1. Chem. Rev.: 用于电催化析氧反应的非均相材料的结构转变
用于制氢的电化学水分解是可再生能源转换和存储的有前途的途径。有效分解水的最重要问题之一是开发具有成本效益且高效的电催化剂，以在阳极侧驱动缓慢的析氧反应 (OER)。值得注意的是，近年来，OER 过程中金属或金属非氧化物化合物的表面氧化和某些金属氧化物的表面非晶化等结构转变引起了越来越多的关注。对OER中结构转变的研究将有助于深入了解准确的催化机理，最终有利于合理设计高活性催化材料。有鉴于此，中国科技大学谢毅院士和吴长征教授等人，综述了OER电催化过程中具有明显结构转变的多相材料的研究进展。
本文要点：
1）为了深入了解结构转变的本质，总结了影响转变过程的驱动力和关键因素。此外，还介绍了用于探测转变表面的化学状态和原子结构的先进技术。然后讨论了活性物质的结构以及转化材料的催化性能与结构性能之间的关系。最后介绍了多相OER电催化技术面临的挑战和发展前景。
2）该领域仍有一些重要但模棱两可的问题需要解决。（a）阐明真实OER催化剂的结构，催化剂前驱体和最终活性物种之间的结构差异给建立精确的构效关系带来了困难。（b）OER催化机理的理论研究虽然理论计算已经有所改进，但与OER相关的理论分析仍然面临许多挑战。（c）探索解释多相和均相 OER 电催化的通用原则。考虑到在温和的 OER 条件下经历结构转变的材料和稳定的均相催化剂都具有催化活性结构，没有长程有序，是否存在可以有效描述其催化机制的统一概念仍然是一个悬而未决的问题。（d）未来工业应用。
Hui Ding, et al. Structural Transformation of Heterogeneous Materials for Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction. Chem. Rev., 2021.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00234
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00234
2. Chem综述：二维极限下的范德华有机/无机异质结构
二维（2D）极限下的范德华（Van Der Waals）有机/无机异质结构具有广泛的结构可调性，将推动具有定制功能的人造固体的发展。近年来，单分子层膜、二维聚合物、共价有机骨架和金属氧化物骨架等几类2D有机材料的突破性进展，丰富了无机二维材料异质结构设计的可能性。鉴于2D极限下的有机和无机vdW材料在新兴研究领域的日益重要和快速发展，清华大学深圳国际研究生院徐晓敏助理教授，中国科学院深圳先进技术研究院成会明院士对它们的受控合成、界面相互作用和器件应用进行了及时和全面的综述。
本文要点：
1）作者首先总结了2D极限中的单个无机和有机组分的结构，以及形成有机/无机异质结构的有效途径，主要总结了二维分子膜的控制组装和二维聚合物在原子平坦的无机层上的合成和堆积。
2）作者接着研究了有机/无机异质界面的电学和光学性质，包括基态电子性质、激发态性质和光学性质。随后，重点总结了这种新兴异质结构的应用，尤其是先进的(光)电子、神经形态和多功能器件，这些器件显示出任何一类材料都不能单独实现的优异性能。
3）作者最后指出了新兴的2D有机/无机异质结构研究仍亟待解决的问题和挑战，包括结构形成、界面相互作用和器件工程。首先，合理和可扩展的方法精确控制二维材料和有机/无机异质结构的生长对实际应用至关重要。其次，应全面了解二维异质结构的结构-性能关系和基础物理。第三，新兴2D有机/无机异质结构的器件工程开发仍处于初级阶段。
Xu et al., Van der Waals organic/inorganic heterostructures in the two-dimensional limit, Chem (2021)
DOI：10.1016/j.chempr.2021.08.013
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2021.08.013
3. Angew：明亮的双界面镧系纳米颗粒用于高保真NIR-II多路寿命生物成
荧光寿命成像为在近红外II区(NIR-II)窗口实现体内多路复用提供了更多的可能性。然而，由于寿命可区分的荧光探针往往会表现出不同的荧光强度，特别是寿命较短的荧光强度较弱，此时背景噪声的干扰会使得对多路复用寿命信息进行同时译码变得困难。为了实现高保真寿命多路成像，复旦大学张凡教授开发了一系列Er3+掺杂的双界面荧光纳米探针(Er-DINPs): α-NaYF4@NaErF4: Ce@NaYbF4@NaErF4: Ce@NaYF4，
本文要点：
1）该荧光纳米探针具有很强的荧光强度和易于识别的荧光寿命。
2）体内外实验结果表明，这些具有相似荧光强度的探针在实现高保真多路寿命生物成像方面具有诸多优势。
