1. Chem. Soc. Rev.综述：二维异质结构的界面化学及应用研究进展
二维异质结（2D HSs）是一种将不同的二维材料结合起来，发挥其优势，克服其缺点的一种新型材料。得益于新形成的异质界面，不同的材料组合成2D HSs具有吸引力的特性和有趣的功能。在原子水平上揭示HSs的表面性质和复杂的异质界面，对于实现所需的性能，设计新型2D HSs并最终释放其实际应用的最大潜力至关重要。近日，澳大利亚皇家墨尔本理工大学Nasir Mahmood，新南威尔士大学Kourosh Kalantar-Zadeh综述了有关异质界面的化学特性、特殊的表征以及二维HSs的合成和应用的最新研究进展。1）作者首先简要概括了二维材料的固有局限性，以满足扩展到2D HSs的需要，然后总结了纳米尺度上的vdW和共价异质界面的原理和化学。随后总结了大面积合成2D HSs的最新进展，以及精细控制异质界面的可扩展策略。2）作者随后重点总结了2D HSs在大功率储能、双功能催化剂、电子学和传感器等各类新兴应用方面的最新研究进展。3）作者最后指出了2D HSs研究仍面临的挑战，并提出了解决方案，用于开发高性能2D HSs。
二维材料学术QQ群：1049353403Sharafadeen Gbadamasi, et al, Interface chemistry of two-dimensional heterostructures – fundamentals to applications, Chem. Soc. Rev., 2021https://doi.org/10.1039/d0cs01070g
2. AM：具有有序微结构和优异机械性能的生物复合材料
生物是设计合成材料的源泉。然而，生物又不同于合成材料，前者由活细胞组成用于生长和再生。自然系统可以生长具有复杂微结构的材料，但如何在工程系统中利用活细胞生长具有预先设计的微结构的材料在很大程度上仍然极具挑战性。有鉴于此，美国南加州大学王启明教授报道了一种利用3D打印聚合物支架中的细菌辅助矿化来制造生物矿化复合材料的策略。与其他现有策略相比，该策略可以制备出具有高矿物分数（45-90%）和高度有序矿物取向的矿化复合材料。1）研究人员3D打印的聚合物支架来模拟结构化的β-甲壳素基质，并依靠附着在聚合物表面的细菌作为成核位点。细菌分泌的脲酶有助于生长在聚合物支架周围的碳酸钙（CaCO3）的矿化。矿物的生长由支架内的微孔引导，最终形成具有预先设计的微结构的生物矿化复合材料。2）研究人员通过分析理论和相场模型揭示了矿化复合材料的生长过程。3）得益于矿物的有序取向，所合成的生物矿化复合材料具有出色的比强度和断裂韧性，可与天然复合材料相比，并具有出色的能量吸收能力，优于天然和人造材料。这项工作为开发具有高有序微观结构和优异性能的3D结构混合合成生物材料打开了大门。
复合材料学术QQ群：519181225
An Xin, et al, Growing Living Composites with Ordered Microstructures and Exceptional Mechanical Properties, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202006946https://doi.org/10.1002/adma.202006946
3. AM：不饱和镍表面氮化物催化剂用于稳定而高效地电催化海水析氢
电催化海水制氢是一种低成本和清洁能源转换的有效途径。然而，由于缺乏具有高催化活性以及稳定的催化剂，极大阻碍了海水析氢反应（HER）的实际应用。近日，澳大利亚阿德莱德大学乔世璋教授报道了采用不饱和氮化工艺，成功合成了一种包覆在碳壳中的镍表面氮化物（Ni-Sn@C）。1）与传统的TMN或金属/金属氮化物异质结相比，在Ni-Sn@C上没有发现体氮化镍相。相反，Ni-Sn@C的主要化学成分是金属Ni，但具有独特的不饱和表面Ni-N键。因此，Ni-Sn@C催化剂不仅兼具金属镍和氮化镍的特性，而且在催化剂表面引起电荷重新分布，使其具有优异的耐腐蚀性和类Pt的海水裂解HER活性。2）实验结果显示，Ni-Sn@C催化剂在23 mV（η10）的小过电位下的电流密度达到了10 mA cm−2，同时在碱性海水中，具有良好的HER稳定性。3）研究人员利用先进的同步加速器光谱研究了Ni-Sn@C中不饱和Ni-N的成键和电荷重分布。同时，在同位素标记的电解质中，采用原位拉曼光谱研究了Ni-Sn@C的活性机制。研究发现，不饱和的Ni-Sn@C在高pH条件下促进了氢离子的生成，降低了整个反应的势垒，具有类Pt的行为。4）研究人员组装了一种实用的双电极流动电解槽，当与水合肼氧化（HzOR）组合使用时，可以在0.7 V的电池电压下，以1 A cm−2的电流密度产生氢气。
