1. Nature Commun.：一种凝胶电解质中可提高电化学电容的纳米流体无孔电极
目前，多孔电极广泛应用于固态超级电容器（SCs）中。一般来说，在多孔电极中嵌入均匀的离子渗透网络是实现凝胶电解质高容量的关键。然而，由于交联聚合物链的缠绕和粘性，凝胶电解质的渗透性往往很差。与液体电解质中的电极相比，电极电容对凝胶穿透性的依赖性导致了其显著的性能下降。大量研究选择通过限制电极的质量负载和厚度来缓解低凝胶渗透性，从而又导致面电容较小。
近日，澳大利亚新南威尔士大学王大伟，瑞典斯德哥尔摩大学Hongyi Xu报道了提出了一种不同的固态SCs电极设计概念，目的是在所有指标（重量、面积和体积）上实现通用的高电容。该策略涉及到使用非多孔的二维(2D)纳米流体结构，这种结构本质上是电子和离子的双重导电，将其作为固态SCs的电极活性材料。
本文要点：
1）研究人员使用一种具有层状2D导电聚合物-氧阴离子结构的钨酸盐阴离子连接的聚苯胺（TALP）来验证该策略。研究人员观察到，层状TALP (c=1.18 nm)中存在横向承压水，它形成了本质上水合的纳米流体通道，具有离子导电性。此外，TALP中受限水合离子通道的尺度接近双倍德拜长度（2λ），这有利于高密度电荷存储。
2）研究人员还发现，TALP的层状纳米流通道在机械压实下可保持规则离子通道的稳健性，这与可变形的复杂碳网络不同。这一特性使粉状TALP能够压制成表观密度高达1.8 g cm−3、极低孔隙率（5.56%）的球团电极。研究发现，初级TALP粒子在微球中剪切和熔化，即使没有外部电解液浸透，也会在整个电极中形成一个扩散的纳米流控离子渗透网络。
3）实验结果显示，该纳米流体TALP颗粒电极在液体和凝胶电解质中表现出几乎相同的高面电容（9.10 vs. 8.94 F cm−2），以及重量和容量电容，这使得其在固态SCs中具有优异的整体电容性能，在很大程度上超过了许多最先进的多孔电极。
Xiao, K., Yang, T., Liang, J. et al. Nanofluidic voidless electrode for electrochemical capacitance enhancement in gel electrolyte. Nat Commun 12, 5515 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25817-8
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25817-8
2. Nature Commun.：坚固且可变形的氧化物纳米复合材料表面用于反应磨损保护
与磨损相关的能源和材料损失每年超过25000亿欧元。传统观点认为，高强度材料的磨损率较低，但它们的塑性变形机制也会影响其磨损性能。高强度和均匀的变形行为，允许在不开裂或局部脆性断裂的情况下调节塑性应变，是开发耐磨金属的关键。
近日，德国马克斯·普朗克钢铁研究所Dierk Raabe，Ge Wu，Chang Liu报道了提出了一种策略，通过在磨损过程中原位形成坚固且可变形的氧化物纳米复合材料表面来设计耐磨合金，并将这一过程称为“反应磨损保护”。
本文要点：
1）研究人员研制了一种具有代表性的体心立方结构(TiNbZr)75Ag25（at.%）合金，其磨损率比基准TiNbZr合金低两个数量级。在环境空气中进行磨损时，(TiNbZr)75Ag25合金通过与环境氧的反应，原位形成400 nm厚的非晶-晶态纳米复合材料表层，由含有约10 nm尺寸的Ag纳米晶的非晶态Ti17Nb13Zr13Fe2O55基体组成。
2）(TiNbZr)75Ag25合金的高耐磨性得益于该合金的低摩擦系数（约0.09）和原位生成的非晶态氧化物纳米复合材料表面的协同作用，复合材料表面表现出高强度和均匀的塑性流动行为。
该研究为未来耐磨合金的设计提供了指导，其基于反应性磨损保护，即在磨损过程中与环境原子合金化表面形成一种非晶态-晶态纳米复合材料表面。
Liu, C., Li, Z., Lu, W. et al. Reactive wear protection through strong and deformable oxide nanocomposite surfaces. Nat Commun 12, 5518 (2021)
