1. Nature Sustainability：安培级电流密度下的超稳定电催化海水裂解长期以来，氢一直被视为碳中和可持续未来的关键能源载体，大规模生产氢气的一个有效途径是使用可再生能源电解海水。然而，由于复杂的离子环境，海水的直接电解面临着重大挑战，尤其是氯的析出、电极的腐蚀和其他副反应。在这里，南京大学Li Zhaosheng、Feng Jianyong报道了一种层状双氢氧化物电催化剂，它能～1.25 A. cm−2的超高电流密度下 稳定电解海水2800 h。1) 将碳酸盐离子引入其中间层和石墨烯量子点的表面锚定阻止了氯离子的不利吸附，并有助于提高电催化剂对氯离子腐蚀的抵抗力。2) 通过采用电催化剂作为析氧和析氢催化剂的光伏电解装置，作者在整个海水分解中实现了18.1%的太阳能-氢气效率，以及在超过440 mA的高工作电流下超过200 h的良好稳定性。 Rongli Fan, et al. Ultrastable electrocatalytic seawater splitting at ampere-level current density. Nature Sustainability 2024DOI: 10.1038/s41893-023-01263-whttps://doi.org/10.1038/s41893-023-01263-w2. Nature Sustainability：海水选择性电合成氯消毒剂作为使用最广泛的消毒剂之一，活性氯主要通过饱和氯化钠溶液的电解合成，这是一种被称为氯碱法的工业过程，并且其能耗高。海水是一种丰富的氯化物来源，因此是一种理想的替代电解质。然而，由于海水中存在丰富的阳离子，需要解决竞争性析氧反应和渐进式阳极钝化。近日，华中师范大学Zhang Lizhi、Sun Hongwei、上海交通大学Li Hao报道了直接从天然海水中进行持久有效的活性氯电合成，其周转频率和质量活性比现有技术高出两个数量级。1) Fe掺杂Ti4O7阳极增强了晶格氧的亲电性，以允许在低析氧反应动力学过电位下进行位点选择性氯活化，同时也阻碍了碱土金属阳离子在Ti4O7.表面上的沉淀。2) 集成商用硅光伏电池的海水分离装置可提供3.15 mg min−1的活性氯生产率。在不影响消毒剂大规模生产合成性能的情况下，该工作能够大幅提高氯碱工艺的可持续性。Shengxi Zhao, et al. Selective electrosynthesis of chlorine disinfectants from seawater. Nature Sustainability 2024DOI: 10.1038/s41893-023-01265-8 https://doi.org/10.1038/s41893-023-01265-83. Nature Sustainability：使用绿色可回收溶剂大规模生产羧化纤维素纳米纤维纤维素纳米纤维由植物可再生资源生产，是一类具有良好机械性能的可持续材料。由于表面化学修饰的可行性，它们经过羧化可以被更广泛地应用。然而，目前羧化纤维素纳米纤维（C-CNF）的制备工艺需要苛刻的反应条件，导致产率低、环境影响和实用价值低下。近日，哥廷根大学Zhang Kai、东北林业大学Yu Haipeng通过使用由氯化胆碱、柠檬酸和水组成的水合多羧酸深共晶溶剂来生产超细的长C-CNF。1) 所得的C-CNF具有约3.4 nm的直径，纵横比高达2500，羧基含量高达1.5 mmol g−1，质量收率高达90.12%。C-CNFs悬浮液即使在高浓度下也具有优异的稳定性，使其便于储存、运输、加工和利用。2) 此外，该溶剂的可重复使用性提高了十倍，从而突出了其可回收性和经济可行性。作者进一步报道了大面积、高性能C-CNF的大规模生产。 Xiaochao Shi, et al. Scalable production of carboxylated cellulose nanofibres using a green and recyclable solvent. Nature Sustainability 2024DOI: 10.1038/s41893-024-01267-0
https://doi.org/10.1038/s41893-024-01267-04. Chem. Soc. Rev.：用于膜分离的氢键有机框架氢键有机框架（HOFs）是一类新型的晶体多孔材料，通过分子间氢键将有机或金属-有机构建单元互连而形成。氢键具有灵活性和可逆性，加上有机单元的可定制性质，赋予HOFs温和的合成条件、高结晶度、溶剂可加工性以及易于自修复和再生的特性。近日， 浙江师范大学Shen Liguo、Lin Hongjun、福建师范大学陈邦林对用于膜分离的氢键有机框架进行了综述研究。 1) 作者概述了HOF膜的最新进展，包括其制备策略和在膜分离中的应用。为了获得所需的HOF膜，作者系统分析了其中的关键因素，如HOF的孔径、稳定性、亲水性/疏水性和表面电荷。2) 此外，作者还分析了HOF膜的各种制备方法，包括共混、原位生长、溶液处理和电泳沉积。作者还介绍了HOF膜在气体分离、水处理、燃料电池和其他领域的应用。最后，作者指出了HOF膜的挑战和前景。Cheng Chen, et al. Hydrogen-bonded organic frameworks for membrane separation. Chem. Soc. Rev. 2024https://doi.org/10.1039/D3CS00866E
