects and nitrogen impurities in TiO2 photocatalysts using variable-temperature X-ray powder diffraction. Nat Commun 12, 661 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-20977-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-021-20977-z
3. Nature Commun.：钙钛矿材料中的极性和铁电来源
复合钙钛矿CH3NH3PbI3 的铁电性质仍受到较大争议，因为人们认为钙钛矿的铁电性质是通过CH3NH3+展现的，但是CH3NH3+呈随机排列状态。有鉴于此，华东师范大学陈时友、复旦大学向红军等报道了一种不含Pb的复合钙钛矿N(CH3)4SnI3，其中的非极性N(CH3)4+展示了较强的铁电性质，自发极化达到16.13 μC cm-2。这种较强的极化是由于N(CH3)4+引发SnI6八面体结构的畸变导致较强的铁电性质。1）通过3 GPa静态高压中能够合成N(CH3)4SnI3，而且该材料能够在温和压力中保持稳定。该材料有较强的铁电性质、较高的稳定性、可见光吸收，因此有望用于高效率太阳能电池，而且该材料中的铁电极化能够有效的促进电荷-空穴分离，产生较大的体光伏效应，从而促进均相块光伏器件的设计。
光电器件学术QQ群：474948391
Wei, H., Yang, Y., Chen, S. et al. Lead-free hybrid perovskite N(CH3)4SnI3 with robust ferroelectricity induced by large and non-polar N(CH3)4+ molecular cation. Nat Commun 12, 637 (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-20889-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-021-20889-y
4. Nature Commun.：单层1T-WS2中单位点钒置换的一步合成用于促进电催化HER
单层二硫化钨（WS2）具有极高的本征电导率，是一种催化析氢反应（HER）的理想电催化剂。然而，最大限度地提高WS2电催化活性的关键挑战在于获得高浓度的金属WS2和增加活性位点密度。有鉴于此，阿卜杜拉国王科技大学Lain-Jong Li，清华大学王定胜教授报道了通过控制VCl3的引入，采用一步化学气相沉积（CVD）法成功在1T-WS2单层上形成高分散的单原子钒（V SACs@1T-WS2），从而显著提高其HER电催化性能。。1）以VCl3为共再生剂，制备的单层WS2显示出91%的超高1T浓度，这是目前采用CVD获得的最高1T比。此外，利用原子分辨扫描电子显微镜（STEM）成像和拉曼光谱相结合证实了V物种在单层1T-WS2上的原子分散，而不是能量有利的单层2H-WS2。2）值得注意的是，V SACs@1T-WS2单层表现出比2H层更好的HER催化活性，在100 mV时的Tafel斜率为61 mV/dec，周转频率为3.01 s−1，且具有优异的长期催化稳定性。3）研究人员从实验和理论上论证了V SACs@1T-WS2的生长机理。密度泛函理论（DFT）计算表明，活化的V原子在提高催化剂HER活性中起着至关重要的作用。本工作为在亚稳态材料上直接合成原子分散的单金属催化剂开辟了一条新的途径，使其成为高效、耐用的电催化剂。
电催化学术QQ群：740997841Han, A., Zhou, X., Wang, X. et al. One-step synthesis of single-site vanadium substitution in 1T-WS2 monolayers for enhanced hydrogen evolution catalysis. Nat Commun 12, 709 (2021)DOI：10.1038/s41467-021-20951-9https://doi.org/10.1038/s41467-021-20951-9
5. Acc. Chem. Res.综述：用于全固态电池的金属卤化物快离子导体