DOI：10.1038/s41467-021-25778-y
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25778-y
3. Nature Commun.：二维碳化钼2D-Mo2C作为一种出色的CO2加氢催化剂
早期过渡金属碳化物是一种极有前途的CO2加氢催化剂。近日，苏黎世联邦理工学院Christoph R. Müller，Alexey Fedorov报道了从MXene家族中的Mo2CTx制备了一种二维（2D）多层2D-Mo2C材料。
本文要点：
1）研究发现，在Mo2CTx表面还原去除Tx基团的过程中，可以避免2D-Mo2C向3D-Mo2C的转变。
2）CO2加氢反应研究表明，Mo2CTx和2D-Mo2C的活性和产物选择性（CO、CH4、C2-C5烷烃、甲醇和二甲醚）受Tx基团的表面覆盖度控制，而Tx基团的表面覆盖度可以通过H2预处理条件来调节。例如，Mo2CTx上丰富的Tx基团提供了表面酸性，使得甲醇脱水形成DME（以及其他产物）中，而在2D-Mo2C上并没有观察到DME。后者具有较高的CO加氢活性(CO生成速率约为6gh−1gcat−1)和较高的CO选择性(430°C时约为94%)。此外，在430 °C下，2D-Mo2C催化剂的CO生成活性比β-Mo2C对照催化剂高6倍，且在100 h范围内没有失活。
研究结果表明，2D-Mo2C催化剂具有优异的催化活性和稳定性，是一种很有应用前途的CO2加氢催化剂。
Zhou, H., Chen, Z., Kountoupi, E. et al. Two-dimensional molybdenum carbide 2D-Mo2C as a superior catalyst for CO2 hydrogenation. Nat Commun 12, 5510 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25784-0
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25784-0
4. Nature Commun.: 具有超过30年使用寿命的非富勒烯受体有机光伏器件
如果同时满足低成本、高效率和延长寿命的要求，有机光伏电池 (OPV) 就有可能成为一种高效的可再生能源技术。到目前为止，该技术的剩余未实现承诺是其使用寿命不足。密歇根大学-安娜堡分校Stephen R. Forrest等人证明了梯型非富勒烯受体（NFA ）太阳能电池的不稳定性主要源于有机/无机界面处的化学变化，该界面限定了本体异质结活性区域。
本文要点：
1）通过额外的保护性缓冲层以及集成简单溶液处理的紫外线过滤层稳定的封装器件，在模拟AM1.5 G 辐照和55 °C 下照射1900 小时后，仍保持其初始效率的 94%。然而，暴露于高达 27个太阳的光照强度和高达65 °C 的工作温度也会导致加速老化。外推本征寿命超过 5.6×104 h，相当于户外暴露30年。
Li, Y., Huang, X., Ding, K. et al. Non-fullerene acceptor organic photovoltaics with intrinsic operational lifetimes over 30 years. Nat. Commun. 12, 5419 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25718-w
5. Nature Commun.：CH3NH3PbI3结构及其分解途径的原子尺度成像
了解有机-无机杂化钙钛矿的原子结构和结构不稳定性是了解其卓越光电性能和理解失效机制的关键。北京大学Peng Gao，中科院深圳先进技术研究院Xiao Wang，Jiangyu Li以及石家庄铁道大学Jinjin Zhao等人使用透射电子显微镜中的直接检测电子计数相机的低剂量成像技术，在原子尺度上研究了 CH3NH3PbI3（MAPbI3）的原子结构和分解途径。
本文要点：
1）研究人员成功地在超低电子剂量条件下对真实空间中钙钛矿的原子结构进行成像，并观察到两步分解过程，即MA+的初始损失，然后钙钛矿结构坍塌为具有临界阈值剂量的 6H-PbI2。
