1. Science Advances：高熵纳米粒子在极端负载过程中无定形化变形防止损坏
在未来苛刻的使用条件中，人们更加需要材料保持较高的强度，通过发生形变免于受到非持续性损害。一些高熵合金材料是最有可能满足此类要求的材料，其具有优异的加工硬化能力、韧性。有鉴于此，加州大学伯克利分校Robert O. Ritchie、加州大学圣迭戈分校Marc A. Meyers等报道了构建等原子含量CrMnFeCoNi高熵合金材料，该材料在模锻过程中展示了严重的塑性变形，随后分别通过准静态压缩、动态的剪切变形，作者观测到形成了一种含有堆垛层错，孪晶，相变的结构，而且在面心立方、六方致密、无定形结构中都存在。1）作者观测到，沿着{111}晶面传播的堆垛层错、孪晶导致形成了高度变形的区域，并且其结构能够重构为六边形区域。当其中的缺陷浓度达到一个临界值，能够形成无定形结构区域。此类结构区域具有优异的力学性质，为进一步强化、增韧提供方法，改善此类合金材料能够用于极端载荷过程。
Shiteng Zhao et al. Amorphization in extreme deformation of the CrMnFeCoNi high-entropy alloy, Science Advances, 2021, 7(5), eabb3108DOI: 10.1126/sciadv.abb3108https://advances.sciencemag.org/content/7/5/eabb3108
2. Science Advances：一类高热释电性能分子铁电材料
虽然铁电材料具有较高的热释电系数，此类材料的热释电系数品质因数FOM（figures of merit）由于其较高的介电常数受到较大抑制，这是因为FOMs和介电常数之间呈反比。有鉴于此，华中科技大学张光祖，北京理工大学洪家旺、黄厚兵，宾州州立大学Qing Wang等报道了铁电性分子，[Hdabco]ClO4、[Hdabco]BF4 (dabco=二氮杂二环[2.2.2]辛烷)，此类分子展示了比目前铁电材料更高的非寻常铁电行为和热释电FOM性质。与此同时，这种非寻常分子铁电性质的热释电系数比性能最好的Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3材料提高一个数量级。1）通过第一性原理、热动力学计算，作者展示了系统序参量（order parameter），比如阴离子的旋转角和极化等，之间的强耦合现象，导致了该铁电分子中展示了巨热电系数。由于这种铁电分子制备方法简单、能够形成自发极化现象，该类型的铁电分子在高性能热释电器件领域展示了广泛应用前景。
Wenru Li et al., Improper molecular ferroelectrics with simultaneous ultrahigh pyroelectricity and figures of merit, Science Advances, 2021, 7(5), eabe3068DOI: 10.1126/sciadv.abe3068https://advances.sciencemag.org/content/7/5/eabe3068
3. Science Advances：铵叶立德[2,3]-σ-重排反应合成含氮多环分子
铵叶立德（ammonium ylides）的[2,3]-σ-重排反应是一种非常基础的立体选择性合成含氮有机化合物的方法学，但是目前构建铵叶立德的反应条件温和、简单方便的方法仍极为缺少。有鉴于此，重庆大学张敏、蓝宇等报道了一种Ag催化多米诺催化反应/铵叶立德[2,3]-σ-重排反应方法学，能够以极高的对映选择性（达到99 % ee）反应生成含有手性氮杂双环结构，分子中含有四级立体碳中心桥接原子结构。1）该反应具有广泛的应用范围，广泛的底物兼容性，支持生成N杂双环物种，而且不同环大小的分子都能够合成。此外，作者发现，除了银盐作为催化剂，该反应在化学计量比的非金属I2同样能够促进反应的进行。2）作者通过将DFT计算、实验方法结合，发现在该反应中，水分子对于实现温和反应条件非常重要，具体H2O通过作为质子穿梭作用促进C-Ag键质子化、C2-H去质子化，从而生成铵叶立德。
Song Xi et al. Lewis acid–catalyzed domino generation/[2,3]-sigmatropic rearrangement of ammonium ylides to access chiral azabicycles, Science Advances, 2021, 7(5), eabd5290DOI：10.1126/sciadv.abd5290https://advances.sciencemag.org/content/7/5/eabd5290