可充电全固态锂电池（ASSLBs）被认为是下一代电化学储能技术之一。因此，作为ASSLBs关键组成的固体电解质（SSEs）的开发是现代储能化学的重要研究课题之一。迄今为止，人们开发了各种类型的SSEs，如聚合物、氧化物和硫化物，新型快离子导体的研究仍在进行中。金属卤化物SSEs（Li-M-X，其中M是金属元素，X是卤素）具有许多吸引人的特性和优点，如宽的电化学稳定窗口（0.36−6.71 V vs Li/Li+），与其他SSEs相比，其对正极材料具有更好的化学稳定性。此外，一些金属卤化物SSEs（如本课题组开发的Li3InCl6）可以在水中直接大规模合成，不需要特殊的设备或在惰性气氛中处理。基于最新的研究进展，加拿大西安大略大学孙学良教授以金属卤化物基SSEs为研究对象，综述了其在开发金属卤化物SSEs方面的最新进展，并重点总结了一些基于这一主题的最新研究报道。旨在为新型卤化物SSEs的进一步开发提供指导，并推动其向前发展，以满足储能器件的多种需求。1）作者首先阐述了金属卤化物SSEs的结构。随后，总结了提高金属卤化物单晶电导率的有效途径，包括阴离子亚晶格骨架效应、位占据和无序调节以及缺陷工程。具体来说，合适的结构框架、平衡的Li+/空位浓度和减小的阻塞效应可以促进金属卤化物SSE中Li+的快速迁移。2）作者还首次总结了金属卤化物SSEs的湿度稳定性和降解化学。并给出了一些对湿度稳定的金属卤化物SSE的应用实例。此外，采用水介质法在正极材料上直接合成卤化物SSEs，进而消除ASSLBs的界面挑战，并已被证明是高性能全固态Li−O2电池的界面改性剂。
电池学术QQ群：924176072Jianwen Liang, et al, Metal Halide Superionic Conductors for All-Solid-State Batteries, Acc. Chem. Res.DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00762https://dx.doi.org/10.1021/acs.accounts.0c007626. EnSM：具有高效锚固和多硫化物催化转化能力的2D Zr-Fc金属有机骨架锂硫（Li-S）电池的实际应用在很大程度上受到多硫化物的穿梭效应和缓慢的转化动力学的影响。近日，浙江大学叶志镇院士，吕建国副研究员，彭新生教授报道了一种用于高性能Li-S电池的通过在多孔衬底上简单真空过滤而构建的二茂铁基二维（2D）金属-有机骨架（Zr-Fc MOF）纳米片和碳纳米管（CNT）编织而成的多功能中间层（Zr-Fc MOF/CNT）。1）研究人员将原位拉曼光谱、第一性原理计算和系统的电化学测试相结合，揭示了Zr-FC MOF作为一种新型的多硫化物限制剂，不仅可以通过静电吸引和化学锚定作用抑制多硫化物穿梭，而且对多硫化物氧化还原动力学具有良好的电催化作用。而缠绕在Zr-FC MOF纳米片上的CNT则有利于电子导电性以及捕获和催化Zr-FC MOF活性中心的充分暴露。2）实验结果显示，Zr-FC MOF/CNT中间层结合的Li-S电池具有显著提高的倍率性能和优异的循环性能（在1C下循环1500次，在硫负载量为4.11 mg cm-2时的超低容量衰减率仅为0.027%)。这项工作将激发更多的智能2D MOF材料用于高效捕集和催化转化多硫化物以实现高性能长寿命的Li-S电池。
电池学术QQ群：924176072Yang Wang, et al, 2D Zr-Fc Metal-organic Frameworks with Highly Efficient Anchoring and Catalytic Conversion Ability towards Polysulfides for Advanced Li-S Battery, Energy Storage Materials (2021),DOI：10.1016/j.ensm.2021.01.025https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.01.025
7. ACS Catalysis：Ru1Con单原子合金用于促进费-托合成