5. Nature Commun.：定制胶原功能化的无药物心血管支架用于支持血管组织的原位愈合
药物洗脱支架可通过抑制平滑肌细胞的过度增殖减少支架内再狭窄。然而，药物洗脱支架的疗效仍会因延迟的再内皮化、受损的内膜重塑和潜在的晚期再狭窄增加等问题而受到限制。有鉴于此，四川大学王云兵教授开发了一种用定制的重组人源化III型胶原功能化的无药物包覆层制剂，其能够在支架植入后响应损伤组织以实现“一产多”效应。1）该“一产多”包覆层具有抗凝、抗炎和抑制内膜增生的功能。研究者通过转录组分析发现，该无药物包覆层有利于内皮化过程，并且能够诱导平滑肌细胞向收缩表型的转化。2）实验结果表明，与药物洗脱支架相比，该无药物支架能够在兔和猪模型中有效减少支架内再狭窄，并且可在兔模型中显著改善血管新生内膜愈合。综上所述，该研究构建的“一产多”无药物系统能够为开发新一代支架提供新的借鉴和参考。 Haoshuang Wu. et al. A drug-free cardiovascular stent functionalized with tailored collagen supports in-situ healing of vascular tissues. Nature Communications. 2024https://www.nature.com/articles/s41467-024-44902-2
6. JACS：单原子Ru调控OH吸附增强碱性电解水性能
人们发现非贵金属过渡金属催化剂具有价格较低的优势，因此是重要的碱性分解水电催化剂，但是通常非贵金属的过渡金属催化剂与吸附OH之间的结合能非常强，这种现象将阻碍催化活性位点。有鉴于此，中国科学技术大学吴宇恩、Huang Zhou、华中科技大学杨利明等报道单原子催化位点能够缓解吸附OH物种阻碍催化活性位点的问题，因此能够显著增强碱性HER催化活性。 1）将碳化钨（WC）上修饰单原子Ru，随后碱性HER电催化在10 mA cm-2电流密度的过电势能够降低130 mV（从159 mV降至21 mV），同时质量活性提高达到Pt/C催化剂的16倍（MA100=17.3 A mgRu-1，Pt/C的MA100=1.1 A mgPt-1）。将这种电催化剂构筑碱性阳离子交换膜电解水器件，器件的电压仅为1.79 V，而且在1.0 A cm-2的工业量级电流密度表现非常高的稳定性。2）DFT理论计算结果说明Ru单原子能够降低周围OH结合能，因此避免OH阻挡催化活性位点的现象，并且在Ru和基底之间形成双功能催化剂界面，促进水分解反应速率。这项研究工作可能拓展应用于Mo等其他过渡金属催化剂，并且促进工业级分解水器件的发展。Xingen Lin, et al, Alleviating OH Blockage on the Catalyst Surface by the Puncture Effect of Single-Atom Sites to Boost Alkaline Water Electrolysis, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c13676 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c136767. Angew：通过调节光诱导质子转移实现高度稳定的光辅助锌离子电池光辅助离子电池利用光来提高容量，但由于光照下复杂的电荷/离子转移而面临循环不稳定的问题。近日，东南大学Li Tao，ZhengMing Sun发现光诱导质子转移（光诱导 PT）是广泛使用的 V2O5 基锌离子电池光（放电）充电的一个重要过程，有助于增强光照下的容量，但会损害光稳定性。1）光激发后 100 ps 发生光诱导 PT，诱导质子快速提取到 V2O5 光电极中。这个过程在表面产生了一个缺质子的微环境，导致每个循环中重复的阴极溶解和阳极腐蚀。通过阳极合金化策略，使光诱导 PT 产生的嵌入质子可可逆地用于充放电过程，从而实现电池的高光稳定性。2）因此，基于 V2O5 的锌离子电池在光照下实现了约 54% 的容量增强，并且在 4000 次循环后容量保持率为约 90%。这将光稳定性记录延长了 10 倍。这项研究通过解决光辅助离子电池的不稳定性问题，在能量存储方面取得了有希望的进展。 Wenwen Zha, et al, Highly Stable Photo-Assisted Zinc-Ion Batteries via Regulated Photo-Induced Proton Transfer, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202400621https://doi.org/10.1002/anie.2024006218. Angew：具有同步可见光/红外伪装和信息加密的高导热芳纶纳米纤维复合薄膜开发集可见光/红外伪装和信息加密于一体的高导热复合材料，对于促进5G通信技术在军事领域的应用具有重要意义。