4. AM: 杂化核-壳纳米结构的一种通用可编程生长策略
核壳和空心纳米结构因其在科学技术领域的广泛而受到人们的广泛关注。然而，它们在实现可控制的，甚至是编程的，大规模合成核壳结构方面仍然是一项巨大的挑战。有鉴于此，卧龙岗大学窦士学(Shi Xue Dou)教授和Long Ren等人，提出了使用液态金属（LM）液滴作为可重整模板以可编程方式制备复杂核-壳纳米结构的一般方法，并展示了在一个超声系统中触发局部电化学置换反应的方法。1）报告了一种通过使用液态金属（LM）纳米液滴作为可重整模板来实现核-壳纳米结构的可编程增长的合成方法，可以合成具有在Ga，In，Sn，Zn和其他合适的金属，以及可在WOx，MoOx，VOx，MnO2，Cu和其他可能的金属/金属氧化物之间编程的外壳组成。可以实现对异质产品的核心层和外壳层的高水平成分多样性控制和定量调控，这是固态模板合成路线无法实现的。2）LM的低粘度，弱原子间相互作用（在室温/接近室温（RT）时处于液态）没有任何晶格约束，因此此类LM可以流动并且其内部的原子能够自由移动。属于金属或合金的类别，不同于现有的作为非牺牲性软模板的聚合物胶束或囊泡，这些LM的表面（例如Ga和Ga基低共熔合金）适合作为反应物，例如在电反应中，LM已成功测试了作为此类反应物的应用。利用这些特性，通过超声处理在LM乳液形成过程中触发原位纳米尺度的电化学置换反应，展示了一种通用且简便的合成策略，可以大规模生产化学性质、均一性拓扑结构以及孔径分布可控的核-壳纳米结构。3）研究发现，LM体/表面的界面电反应和原子的动态排列均由热力学决定。因此，通过在周围环境中配置反应离子和/或在LM中使各种反应性金属元素合金化，可以更好地调控最终异质纳米结构中核-壳的组成。通过这种策略，成功地对复杂核壳纳米结构的生产进行了定制化编程，包括多元素组合的核壳纳米粒子(NPs)的可控构建和壳材料的定量控制。
纳米合成学术QQ群：1050846953Long Ren et al. General Programmable Growth of Hybrid Core–Shell Nanostructures with Liquid Metal Nanodroplets. Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202008024https://doi.org/10.1002/adma.202008024
5. AM：一种多任务MXene油墨助力用于全柔性自供电集成系统的高性能可打印微电化学储能器件
物联网、个人健康监测系统和智能城市等对于人类的未来发展具有广阔的应用前景。为了实现这一雄心勃勃的目标，具有可穿戴、环保和安全的电子产品至关重要。然而，利用多功能材料大规模制造可自给自足的电子系统仍然面临着巨大的挑战。近日，中科院大连化物所吴忠帅研究员，陕西师范大学刘生忠教授报道了一种可作为无添加剂的高电容电极、敏感的压敏材料、高导电集电器、无金属互连和导电粘合剂的多功能水系可印刷MXene油墨。1）通过直接丝网印刷这种MXene油墨，研究人员在不同的衬底（A4纸，木材，织物，SiOx涂层的不锈钢等）上制作了MXene基微超级电容器（MX-MSCs）和锂离子微电池（MX-LIMBs）。所制备的MX-MSCs具有1.1 F cm−2的超高面电容，串联的MX-MSCs提供了60 V的记录电压。MX-LIMBs具有154 μWh cm−2的稳定面能量密度。2）研究人员通过串联太阳能电池，LIMBs和MXene水凝胶压力传感器的无缝集成，展示了一种基于多任务Mxene油墨在单一基底上的全柔性自供电集成系统。值得注意的是，该集成系统对人体运动异常敏感，具有35毫秒的快速响应时间。这种多用途Mxene油墨为推动未来的智能电器开辟了一条新途径。
Shuanghao Zheng, et al, Multitasking MXene Inks Enable High-Performance Printable Microelectrochemical Energy Storage Devices for All-Flexible Self-Powered Integrated Systems, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202005449https://doi.org/10.1002/adma.202005449
6. AM：用于低过电位下选择性CO2电催化的2D铜四羟基醌导电金属-有机骨架