费-托合成（FTS）是一种重要的催化过程，用于从天然气，煤炭和生物质衍生的合成气生产液体燃料和精细化学品。然而，开发用于FTS的高性能催化剂并了解其催化机理仍然具有挑战性。近日，清华大学李亚栋院士，中科院山西煤化所陈建刚研究员，中科院上海高等研究院Yu Wang报道了设计了一种孤立的Ru原子锚定在Co纳米颗粒表面的Ru1Con单原子合金（SAA）催化剂，通过二维限域策略，在150°C的低反应温度下实现了较高的FTS活性（2.6 molCO moLM-1 h-1）和长链烃选择性(C5+：86.0%)。1）LDHs是典型的2D功能材料，具有多金属氢氧化层和丰富的层间阴离子。利用它们独特的分层结构，通过基于CoAl-LDH的2D空间限域策略来制备Ru1Con SAA。首先，使用共沉淀法制备CoAl-(RuCl52-)-LDHs。其次，将CoAl-(RuCl52-)-LDHs在H2气氛下于400 °C下还原，以分解OH-，CO32-和H2O物种并将其排放。然后，LDH结构转变为掺杂Al3+或取代的CoO相（CoAl-O）。同时，离子RuCl52-和一些表面Co2+离子被还原为金属态，形成Ru1Con结构，其具有锚定在Co纳米颗粒表面的孤立单原子Ru。在进行FTS测试之前，将氧化的Ru1/CoAl-O样品在400 °C的H2中预先还原，以获得作为活性FTS催化剂负载在CoAl-O基质上的Ru1Con SAA。2）一系列原位实验，催化测试和密度泛函理论（DFT）计算表明，由于在费米能级附近具有较高电子密度的单原子Ru可以有效地同时降低C−O断裂和链生长过程的限速势垒，使得Ru1Con SAA中的Ru单原子位点比纯Ru和Co表面对FTS反应更具活性。这项工作提出了设计Ru单原子中心来改善FTS性能的可行性，并为开发其他高性能工业催化剂的策略提供了更深层次的理解。
纳米催化学术QQ群：256363607Ge Meng, et al, Ru1Con Single-Atom Alloy for Enhancing Fischer−Tropsch Synthesis, ACS Catal. 2021DOI: 10.1021/acscatal.0c04162https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c04162
8. AFM: 操控钙钛矿锰酸盐的表面终止状态
对于ABO3钙钛矿氧化物，限制其在非均相催化中应用的关键问题之一是表面无催化活性的A-位阳离子的存在。B位封端的钙钛矿的工程设计被认为是解决此问题的有效方法，尤其是在处理Mn/Co基的钙钛矿催化剂时。但是，迄今为止，这种策略尚未完全成功，仍然是该领域的主要挑战。有鉴于此，吉林大学冯守华院士等人，通过一锅水热法成功地合成了以Mn为末端的La0.45Sr0.45MnO3（B-LSM），其中低价Mn离子部分占据了A位，形成了活性Mn过量相。1）首次报道了一种获得高活性Mn终端的钙钛矿锰酸盐的一锅合成方法，并揭示了非化学计量和特定的水热条件是调节钙钛矿氧化物表面终止的关键因素。利用高角度环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF‐STEM)、X射线吸收、X射线光电子(XPS)和同步辐射光电子能谱揭示了低价Mn原子而不是传统的La/Sr原子占据钙钛矿外表面的A位，这最终导致了活性MnOx偏析。2）与具有A-位偏析的钙钛矿La0.5Sr0.5MnO3（A-LSM）相比，以Mn为末端的钙钛矿La0.45Sr0.45MnO3（B-LSM）具有更高的活性和稳定性，这有助于在215℃下将一氧化碳完全转化为二氧化碳。3）这种结构优化可显着减少在O2活化过程中从O2-物种向重要中间体O-物种过渡的活化能垒。此外，在CO氧化过程中，B-LSM具有良好的稳定性和类Pt活性。实验结果和理论计算表明，B‐LSM中表面Mn终止态的存在优化了Mn 3d‐O 2p的杂化轨道，促进了表面晶格氧的活化，使原始惰性晶格O2−演化为活性和稳定的晶格O2−x。总之，该工作为设计具有新颖功能的高级钙钛矿型氧化物提供了一条新的化学途径。
Xiyang Wang et al. Manipulating Surface Termination of Perovskite Manganate for Oxygen Activation. Advanced Functional Materials, 2021.DOI: 10.1002/adfm.202006439https://doi.org/10.1002/adfm.202006439