Xinyan Zhu. et al. High-fidelity NIR-II multiplexed lifetime bioimaging with bright double interfaced lanthanide nanoparticles. Angewandte Chemie International Edition. 2021
DOI: 10.1002/anie.202108124
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202108124
4. Angew：熔盐对用于锂-硫电池的铁-碳-氮的电化学调制
合理设计化学结构用于限制和转化多硫化锂（LiPSs吸）的硫基质对于开发高性能锂-硫（Li-S）电池至关重要。基于此，武汉大学肖巍教授报道了设计了一种具有内外接枝Fe3C纳米颗粒的中空掺氮碳（Fe3C@C@Fe3C），作为促进LiPSs吸附转化的优良硫载体。
本文要点：
1）研究人员在600 ℃熔融的NaCl-CaCl2中，对聚多巴胺包覆的纺锤状Fe2O3（Fe2O3@PDA）进行电化学还原，制备出Fe3C@C@Fe3C。PDA热解会生成N掺杂的碳壳和CO。CO的释放与Fe2O3的电化学脱氧同时进行，生成Fe3C纳米颗粒。
2）制备的Fe3C@C@Fe3C具有中空结构，末端开口，N掺杂的碳，锚定的Fe3C纳米颗粒，因此集导电、固定和催化能力于一体，是用于Li-S电池的理想硫基质。
该工作突出了金属碳化物在促进锂多硫化物吸附转化过程中的独特化学作用，也将熔盐电解的范围扩展到能源材料的制备。
Wei Weng, et al, Molten Salt Electrochemical Modulation of Iron-Carbon-Nitrogen for Lithium-Sulfur Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111707
https://doi.org/10.1002/anie.202111707
5. Angew：颗粒细化引发的一种提高循环容量的珊瑚状FEP@NC负极用于钠/锂离子电池
具有较高的Na+储存性能和循环稳定性的电极材料对于提高钠离子电池的能量密度和倍率性能至关重要。基于此，中科院大连化物所李先锋研究员，郑琼副研究员，燕山大学唐永福教授报道了提出了一种珊瑚状的FeP复合材料，即将FeP纳米颗粒锚定和分散在氮（N）掺杂的三维（3D）碳骨架上（FEP@NC）。FeP纳米颗粒均匀分布在纳米氮化碳基体上，通过催化周围的非晶碳生成层状石墨化碳，对复合材料的石墨化程度起着至关重要的作用。
本文要点：
1）由于FeP纳米颗粒周围具有高度连续的N掺杂碳骨架和弹性缓冲的石墨化碳层，基于FeP@NC复合材料的钠离子电池（SIB）在10 A g-1下表现出超稳的循环性能，在10000次循环中容量保持率为82.0%。
2）研究人员证实了一种独特的颗粒细化在循环过程中提高容量的机制。FeP纳米颗粒在第一个循环中经历了细化-复合过程，经过几十个循环后呈现出全区域细化的趋势，导致石墨化度和界面磁化强度逐渐增加，进一步为Na+的存储提供了更多的额外活性中心，并有助于提高循环容量。
3）这种容量提高机制也可以扩展到锂离子电池（LIBs）。在10 A g-1下，5000次循环后，基于FeP@NC复合材料的LIBs的容量保持率为90.3%，超过了已报道的FeP基复合材料的容量保持率。
这项研究提出了一种在循环过程中提高容量的新策略，为设计高性能的SIBs/LIBS负极材料提供了一种可行的解决方案。
Canpei Wang, et al, A Coral-Like FeP@NC Anode with Increasing Cycle Capacity for Sodium-Ion and Lithium-Ion Batteries Induced by Particle-Refinement, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110177
https://doi.org/10.1002/anie.202110177
6. Angew：NiFe层状双氢氧化物的原子阳离子-空位工程用于提高析氧反应的活性和稳定性
NiFe-层状双氢氧化物（NiFe-LDH）是目前发展起来的用于碱性介质中析氧反应（OER）活性最高的催化剂之一，但其OER的长期稳定性一直无法令人满意。基于此，新西兰奥克兰大学Geoffrey I.N. Waterhouse，中国科学院理化技术研究所张铁锐研究员系统地研究了NiFe-LDH催化剂在碱性介质中OER活性下降的影响因素，并论证了合理构建阳离子空位稳定的NiFe-LDH催化剂可以大大抑制其活性下降。
本文要点：