电催化学术QQ群：740997841
Huanyu Jin, et al, Stable and Highly Efficient Hydrogen Evolution from Seawater Enabled by an Unsaturated Nickel Surface Nitride, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202007508https://doi.org/10.1002/adma.202007508
4. AM: 扭曲双层石墨烯的制备策略及其独特性质
扭曲双层石墨烯由于莫尔超晶格的形成，而表现出许多新奇的物理现象。特别是超导行为的发现，对石墨烯产生了更大的探索兴趣。越来越多的研究主要集中在扭曲双层石墨烯的物理性能上，而高质量扭曲双层石墨烯的制备是获得所需性能的先决条件，因为扭曲双层石墨烯的扭转角和界面接触对薄膜的性能有很大的影响。近日，中科院化学所Gui Yu团队针对扭曲双层石墨烯的先进制备策略和制备面临的挑战发表了综述。1）详细分析了化学气相沉积法、碳化硅外延生长法、堆叠单层石墨烯法和折叠单层石墨烯法制备扭曲双层石墨烯的优缺点，为制备方法的进一步发展提供参考。2）介绍了扭曲双层石墨烯扭转角的表征方法。然后，描述了扭曲双层石墨烯独特的物理化学性质和相应的应用，包括相关的绝缘和超导态、铁磁态、孤子、增强光吸收、可调谐带隙、锂嵌入和扩散。3）讨论了制备高质量大面积扭曲双层石墨烯的机遇和挑战，展示了其独特的物理性能，探索了扭曲双层石墨烯角度相关特性的新应用，从而推动其从实验室走向市场。
二维材料学术QQ群：1049353403
Le Cai and Gui Yu, Fabrication Strategies of Twisted Bilayer Graphenes and Their Unique Properties, Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202004974https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202004974
5. AM综述：面向先进电极和电化学储能器件的纳米阵列表面与界面工程
电化学储能器件（EESDs）的整体性能与表面和界面存在着内在的联系。三维纳米阵列（3D-NAs）是一种极有前途的电极结构，具有相对有序、连续和完全暴露的单个纳米结构的活性表面，促进了电极内的质量和电子传递以及界面上的电荷转移，为工程应用提供了理想的平台。有鉴于此，华中科技大学Yuanyuan Li，武汉理工大学刘金平教授从电极和界面设计到器件集成，对3D-NAs的表面和界面工程进行了重要的概述。1）作者首先重点概述了3D-NAs的一般优点和3D-NA混合电极的表面/界面工程原理。研究重点是使用3D-NAs作为一种优异的平台来调节界面性质，并在不受粘结剂干扰的情况下产生新的机制/材料。2）作者还总结了3D-NAs表面的设计和应用，以开发具有3D集成电极/电解质界面的柔性/固态EESDs，也包括涉及其他活性物种的3D三相界面，这些3D三相界面具有(准)固态电解质可渗透到整个器件的特征。3）作者最后指出了3D-NAs表面/界面工程仍面临的挑战并展望了未来发展方向。
电催化学术QQ群：740997841Linpo Li, et al, Surface and Interface Engineering of Nanoarrays toward Advanced Electrodes and Electrochemical Energy Storage Devices, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202004959https://doi.org/10.1002/adma.202004959
6. AM：通过位错攀移机制在2D过渡金属二硫属化物中形成具有高原子掺杂的纳米条带