9. AFM: 导电水凝胶平台用于神经元生长和电生理记录
伊利诺伊大学Ralph G. Nuzzo等人制备了一种用于神经元生长和电生理记录的生物相容性导电水凝胶平台导电。3D周期微支架是使用无颗粒直接墨水书写方法制造的，用于神经元生长和电生理记录平台。聚甲基丙烯酸羟乙基酯/吡咯墨水，然后进行吡咯的化学原位聚合，可以通过小至1 µm的喷嘴进行水凝胶打印。1）这些导电水凝胶可对复杂的2D和3D结构进行图案化，并与测试细胞培养物具有良好的生物相容性（7天后的存活率约为94.5％）。2）水凝胶阵列促进培养的海兔足节神经元广泛的突起生长。该平台允许细胞外电生理记录稳态和刺激的电神经元活动。总而言之，这种3D导电油墨印刷工艺能够制备生物相容性和微米级的结构，以创建定制的体外电生理记录平台。
Wang, C., et al., 3D Particle‐Free Printing of Biocompatible Conductive Hydrogel Platforms for Neuron Growth and Electrophysiological Recording. Adv. Funct. Mater. 2021, 2010246.https://doi.org/10.1002/adfm.202010246
10. Nano Energy: 协同增强的单原子位点催化剂用于促进氧还原反应的最新进展
具有高活性和成本效益的用于氧还原反应（ORR）的电催化剂的开发对于可持续的能量存储和转化技术必不可少。碳基单原子位点（SAS）催化剂具有最大的原子效率和明确的结构特征，被认为是最有潜力的下一代ORR催化剂。尽管在研究SAS催化剂方面付出了巨大的努力，但它们与铂族金属（PGM）催化剂之间在性能上仍然存在很大差距。特别地，金属-载体的相互作用被认为是通过SAS与载体之间的电子转移改变了SAS的电荷状态，从而导致了活性反应物和增强了SAS催化剂的催化过程。受此启发，需要添加一些协同组分来准确调整相互作用并使SAS具有可选的局域环境，从而提高性能。有鉴于此，华中师范大学朱成周教授和美国华盛顿州立大学林跃和教授等人，综述了近年来用于催化ORR的SAS催化剂的研究进展，重点介绍了金属单位点协同组分的作用。1）综述了协同增强的SAS用于增强ORR的最新进展。首先，介绍了催化ORR的SAS催化剂及其机理。然后，简要介绍了SAS催化剂的各种新颖合成策略和先进的表征技术。重点系统地总结了几种SAS的协同组分。最后，提出了当前面向ORR的SAS催化剂发展面临的挑战和展望。由于其原子分散，可调节的电子和几何结构以及100％的原子效率，SAS催化剂不仅被用作理想的平台，以加深对基本催化过程的了解，还被认为是持续电化学能量转换技术的下一代电催化剂。活性中心的局部环境被认为是内在催化活性的主导因素，可以通过合理的设计有意调节其活性。2）尽管已经取得了重大进展，但仍然需要解决一些挑战。a）结构的识别。原子结构的确定对于构建构效关系，实现SAS催化剂的精心合成至关重要。b）机制的阐明。在反应过程中，催化剂的主要作用是通过在活性位点选择性结合或不结合反应中间体来降低活化能。c）稳定性的提高。尽管强调了固有的ORR活性和相应的调节策略，但是稳定性的重要性不容忽视，因为在现实的燃料电池工作条件下，它是关键甚至更重要的性能参数。3）综上所述，由于其独特的结构和性能，SAS催化剂在各个领域都显示出了广阔的应用前景，而不仅仅局限于ORR。几种协同组分的引入可以可控地调节电子和几何结构，从而提高SAS的活性，选择性和稳定性，这为SAS催化剂的开发提供了许多机会。尽管取得了巨大成就，但仍需要更出色的SAS催化剂性能来满足商业应用。同时，机理的阐明和结构的鉴定等问题尚未解决，这对开发SAS催化剂具有挑战性。
纳米催化学术QQ群：256363607
Xiaoqian Wei et al. Recent Advances in Synergistically Enhanced Single-Atomic Site Catalysts for Boosted Oxygen Reduction Reaction. Nano Energy, 2021.DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.105817https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105817