1）实验和理论研究结果表明，阳离子空位（尤其是M2+空位）提高了相邻金属离子与LDH片中氧的结合能，同时也缓解了晶格畸变，从而大大减轻了OER条件下金属在电解液中的溶解。进一步的研究发现，阳离子空位（尤其是M3+）空位)可以加速γ(NiFe)OH活性中心的演化，同时也优化了OER中间体在催化剂表面的结合能，从而提高了OER活性。
2）受这些机理研究的启发，研究人员在含双M2+和M3+空位的NiFe-LDH催化剂（即NivacFevac-LDH）上实现了优异的OER稳定性和活性。
这项工作对NiFe-LDH催化剂在OER过程中降解机理的深入理解，以及一种更稳定的阳离子空位工程NiFe-LDH催化剂的简单合成策略，为未来开发用于实用电解水分解和可充电金属-空气电池的高稳定性和高活性的OER电催化剂提供了一个框架。
Lishan Peng, et al, Atomic cation-vacancy engineering of NiFe-layered double hydroxides for improved activity and stability towards the oxygen evolution reaction, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI：10.1002/anie.202109938
https://doi.org/10.1002/anie.202109938
7. Angew：蒸发诱导的小肽共轭二氧化硅纳米颗粒的自组装
分子自组装是一种基于特定、定向、可调和非共价相互作用实现分子精准排列的过程。这种相互作用通常是静电力、氢键、芳香π-π 或范德华相互作用。在超分子化学中，自组装策略是在纳米尺度上创建不同分子拓扑的强大工具。近日，奥地利维也纳大学Freddy Kleitz，Michael R. Reithofer报道了一种独特的蒸发诱导自组装（EISA）策略，用于四种不同的通过粒子表面的多肽功能化而获得的二氧化硅纳米粒子体系。
本文要点：
1）研究人员首先详细研究了共价肽-硅胶偶联，从单一氨基酸（L-丝氨酸）的接枝开始，扩展到特定的小肽（最多四个氨基酸），然后转移到不同的颗粒类型（MCM-48-型MSN，固体纳米颗粒，以及新开发的类病毒纳米颗粒）。使用各种方法分析制备的材料以评估纳米颗粒的孔隙率，接枝效率，组成，尺寸和电荷等。
2）研究了这些材料进行 EISA 的能力，结果表明，EISA与颗粒类型和锚定在其表面的肽量无关。因此，这种基于EISA的方法为未来先进的药物输送系统，工程分层吸附剂和纳米催化剂组件的设计提供了新的可能性。
Cornelia von Baeckmann, et al, Evaporation-Induced Self-Assembly of Small Peptide-Conjugated Silica Nanoparticles, Angew. Chem. Int. Ed.2021
DOI: 10.1002/anie.202108378
https://doi.org/10.1002/anie.202108378
8. Angew：氧化还原活性三环喹唑啉固定在二维导电金属-有机骨架上的储锂性能
杂环共轭的芳香族分子激发了人们对其在锂离子电池等可充电电池应用的极大兴趣，但其具有电导率低，易溶于电解质等问题，其应用受到严重限制。近日，暨南大学李丹教授，宾德善教授报道了合成了一种富氮芳香分子TQ和一种基于TQ的含氧化还原CuO4单元的导电MOF Cu-HHTQ（HHTQ = 2,3,7,8,12,13-hexahydroxytricycloquinazoline），并对其作为储锂电极材料进行了研究。
本文要点：
1）研究人员利用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和水的混合溶剂，在85℃下，通过溶剂热法合成了Cu-HHTQ。研究发现，HHTQ连接基由铜离子组成，并形成了具有2D蜂窝结构的晶态Cu-HHTQ。同时，HRTEM图像中的可见晶格条纹进一步证实了Cu-HHTQ的长程有序晶体结构。HRTEM放大图像显示，Cu-HHTQ的六方孔型孔径约为2.52 nm，与预期结构非常吻合。
2）研究人员通过实验结果和理论计算证实了TQ的氧化还原活性。据了解，这是首次发现TQ具有氧化还原活性，并将其作为储锂电极材料。TQ基二维导电MOF Cu-HHTQ在600 mAg-1下的比容量为657.6 mAh g-1，循环200次后的容量保持率为82%。这是已报道的导电MOF中比容量最高的材料之一。因此，基于新型氧化还原活性TQ的有机储能电极材料的设计与合成值得人们进一步研究。
研究结果突出了一种有效的策略，即将多个氧化还原活性基团结合到导电的MOFs中，构建用于储能的电极材料。
Jie Yan, et al, Immobilizing Redox-Active Tricycloquinazoline into a 2D Conductive Metal-Organic Framework for Lithium Storage, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202110373