金属有机骨架（MOF）是一种很有前途的电催化材料，但现有的大多数MOF缺乏导电性，从而限制了其在该领域的有效利用。近日，美国伊利诺伊大学芝加哥分校Amin Salehi-Khojin，阿贡国家实验室Larry A. Curtiss报道了一种具有具有优异的电催化活性的2D铜（Cu）基导电MOF，即铜四羟基醌（Cu-THQ），其在低过电位下，可催化水中二氧化碳还原反应（CO2RR）。1）实验结果显示，平均横向尺寸为140 nm的Cu-THQ纳米片（NFs）对催化CO2RR反应具有可忽略的16 mV过电位，相对于RHE，在-0.45 V时的高电流密度达到了173 mA cm-2 ，对CO产生的平均法拉第效率（FE）约为91％，同时周转频率高达20.82 s-1。在低过电位范围内，其CO生成电流密度分别是目前最先进的MOF催化剂和MOF衍生催化剂的35倍和25倍以上。2）operando Cu K边X射线近边吸收谱和密度泛函理论计算表明，在CO2RR过程中存在还原的Cu（Cu+）物种，反应后Cu（Cu+）可逆地转化为Cu2+。这种具有突出CO2RR电催化性能的导电MOFs（c-MOFs）为设计具有高能量密度的电化学体系开辟了一条新的途径。
多孔材料学术QQ群：813094255Leily Majidi, et al, 2D Copper Tetrahydroxyquinone Conductive Metal–Organic Framework for Selective CO2 Electrocatalysis at Low Overpotentials, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202004393https://doi.org/10.1002/adma.202004393
7. AM: 尖端增强电场：在析氧反应中促进传质的新机制
析氧反应(OER)动力学较慢会导致电化学水分解的高功耗。已经尝试了各种策略来加快OER速率，但在大电流密度下，尤其是在传质因子主导反应的情况下，对调控反应物的输运的研究很少。有鉴于此，清华大学深圳国际研究生院杨诚和南洋理工大学范红金等人，采用NixFe1-x合金纳米锥阵列（表面NiO/NiFe(OH)2层≈2 nm）来促进反应物的传输。1）首次尝试通过控制电极的形态调控局部电场分布，从而优化活性位点上OER过程反应物的传质过程。有限元分析表明，高曲率尖端可以增强局部电场，从而在活性位点诱导更高浓度的氢氧根离子（OH-）浓度，并在1.5 V时将固有OER活性提高67％。2）实验结果结果表明，具有优化合金成分的镍铁纳米锥阵列电极在10 mA cm-2下具有190 mV的小过电位，在500 mA cm-2下具有255 mV的小过电位。3）当通过电化学表面积进行校准时，纳米锥电极的性能优于目前最先进的OER电催化剂。通过比较不同尖端曲率半径的样品，也证实了尖端增强的局部电场对促进传质的积极作用。鉴于纳米锥阵列电极的制备方法简易且可规模化、优异的OER性能与在大电流密度下的长期耐久性，有望将其应用于实际工业碱性电解水装置中。总之，这种局部电场增强动力学的效应应该具有普适性，从而有助于设计开发更多的纳米电催化剂。
电催化学术QQ群：740997841Peng Liu et al. Tip‐Enhanced Electric Field: A New Mechanism Promoting Mass Transfer in Oxygen Evolution Reactions. Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202007377https://doi.org/10.1002/adma.202007377
8. AM：在合金-聚合物复合电解质中构建富锂人工SEI层以实现高离子电导率用于全固态锂金属电池
固体电解质具有高机械强度和高热稳定性，可以防止泄漏事故的发生，甚至可以起到坚固的屏障作用，避免锂枝晶的渗透。因此，通过使用固体电解质，锂金属可以直接用作锂离子电池（LIBs）负极，以获得更高的能量密度，并确保其安全性。近日，华南理工大学朱敏教授，胡仁宗教授报道了为了获得具有高离子导电性的固体电解质，在聚合物基聚氧乙烯-双(三氟甲磺酰亚胺)锂复合固体电解质（PEOm）中加入Li基合金，构建了厚度约60 nm的人工富锂界面层。1）高分辨透射电子显微镜和电子能量损失谱表明，在Li基合金颗粒周围形成了一层具有非晶态特征的人工界面层，Li元素在界面上呈梯度分布。电化学分析和理论模拟结果显示，界面层为PEOm-Li21Si5复合固体电解质提供了快速的离子传输路径，对实现高稳定的离子导电性起着关键作用。2）实验结果显示，PEOm-5%Li21Si5复合电解质在30 °C和45 °C时的离子电导率分别为3.9×10-5 S cm−1和5.6×10-4 S cm−1。所开发的LiFePO4|PEOm-5%Li21Si5|Li全固态电池在0.2 C和30°C循环100次后容量稳定在129.2 mA h g−1，在0.5 C和45 °C循环200次后容量稳定在111.3 mA h g-1，表现出优异的循环稳定性和高倍率性能。