11. ACS Nano：通过多重非共价相互作用的协同和精细调节，将两亲分子自组装为二维纳米片
具有疏水骨架和两端两个亲水基团的两亲分子代表着一类重要的构建材料，可用于离子传输、光电子器件、药物和基因传输等领域的各种自组装材料。近日，美国佐治亚理工学院林志群教授报道了一种强大的策略，通过自组装一系列合理设计和一步合成的阴离子两亲分子来自组装二维有机纳米片，更重要的是揭示了两亲分子的分子结构和由此产生的二维纳米片之间的关联，这是通过协同和精细调节两亲分子之间的一系列非共价相互作用来实现。1）首先，在四甲基胍的存在下，将最初的羧酸封端的bolaamphiphiles两亲分子转化为阴离子bolaamphiphiles两亲分子。在芳香族π−π堆积作用、氢键作用、疏水作用和静电排斥作用等四种强非共价相互作用的协同下，驱动阴离子两亲分子自组装成单层2D纳米片。有趣的是，π−π堆积强度的调节和在阴离子两亲分子的介晶核中引入光敏部分并没有改变单层纳米片的形成。2）随后，末端羧基被转化为烷基，从而屏蔽静电斥力，进而产生2D多层纳米片。此外，在没有π−π堆积或氢键相互作用的情况下，研究人员通过精心设计阴离子两亲分子，发现形成了不规则的阴离子两亲分子聚集体。这些结果突出阴离子两亲分子的两端带负电的静电斥力在形成单层2D纳米薄片中的重要性。3）最后，本征带电的2D纳米片能够通过静电相互作用沉积相反带电的金属纳米颗粒。本研究不仅为制备单层和多层二维有机纳米薄片提供了平台，而且揭示了构筑块的分子结构与其自组织结构之间的相互关系。
二维材料学术QQ群：1049353403Zili Li, Zhiqun Lin, Self-Assembly of Bolaamphiphiles into 2D Nanosheets via Synergistic and Meticulous Tailoring of Multiple Noncovalent Interactions, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.0c09693https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c09693
12. ACS Nano：原子薄的二硫属化钨（WS2，WSe2和WTe2）的机械性能
二维（2D）二硫化钨（WS2）、二硒化钨（WSe2）和二碲化钨（WTe2）由于其吸引人的特性而受到越来越多的关注，然而目前尚不清楚它们的机械性能。有鉴于此，澳大利亚迪肯大学Lu Hua Li，中科大武晓君教授，广东工业大学Tao Tao报道了通过实验和理论计算揭示了单层、双层和三层（1−3 L）WS2，WSe2和WTe2的本征和空气老化的机械性能。1）研究发现，高质量的1 L WS2具有整个系列中最高的杨氏模量（302.4±24.1 GPa）和强度（47.0±8.6 GPa），超过了1L WSe2（258.6±38.3和38.0±6.0 GPa）和WTe2（149.1±9.4和6.4±3.3 GPa）。但是，在这三种材料中，WS2的弹性和强度随厚度的增加而急剧下降。2）研究发现，在这三种材料中，WS2的弹性和强度随厚度的增加而急剧下降。利用有限元方法和包括van der Waals相互作用在内的密度泛函理论（DFT）计算揭示了压痕过程中平衡状态和面内应变和面外压缩条件下层间滑动的不同趋势，研究人员揭示了这一现象。3）研究人员还发现，高质量的1−3 L WS2和WSe2的机械性能在空气中基本稳定，最长可达20周。尤其是，1−3 L WSe2的模量和强度值随着空气中的老化而增加，这是因为，掺杂的氧增强了其结构导致。本研究将有助于在应变工程和柔性场效应晶体管等应用中设计和利用2D二硫属化钨。
二维材料学术QQ群：1049353403Alexey Falin, et al, Mechanical Properties of Atomically Thin Tungsten Dichalcogenides: WS2, WSe2, and WTe2, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.0c07430https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.0c07430