2）有趣的是，在钙钛矿坍塌之前，具有局部有序空位的中间相（MA0.5PbI3）可以稳定存在，这为在降解过程中预防和恢复钙钛矿结构提供了启发。随着结构演化，带隙逐渐从~1.6 eV 增加到~2.1 eV。此外，还发现C-N 键在辐照下很容易被破坏，释放出NH3 和HI并留下碳氢化合物。
这些发现增强了对MAPbI3光电特性和失效机制的理解，为材料优化提供了潜在的策略。
Chen, S., Wu, C., Han, B. et al. Atomic-scale imaging of CH3NH3PbI3 structure and its decomposition pathway. Nat. Commun. 12, 5516 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25832-9
6. JACS：炔烃选择性制备反式烯烃
通过炔烃加氢是工业上立体选择性合成烯烃的重要方法，但是通常异相金属催化剂在催化该反应过程中烯烃产物主要为顺式构象，这是因为在金属催化剂表面主要发生Horiuti–Polanyi机理。有鉴于此，厦门大学郑南峰等报道通过理论计算、相关实验结合，展示了一种新型机理过程，通过在固体催化剂表面缺陷位点H2裂解产生的H原子进行加氢还原，实现炔烃加氢反应的优势构象选择由顺式变为反式，同时不会发生过度加氢。
本文要点：
1）在缺陷型Rh2S3催化剂（110）暴露晶面表现了最高的选择性生成反式烯烃催化活性，通过在空间上相互分离的高价态Rh位点上的氢原子，实现了炔烃加氢反应中反式选择性，同时保证不会发生过度加氢还原。
2）进一步的，通过在Pd纳米片界面修饰Rh、S原子构建了双功能Rh-S/Pd催化剂。在该催化剂中，界面PdSx簇选择性进行炔烃半加氢生成烯烃，高价态Rh位点选择性进行顺式烯烃异构为反式烯烃，这种双功能催化剂的催化活性比目前大多数报道的均相、异相催化剂活性更高。
Weijie Zhang, et al, Heterogeneous Isomerization for Stereoselective Alkyne Hydrogenation to trans-Alkene Mediated by Frustrated Hydrogen Atoms, J. Am. Chem. Soc. 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c08153
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c08153
7. Angew.: 乙炔在MOF中的致密堆积用于高效分离C2H2/CO2
许多多孔材料已被实现用于具有高选择性的具有挑战性的C2H2/CO2分离；然而，它们中的大多数都存在可再生能量高、稳定性差或成本高的问题，这在很大程度上阻碍了它们的工业应用。理想的吸附剂应在优异的分离性能、高稳定性和低成本之间取得最佳平衡。有鉴于此，美国德克萨斯大学圣安东尼奥分校陈邦林教授等人，报告了一种用于高效分离C2H2/CO2的稳定、低成本且易于放大的铝金属-有机骨架 (CAU-10-H)。
本文要点：
1）CAU-10-H 中合适的孔隙限制不仅可以提供与C2H2的多点结合相互作用，而且可以使C2H2分子在孔隙内密集堆积。因此，该材料表现出迄今为止报道的最高 C2H2存储密度之一，即 392 g L -1,并且在环境条件下对C2H2的高选择性吸附超过CO2，这是通过相对较低的C2H2吸附焓实现的(27 kJ mol -1 )。
2）突破性实验证实了其对C2H2/CO2 混合物的出色分离性能，提供了 3.3 mmol g -1 的大C2H2吸收率和 3.4 的高分离系数，均超过了大多数基准材料。
3）结合超高稳定性、低成本和易扩展性，CAU-10-H 代表了一种卓越的材料，它显示了C2H2/CO2分离的分离性能、稳定性和成本之间的基准平衡。
Jiyan Pei et al. Dense Packing of Acetylene in a Stable and Low-Cost Metal–Organic Framework for Efficient C2H2/CO2 Separation. Angew., 2021.