近日，西北工业大学Junwei Gu以芳纶纳米纤维（ANF）为基体，原位生长制备的异质结构银纳米线@氮化硼纳米片（AgNWs@BNNS）为填料，组合制备三明治结构的导热电绝缘材料（BNNS/采用“过滤自组装、空气喷涂、热压”方法制备ANF)-(AgNWs@BNNS)-(BNNS/ANF)（记为BAB）复合薄膜。1）当AgNWs@BNNS与BNNS的质量比为1:1且总质量分数为50 wt%时,BAB复合膜具有最大的面内导热系数(λ∥为10.36 W/(m·K)),优异的电绝缘性（击穿强度和体积电阻率分别为41.5 kV/mm和1.21×1015 Ω·cm）和机械性能（拉伸强度为170.9 MPa）。2）50 wt%的BAB复合薄膜可以有效降低全功率工作的中央处理器（CPU）的平衡温度，比直接集成ANF的CPU低7.0℃。此外，BAB复合膜还具有水泥路、丛林环境下的自适应可见光/红外双重迷彩性能，以及24秒内快速加密二维码信息的功能。Yixin Han, et al, Highly Thermally Conductive Aramid Nanofiber Composite Films with Synchronous Visible/Infrared Camouflages and Information Encryption, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202401538https://doi.org/10.1002/anie.202401538
9. Angew：具有多种颜色变化的柔性锌离子电致变色电池
电致变色电池作为新兴的智能能源设备，由于其通过视觉颜色转换进行实时能源监测而备受追捧。然而，它们的大规模应用受到容量不足、循环稳定性不足和颜色变化有限的阻碍。在此，东华大学Feng Yan，Yingjie Zhou报道了柔性锌离子电致变色电池（ZIEB）由钒酸钠（VONa+）阴极、离子重新分布水凝胶电解质和锌阳极组装而成，以应对这些挑战。1）该电解质含有锚定的-SO3-和-NH3+，可促进离子传输并通过促进Zn2+在Zn（002）表面上定向沉积来防止Zn枝晶形成。2）ZIEB表现出连续可逆的颜色过渡，范围从完全充电的橙色到中等充电的棕色和耗尽的绿色。它还在0.05 A·g-1下表现出302.4 mAh·g-1的高比容量，在3A·g-1下循环500次后容量保持率为96.3%。此外，即使在弯曲、滚动、打结和扭曲的情况下，ZIEB也能保持稳定的能量输出。这项工作为可穿戴电子产品中智能能源设备的设计奠定了新的策略。Qinbo Liu, et al, Flexible Zn-ion Electrochromic Batteries with Multiple-color Variations, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202317944https://doi.org/10.1002/anie.20231794410. Angew：sp-碳共轭有机聚合物作为超长无枝晶锂金属电池的多功能界面层锂金属阳极（LMA）的致命问题，例如在锂电镀/剥离过程中有害的锂枝晶生长和脆弱的固体电解质界面（SEI），通常会阻碍锂金属电池（LMB）的实际应用。在此，上海大学Yong Wang构建了钴配位sp-碳共轭有机聚合物（Co-spc-COP）作为调节LMA界面稳定性的保护层。1）有机官能团（C=C键、C=N单元和芳香环）和Co位点独特的协同有益作用不仅可以调节Li+配位环境并重新排列Li+浓度，通过优化电子密度、增强相容性来促进其传输具有电解质界面并提供“外磁驱动策略”，同时还通过高杨氏模量增强界面刚度，以更好地承受机械应力。2）各种原位/异位实验技术和理论计算也揭示了均匀镀锂和快速Li+迁移对Co-spc-COP的这些有益效果以及相关的潜在工作模式和机制。基于 Co-spc-COP 的电池在 1 C 下循环 1000 次后具有 6600 小时的非凡寿命和 78.3% (111.9 mAh g -1 ) 的超高容量保留率。这种协同有机聚合物的协同策略可能会获得新的见解调节高度稳定的 LMB 的均匀和非枝晶沉积/溶解行为。 Xiao-Meng Lu, et al, sp-Carbon-Conjugated Organic Polymer as Multifunctional Interfacial Layers for UltraLong Dendrite-Free Lithium Metal Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202320259https://doi.org/10.1002/anie.202320259