掺杂是改善材料性能的重要手段，已被广泛应用于制备具有所需特性的电子和光学半导体器件。块体和低维材料的掺杂通常是在其生长过程中实现。然而，除了掺杂元素在主体材料中的溶解度问题外。其面临的另一个问题是缺乏对掺杂剂空间分布的有效控制。近日，日本产业技术综合研究所Kazu Suenaga，Yung-Chang Lin，德国亥姆霍茨德累斯顿—罗森多夫研究中心Arkady V. Krasheninnikov提出了一种新的TMDCs掺杂策略，该策略基于位错攀升机制，在过量掺杂原子存在的情况下实现了TMDCs的生长后掺杂。1）研究人员通过退火，然后与Se或S一起沉积掺杂剂的两步法，将高浓度和空间局部分布的过渡金属（TM）原子通过掺杂引入到2D WSe2中。2）研究人员利用透射电子显微镜和电子能量损失谱来表征W处掺杂的的Ti，V，Cr和Fe。值得注意的是，各种杂质原子均具有极高的掺杂密度（6.4-15％）。同时，掺杂剂主要分布在嵌入原本为WSe2的纳米带（3 nm）中。3）研究发现，WSe2中Se缺陷和位错的形成可以协助TM原子掺杂。当位错核沿着Z字形或扶手椅方向攀移时，掺杂的TM原子会同时嵌入在由位错攀移所形成的纳米条带中。这项工作展示了一种空间可控掺杂策略，以在2D材料中实现所需的局部电、磁和光学特性。
二维材料学术QQ群：1049353403Yung-Chang Lin, et al, Formation of Highly Doped Nanostripes in 2D Transition Metal Dichalcogenides via a Dislocation Climb Mechanism, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202007819https://doi.org/10.1002/adma.202007819
7. AM: 高面容量锌金属电池
锌金属负极具有安全、低成本的优点，是一种很有前途的水系电池负极。然而，锌金属电池是热力学不稳定的，水分解产氢和电解质、金属锌的消耗影响了金属锌的电沉积过程，这个长期忽视的问题严重影响了电池寿命。近日，香港城市大学支春义教授、Yangyang Li、香港理工大学Haitao Huang合作，通过原位电池-气相色谱-质谱分析定量评估了锌沉积过程中的副反应的析氢量，并提出了一种Zn2+离子导体ZnF2，以抑制副反应并增强锌金属电极的电化学可逆性。1）锌金属电池的析氢通过原位电池-气相色谱-质谱分析进行精确定量。在Zn//Zn对称电池的每一部分中，氢流量达到3.76 mmol h−1 cm−2，在Zn//MnO2全电池中，氢流量达到7.70 mmol h−1 cm−2；2）构建具有高Zn2+转移数(0.65)、高电子绝缘(0.11 mS cm-1)和高Zn2+离子传导性(80.2 mS·cm-1)的Zn2+固体离子导体ZnF2，以将锌金属与液体电解质隔离，这不仅阻止超过99.2%的副反应氢析出，而且引导均匀的锌电沉积。精确定量，Zn@ZnF2//Zn@ZnF2电池仅产生0.02 mmol h−1 cm−2的氢(Zn//Zn电池的0.53%)；3）令人鼓舞的是，高面积容量的Zn@ZnF2//MnO2 (约3.2 mAh cm−2)全电池在完全充电状态下，仅产生0.06 mmol h−1cm−2 (Zn//Zn电池的0.78%)的最大氢流量。同时，Zn@ZnF2//Zn@ZnF2对称电池在超过590小时(285个循环)的超高电流密度和面容量(10mA cm-2，10 mAh cm-2)下表现出优异的稳定性，远远优于所有报道的在水系锌金属负极。鉴于Zn@ZnF2负极的优越性能，高面积容量的Zn@ZnF2//MnO2水系电池(≈3.2 mAh cm−2)在1000次循环中表现优异的循环稳定性，在约100%库仑效率下保持93.63%的容量。
电池学术QQ群：924176072Longtao Ma, et al, Toward Practical High-Areal-Capacity Aqueous Zinc-Metal Batteries: Quantifying Hydrogen Evolution and a Solid-Ion Conductor for Stable Zinc Anodes, Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202007406https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202007406
8. AM: 基于新型空穴传输层的钙钛矿太阳能电池