DOI: 10.1002/anie.202110820
https://doi.org/10.1002/anie.202110820
8. AM：面内/体相双重异质结提高太阳能电池性能
给体-供体异质结结构目前被发现用于有机太阳能电池中强束缚激子的分裂上非常成功，建立一种能够实现载流子传输的同时抑制载流子复合对于改善太阳能电池的效率非常重要。有鉴于此，中科院化学所侯剑辉、姚惠峰，中科院宁波材料技术与工程研究所葛子义等报道通过构建平面内与体相异质结，实现了降低载流子能量损失，得到高效率有机太阳能电池。
本文要点：
1）以苯并二噻吩-噻吩构建p型交替聚合物、n型萘酰亚胺分别修饰在p型聚合物光吸收层的靠近阴阳极的两端，构建了给体：供体异质结。这种在阴极、阳极电极附近修饰异质结显著改善了载流子的传输、抽取，有效抑制了载流子复合。
2）通过这种异质结结构设计，发现光伏性能表征发现，得到的有机太阳能电池的非辐射能量损失降低了25 meV，最优的有机太阳能电池效率达到18.5 %（认证电池效率达到18.2 %）。本文研究结果为精确调控太阳能电池中的给体-供体异质结提供经验，为发展更高性能的有机太阳能电池提供指导。
Ling Hong, et al. 18.5% Efficiency Organic Solar Cells with a Hybrid Planar/Bulk Heterojunction, Adv. Mater. 2021, 2103091.
DOI: 10.1002/adma.202103091
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202103091
9. Advanced Science：用于混合电致变色水系锌电池的电聚合一维生长配位聚合物
有机材料由于其合成多功能性、颜色可调性、易加工性以及可从可持续原料中衍生，一直被视为有前途的电致变色 (EC) 材料。然而，大多数有机材料在氧气和水的存在下容易发生不希望的氧化还原副反应。因此，氧化还原活性有机层通常与有机电解质一起使用，以保持其电化学稳定性。随着人们对环境可持续和生物安全的电子产品越来越感兴趣，开发与水相容的有机材料越来越受到关注。近日，南洋理工大学Pooi See Lee研究员等人报道了一种三联吡啶铁配位聚合物的可控电聚合方法。
本文要点：
1）通过可控的电聚合制备了一种合理设计的纳米结构铁三联吡啶配位聚合物（CP），从而通过稳定的电化学阴极反应实现电调制光传输。与其他第一排过渡金属相比，三联吡啶配体因其对铁的强螯合而闻名。此外，铁表现出明确定义的单电子氧化还原过程，使其能够在+2和+3氧化态之间切换，而不会改变配位几何结构，从而为长时间的电化学过程提供了一个强大的系统。
2）基于Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov (JMAK) 解释，CP经历了1D生长过程，这可归因于单体过渡金属配合物的明智设计。通过利用所制备的 CP 修饰电极作为正极和锌负极，展示了一种集成的混合电致变色锌电池装置，实现了≈69% 的高色彩对比度，<1s 的快速响应时间，以及良好的超长续航能力，1000 次连续充放电循环。
Wei Church Poh, et al. Electropolymerized 1D Growth Coordination Polymer for Hybrid Electrochromic Aqueous Zinc Battery. Adv. Sci. 2021, 2101944.