电池学术QQ群：924176072
Yuxuan Liu, et al, Constructing Li-Rich Artificial SEI Layer in Alloy-Polymer Composite Electrolyte to Achieve High Ionic Conductivity for All Solid-State Lithium Metal Batteries, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202004711https://doi.org/10.1002/adma.202004711
9. AM：RhSe2：一种具有多活性表面的用于酸、碱性析氢反应的3D型电催化剂
层状2D材料具有面积大、活性好、制备简单等优点，是一类重要的析氢（HER）电催化剂。然而，理论计算表明，只有2D纳米薄片的边缘起到了活性中心的作用，而更大的基面则表现出被动活性。近日，台州学院Wenwu Zhong报道了一种3D过渡金属硒化物RhSe2优异HER电催化剂。1）研究人员采用简单的固相合成方法制备了RhSe2样品，并测定了其在酸性和碱性溶液中的电催化活性。作为对比，还合成了IrSe2和PtSe2，并对其进行了测试，以突出RhSe2的优越电催化性能。2）密度泛函理论（DFT）计算表明，RhSe2的多个晶面表现出接近零的ΔGH，结果表明，RhSe2样品具有大量活性位点。在酸性条件下，具有低Se配位的Rh位点起着活性中心的作用，这使得修饰的Kubas介导的HER途径成为可能。而Kubas配合物的存在消除了由表面氢扩散和质子-电子结合引起的高反应势垒。相反，Se位点在碱性溶液中更具活性，限速步骤是Volmer反应，这与Tafel斜率相一致。3）实验结果显示，RhSe2样品表现出优异的HER活性，在电流密度为10 mA cm-2时，其在酸性介质中的过电位为49.9 mV，在碱性介质中的过电位为81.6 mV。
电催化学术QQ群：740997841Wenwu Zhong, et al, RhSe2: A Superior 3D Electrocatalyst with Multiple Active Facets for Hydrogen Evolution Reaction in Both Acid and Alkaline Solutions, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202007894https://doi.org/10.1002/adma.202007894
10. AFM：Ni2+可控掺杂对Mn2O3正极中锰溶解的抑制作用助力高性能锌离子电池
锰基材料被认为是水基锌离子电池（ZIBs）的潜在正极材料。然而，锰的溶解导致容量的急剧下降和缓慢的电化学反应动力学仍然是制约其进一步发展的主要瓶颈。有鉴于此，华中科技大学黄云辉教授，泰国朱拉隆功大学Jiaqian Qin，燕山大学Xinyu Zhang报道了一种NiMn层状双氢氧化物衍生的Ni掺杂的Mn2O3（NM）以抑制Mn的溶解。1）研究发现，Ni2+的引入可以促进电子重排并增强电导率，最终改善NM的反应动力学和电化学性能。而且，掺杂的Ni2+可以通过降低形成能来有效地稳定Mn2O3的Mn-O键。此外，研究人员还揭示了基于H+和Zn2+同时插入和转化的存储机理。2）实验结果显示，Ni掺杂的Mn2O3的高比容量为252 mAh g-1（0.1 A g-1），是纯Mn2O3（72 mAh g-1）的三倍。与Mn2O3正极（49.7％）相比，容量保持率（在1.0 A g-1下2500个循环后达到85.6％）也更为出色。值得注意的是，使用Ni掺杂的Mn2O3正极已实现327.6 Wh kg-1的超高能量密度，这表明锰和其他过渡金属离子的协同作用为ZIBs的未来发展提供了一种有效途径。
电池学术QQ群：924176072Dongdong Zhang, et al, Inhibition of Manganese Dissolution in Mn2O3 Cathode with Controllable Ni2+ Incorporation for High-Performance Zinc Ion Battery, Adv. Funct. Mater. 2021DOI: 10.1002/adfm.202009412https://doi.org/10.1002/adfm.202009412
11. Materials Today综述：非锂离子电池正极材料晶体缺陷调节研究进展与挑战