成均馆大学Nam‐Gyu Park和巴黎大学Thanh‐Tuân Bui等人报道了一种热稳定的钙钛矿太阳能电池（PSC），基于一种新的1,3-二（5-（4-（双（4-甲氧基苯基）氨基）苯基）噻吩并[3,2-b]噻吩-2-基）-5-辛基-4H-噻吩并[3,4-c ]吡咯‐4,6（5H）‐二酮（HL38）的有机空穴传输剂（MHT）。
1）对于掺有双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂和4-叔丁基吡啶作为添加剂，HL38的空穴迁移率为1.36×10-3 cm2 V-1 s-1，玻璃化转变温度为92.2°C。在钙钛矿和HL38之间进行2-（2-氨基乙基）噻吩氢碘化物（2-TEAI）的界面工程可将功率转换效率（PCE）从19.60％（对照组）提高到21.98％，该PCE高基于添加剂的spiro-MeOTAD的器件（21.15％）。2）在85°C下进行了1000多个小时的热稳定性测试。基于HL38的PSC保留了初始PCE的85.9％，而基于spiro-MeOTAD的PSC则从21.1％降至5.8％，且无法恢复。3）飞行时间二次离子质谱与傅立叶变换红外光谱的研究表明，由于Li+与HL38的强络合作用，HL38中的锂离子扩散率低于spiro-MeOTAD，这是其较高热稳定性的原因。在空穴传输层中捕获移动的Li+对于设计新颖的MHT以改善PSC的热稳定性至关重要，还强调了界面设计对非常规MHT的影响。
光电器件学术QQ群：474948391Seul‐Gi Kim, et al. Capturing Mobile Lithium Ions in a Molecular Hole Transporter Enhances the Thermal Stability of Perovskite Solar Cells, Advanced Materials, 2021DOI: 10.1002/adma.202007431https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202007431
9. Nano Energy：揭示具有60 Ah高能量密度锂离子袋式电池的内部微短路机制
发现、评估和预防电池内部的微小短路（ISCs）对于大容量高能量密度（HED）锂离子电池的安全性至关重要。然而，目前对微ISCs机制和预警信号的研究尚不够完全深入。近日，加拿大西安大略大学孙学良教授，国联汽车动力电池研究院有限责任公司Jiantao Wang报道了通过高精度渗透试验和加速量热法，成功地在60Ah HED（≥290 Wh kg-1）锂离子袋电池上触发和研究了硅基负极/富镍正极对的按需ISCs。1）研究人员观察到了微ISCs过程中电池组分的详细行为，如针孔和裂纹的形成，隔膜的闭孔和断裂，以及正极的破坏和铝集电器的熔融。同时还建立了这些内部效应与外部电池信号的相关性。2）研究结果表明，即使是毫伏水平的电压变化信号，也值得注意，可以作为可作为微ISCs预警的前兆信号和预测电池热失控的先导指标。这项工作所揭示的微型ISC传播、减缓和加速机制可用于指导安全性HED锂离子电池的设计。
电池学术QQ群：924176072Xiaopeng Qi, et al, Unveiling Micro Internal Short Circuit Mechanism in a 60 Ah High-Energy-Density Li-ion Pouch Cell, Nano Energy, (2020)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.105908https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105908
10. Nano Energy：揭示饱和乙醚电解质提高Na-O2电池长循环稳定性的机理
Na-O2电池因其高能量密度和低成本而被认为是最有前途的储能技术之一。然而，其较差的循环寿命和复杂的界面形成机制极大地阻碍了Na-O2电池的实际发展。近日，澳大利亚伍伦贡大学郭再萍教授，重庆大学王煜教授报道了与常用的醚基电解质（0.5 M三氟甲磺酸钠在四乙二醇二甲醚中）相比，其饱和电解质用于Na-O2电池，可获得约四倍的循环寿命。1）全面阐明高浓度电解质在Na-O2电池中的作用机理，研究人员制备了一系列不同浓度的NaCF3SO3/四甘醇二甲醚TEGDM电解质，研究了高浓度电解质对Na-O2电池稳定性的影响，以及氧和电解液对Na负极的腐蚀以及对Na枝晶的抑制作用。2）实验结果和模拟均表明，饱和电解质在减少NaO2的溶解中起重要作用，缓解了O2-的穿梭效应；大大降低了溶解氧，从而消除钠的负极氧化。此外，在饱和电解质中，由于较高的Na+的高通量，有效地抑制了Na枝晶的生长，缓解了Na+通量的不均匀性。因此，具有饱和电解质的Na-O2电池表现出了优异的循环稳定性。