DOI：10.1002/advs.202101944
https://doi.org/10.1002/advs.202101944
10. AEM：嵌入原位生成金属磷酸盐的金属磷化物作为缓冲材料用于用于高性能钾离子电池
金属磷化物作为金属离子电池的负极，由于其巨大的体积膨胀和不稳定的固体电解质界面（SEI），通常会造成严重的电池容量衰减，尤其是钾离子电池（PIBs）。为解决这些问题，澳门大学Kwun Nam Hui，南京工业大学邵宗平教授，东英吉利大学Kwan San Hui报道了直接以金属氧化物（MOs）和红磷（RP）为原料，采用球磨法制备了10种原位生成金属磷酸盐的金属磷化物，并将其作为缓冲材料。
本文要点：
1）用RP和Super P球磨ZnO，制备非晶锌磷酸盐复合材料ZnO@P（1:2）@C，其中加入碳（Super P）以增强复合材料的电导率。
2）将锌磷酸盐复合材料作为PIB负极进行进一步研究。结果显示，由于有效地抑制了体积变化，在KFSI基电解质的电极表面形成了富含KF的SEI。复合材料具有高的可逆比容量和优异的长期循环稳定性（0.1 A g−1在350次循环后，容量达到476 mAh g−1，在1.0 A g−1下6000次循环后循环177 mAh g−1）在所有已报道的PIB金属磷化物基负极中具有最佳的循环性能。
这项研究提供了一种低成本和有效的策略来指导金属磷化物作为PIBs的高性能负极的开发。
Shunping Ji, et al, Metal Phosphides Embedded with In Situ-Formed Metal Phosphate Impurities as Buffer Materials for High-Performance Potassium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2021
DOI: 10.1002/aenm.202101413
https://doi.org/10.1002/aenm.202101413
11. Small methods：单个钴原子修饰的N掺杂碳多面体用于无枝晶钠金属负极
在钠沉积和剥离过程中钠枝晶的不可控生长仍然是实现高性能钠金属电池（SMB）的巨大挑战，这导致金属钠的无效利用、低库仑效率和较差的循环寿命。近日，华南理工大学杨成浩研究员和厦门大学董全峰研究员等人报道了一种用于Na金属负极的多孔氮掺杂碳多面体。
本文要点：
1）已经制造并引入了单个 Co 原子均匀修饰的多孔氮掺杂碳多面体（CoSA@NC）基质，以控制 Na 的生长并实现均匀的 Na 成核/沉积。低温电子显微镜和原位光学显微镜技术用于分析电镀/剥离过程中金属钠的形态变化。均匀嵌入NC电极中的单个Co原子可以为Na离子吸附提供稳定的Na-philic位点，有助于引导钠的均匀沉积并防止Na枝晶生长。
2）Na- CoSA @NC电极可以在在1.0mA cm−2的电流密度下，850圈循环中保持99.95％的高且稳定的CE，并且金属钠阳极的极化限制在20mV，具有超长的循环寿命(>2000h)。此外，当与带有 S-CoSA@NC正极的完整 Na-S电池配对时，Na-CoSA@NC 负极还可以在210循环中提供88.5%的出色容量保持率。
Yijuan Li, et al. Single Cobalt Atoms Decorated N-doped Carbon Polyhedron Enabled Dendrite-Free Sodium Metal Anode. Small Methods 2021, 2100833.
DOI：10.1002/smtd.202100833
https://doi.org/10.1002/smtd.202100833
12. ACS Nano综述：用于柔性锂−硫电池的石墨烯基材料
在过去的几十年中，人们对开发兼具高稳定性与理想能量密度的柔性锂硫电池先进材料的兴趣日益浓厚。其中，石墨烯材料由于其比表面积大，重量轻，柔韧性好和导电性强而成为一种理想的选择。石墨烯材料已被证明可作为柔性锂硫电池组件，包括锂负极和硫正极的集流体、多功能中间层等。鉴于石墨烯材料在柔性锂硫电池中的巨大应用前景，北京航空航天大学张世超教授联合清华大学周光敏副教授介绍了这一快速发展领域的最新进展。
本文要点：
1）作者首先总结了不同石墨烯基复合/杂化材料中的石墨烯构型。之后基于柔性、能量密度于循环稳定性总结柔性锂硫电池发展的激励因素与面临的挑战。
2）作者介绍了石墨烯基材料在柔性锂硫电池的关键组件（硫正极、多功能中间层与锂负极）的最新进展。在每一部分中特别关注于石墨烯基材料的结构设计、石墨烯功效、界面调控与电池布局，以实现同时兼备柔性、能量密度与循环稳定性的柔性锂硫电池。
3）作者最后指出柔性锂硫电池的性能需要进一步提高以实际应用，寄希望在以下方向进行更多的探索：包括优化全电池的柔性，如发展三维石墨烯集流体代替传统涂布法；提高电池实际能量密度，如发展石墨烯片上单分子层载硫技术；以及关注电池封装、电池与外电路连接的问题。
Tian Yang, et al. Graphene-Based Materials for Flexible Lithium−Sulfur Batteries. ACS Nano. 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c03183
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c03183?ref=pdf