https://doi.org/10.1002/anie.202110373
9. Nano Letters：无氯化物镁电池电解质形成的坚固负极-电解质纳米界面
双(六甲基二硅叠氮)镁（Mg(HMDS)2）基电解质与镁（Mg）金属负极具有良好的相容性，是目前备受关注的可充电Mg电池候选材料。然而，通常的Mg(HMDS)2与氯化盐的组合会导致电池组件严重的腐蚀，负极稳定性低等问题，严重限制了其实际应用。基于此，新加坡科技研究局（A*STAR）Zhi Wei Seh首次报道了一种在1,2-二甲氧基乙烷（DME）中的无氯化物Mg(HMDS)2基电解质。
本文要点：
1）采用四丁基硼氢化铵（TBABH4）作为除湿剂，通过化学控制微水含量，Mg(HMDS)2- DME电解质在镀镁/剥离中表现出优异的电化学性能，在150次循环中平均库仑效率达到98.3%，且对电池组分无腐蚀性。
2）对Mg金属负极的表面分析和深度分析结果显示，负极-电解质纳米界面上形成了一种坚固的固体电解质界面（SEI），从而实现了可逆的镀镁/剥离过程。
3）研究发现，Mg(HMDS)2-DME电解质与硫化铜（CuS）纳米材料正极也表现出良好的相容性，其初始放电容量达到了261.5 mAh g−1。
Raymond Horia, et al, Using a Chloride-Free Magnesium Battery Electrolyte to Form a Robust Anode−Electrolyte Nanointerface, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02655
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02655
10. Nano Letters：原位精确调谐双金属的电子效应以增强氧还原催化性能
通过移动d带中心来调节中间吸附能量为调节金属催化剂的反应性提供了一个强有力的策略。近日，南京工业大学陈虹宇教授，南洋理工大学刘彬教授报道了一种在Au上逐层生长Pd的电位扫描方法，并通过乙醇氧化反应来原位测量表面结构。
本文要点：
1）光谱表征表明，电荷转移导致Pd覆盖层的价带重构，与体Pd相比，其d带中心远离费米能级。
2）与Pt/C相比，Pd/Au单分子膜在氧还原反应中质量活性提高了370倍以上（在0.9 V vs.RHE），半波电位提高了40 mV。
3）自制的Zn-空气电池测试结果显示，2-ML-Pd/Au/C的最大功率密度达到了296 mW/cm2，比活性为804 mAh/gZn，远高于相同负载量的Pt/C。
该方法结合了在Au衬底上逐层精确沉积Pd覆盖层和实时测量表面结构，这将大大简化催化剂设计/优化程序。
Junming Zhang, et al, In Situ Precise Tuning of Bimetallic Electronic Effect for Boosting Oxygen Reduction Catalysis, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02705
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02705
11. AM：界面激光诱导的石墨烯用于高性能液−固摩擦电纳米发电机
激光诱导石墨烯(LIG)已成为一种很有前途的、用途广泛的高通量石墨烯图案化方法，但其在实际应用中制造复杂结构和器件的全部潜力还有待进一步开发。近日，广东工业大学陈新教授，香港中文大学汪正平院士，赵铌教授，香港城市大学王钻开教授报道了一种原位生长LIG工艺，该工艺能够在氟化乙烯丙烯（FEP）包覆的聚酰亚胺（PI）上形成超疏水掺氟石墨烯。
本文要点：
1）该方法利用激光激发过程中FEP和PI的不同光谱响应，优先生成LIG形成的环境，从而消除了对多步骤工艺和特定气氛的需要。
2）通过光谱调谐界面LIG工艺制作的结构化和防水结构适合作为构建柔性液滴基发电机（DEG）的电极，该发电机具有高功率转换效率，在高度位25 cm的105 µL水滴的冲击下，可产生47.5W/m2的峰值功率密度。重要的是，该摩擦电纳米发电机在高湿度和各种pH条件下表现出出色的循环性能和运行稳定性。
3）所开发的简易流程可以扩展到实现各种功能器件。
Yun Chen, et al, Interfacial Laser-Induced Graphene Enabling High-Performance Liquid−Solid Triboelectric Nanogenerator, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104290
https://doi.org/10.1002/adma.202104290