非锂离子（Na/K/Mg/Ca/Zn/Al-ion）电池（NLIBs）凭借其在资源和生产成本方面的巨大优势，在大规模储能技术中作为锂离子电池的替代或补充技术已成为人们关注的焦点。在过去的几年里，人们通过新的正极材料或优化现有的正极材料来开发各种用于NLIBs的高性能正极材料。作为突破固有晶格瓶颈的一种有效的优化策略，晶体缺陷调节引起了人们的广泛关注，并已应用于大量正极材料中。正极材料中合适的晶体缺陷可以增强电化学反应性，电子电导率，离子扩散率和结构稳定性，从而提高电池的容量，倍率性能和循环稳定性。有鉴于此，武汉理工大学麦立强教授，安琴友副研究员阐明了不同缺陷对电化学性能的积极作用和工作机理，总结了NLIBs正极材料上晶体缺陷调节的典型和最新研究进展，并为开发有效的晶体缺陷调制提供了未来的方向。1）从热力学第二定律来看，自然界中不存在“理想的晶体”，因此，晶体缺陷必不可少。事实上，晶体缺陷会直接影响固态材料的化学和物理性能。对于金属离子电池正极材料来说，晶体缺陷可以通过改变热力学和动力学来影响其电化学行为。作者总结了晶体缺陷在NLIBs正极材料中的主要作用相关的基本机制。2）作者综述了NLIBs正极材料中阳离子取代和阴离子取代的最新研究进展，并阐明了其改善电化学性能的积极作用和机理。随后，对用于NLIBs的阳离子预嵌插正极材料的最新研究进展进行综述，并总结了各种间隙阳离子对提高电化学性能的作用。3）空位的形成会影响正极材料的局域结构和电荷分布，对正极材料的电化学性能有重要的影响，根据相应晶格上缺失离子的种类，空位缺陷可分为阴离子空位和阳离子空位。作者总结了有关NLIBs正极材料中空位缺陷的最新研究进展。4）阳离子无序通常受替代杂质的影响，但它是一种不同于替代杂质的晶体缺陷。根据涉及的阳离子种类，阳离子无序可分为A/TM无序和TM/TM无序（A=碱金属或碱土金属，TM=过渡金属）。5）充放电过程中电极材料的结构破坏（非晶化）被认为是容量衰减的重要原因之一。有序结构崩溃后，有序原子排列提供的离子储存位点可能失去作用。有趣的是，一些特殊的非晶态材料可以为离子存储提供无序的骨架，甚至表现出比它们的晶体类别更好的电化学性能。作者总结了这些特殊的非晶态电极材料，并探讨了这些意外特性的起源。
电池学术QQ群：924176072F. Xiong et al., Crystal defect modulation in cathode materials for non-lithium ion batteries: Progress and challenges, Materials Today, (2021)DOI: 10.1016/j.mattod.2020.12.002https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.12.002
12. EnSM：用于高电压金属锂电池长寿命循环的氰基增强的原位聚合物电解质
固态聚合物电解质（SSPEs）有望提高金属锂电池（LMBs）的能量密度和安全性。然而，由于环氧乙烷（EO）链段的氧化分解电位较低以及聚合物基质在室温下的结晶度较高，采用传统的EO基SSPE制成的高电压LMBs的循环性能较差。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员报道了通过丙烯酸-2-氰乙酯与聚乙二醇甲醚丙烯酸酯的原位共聚，制备了一种氰基增强的SSPE，以改善高电压LMBs的循环性能。1）研究发现，在这种SSPE中，具有低的负静电势的-C≡N可以在充电过程中优先且强烈地与LiCoO2相互作用，从而有效地抑制了EO链段的分解。由此形成了富含-C≡N和富含LiF的稳定正极电解质中间相（CEI），这进一步提高了EO基SSPE与LiCoO2正极的相容性。此外，这种原位聚合策略不仅简化了制备过程，而且有效抑制了SSPE的结晶。2）实验结果显示，基于这种SSPE制备的LiCoO2/Li基电池具有出色的可循环性，60 ℃，4.4 V下进行500次循环后，其容量保持率为80.7％，室温4.5 V下经过100次循环后，容量保持率为93.5％。这种简单有效的氰基增强设计策略对用于高电压LMBs的EO基SSPE的合理设计具有里程碑式的重要意义。
电池学术QQ群：924176072Zhaolin Lv , Qian Zhou , Shu Zhang , Shanmu Dong , Qinglei Wang , Lang Huang , Kai Chen , Guanglei Cui , Cyano-reinforced in-situ polymer electrolyte enabling long-life cycling for high-voltage lithium metal batteries, Energy Storage Materials (2021),DOI：10.1016/j.ensm.2021.01.017https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.01.017