电池学术QQ群：924176072Jin-ling Ma, et al, Revealing the mechanism of saturated ether electrolyte for improving the long-cycling stability of Na-O2 batteries, Nano Energy, (2020)DOI：10.1016/j.nanoen.2021.105927https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105927
11. AFM: 液态合金辅助形成固态电池内保形电极-电解质界面
最近对固态碱金属电池的研究努力，正在将能量密度的极限推向一个更高的水平。然而，固态电池的发展仍然受到许多固有的限制，其中固体电解质与金属负极之间的不兼容性，是大量研究关注的问题。近日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授团队报道了一种液体钠-钾合金碱性离子电池，它采用固体聚合物电解质，在整个电池循环过程中提供保形电极-电解质接触，证明液体金属在高能量密度电池应用中的优势。1）与固体电解质上的固体碱金属相比，在液体金属负极上，观察到的电极-电解质界面电接触和物理接触大大增强。液态金属电解质的对称电池显示出比碱金属电极，低得多的超电势以及更好的循环能力。2）以硫氰酸钠和铁氰化钾为正极，组装的全电池在500次循环中具有优异的循环稳定性，容量衰减合理，并且具有良好的倍率性能。3）通过调节聚合物电解质中的盐和填料种类，可以进一步改善液态金属在电解质上的润湿性，并且离子电导率的提高可以进一步改善这种设计的电池性能。
电池学术QQ群：924176072
Xuelin Guo Jiwoong Bae Yu Ding Xiao Zhang Guihua Yu, Liquid Alloy Enabled Solid‐State Batteries for Conformal Electrode–Electrolyte Interfaces, Advanced Functional Materials, 2021.DOI: 10.1002/adfm.202010863https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010863
12. ACS Nano：铌和钛碳化物（Mxenes）作为CO2光催化的优良光热载体
通过光热催化将CO2转化为燃料和原料化学品可以有效利用太阳能，从而缓解全球能源短缺和气候危机。尽管最近人们已经取得了一些进展，但开发具有优异光热性能的材料以提高CO2光热催化性能仍然还是一个新的研究热点。近日，苏州大学何乐教授，张晓宏教授，李超然副研究员，加拿大多伦多大学Geoffrey A. Ozin报道了可作为金属纳米颗粒优异光热载体的MXene材料。1）研究人员发现，Nb2C和Ti3C2这两种典型的MXene材料可以增强光热效应，从而增强Ni纳米颗粒的光热催化活性。值得注意的是，在没有外部加热的情况下，Nb2C负载的Ni纳米颗粒（Ni/Nb2C）在36阳光照射下具有创纪录的8.50 mol·gNi-1·h-1的CO2转化。这项研究弥合了Mxene光热材料和CO2光热催化之间朝着更有效的太阳能转化为化学能的差距，并激发了人们对MXene负载的金属纳米颗粒进行其他非均相催化反应（尤其是在太阳光驱动下）的兴趣。
光催化学术QQ群：927909706Zhiyi Wu, et al, Niobium and Titanium Carbides (MXenes) as Superior Photothermal Supports for CO2 Photocatalysis, ACS Nano, 2021DOI: 10.1021/acsnano.1c00990https://dx.doi.org/10.1021/acsnano.1c00990
