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​余承忠nature commun.,郭少军jacs,陈邦林angew丨顶刊日报20230922
纳米人 2023-09-25
1. nature commun.:金属有机骨架纳米片外延生长成单晶正交阵列  
将二维纳米片构建成三维规则结构有助于传质,并充分发挥二维结构单元在催化等应用中的最大潜力。在这里,华东师范大学余承忠教授,chao liu,同济大学guangfeng wei,昆士兰大学jin zou报道了具有正交纳米片阵列的金属有机框架的合成。
         
本文要点:
1)该组装涉及单晶金属有机框架纳米片的外延生长,该纳米片具有自然非优选的面暴露作为壳,以立方金属有机框架为核。

2)尽管纳米片具有两种典型的形状和晶体取向,但也形成单晶正交排列的框架。核壳结构复合金属有机骨架中纳米片的密度和尺寸可以很好地调节。此外,可以获得具有单一组成和中空正交纳米片阵列形态的金属有机骨架。

3)受益于不寻常的面暴露和大孔结构,与传统纳米片相比,设计的结构表现出改进的电催化析氧活性。         

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zou, y., liu, c., zhang, c. et al. epitaxial growth of metal-organic framework nanosheets into single-crystalline orthogonal arrays. nat commun 14, 5780 (2023).
doi:10.1038/s41467-023-41517-x
https://doi.org/10.1038/s41467-023-41517-x
         
2. joule:巨星状三聚体的独特组装使无卤素溶剂制造、热稳定和高效的有机太阳能电池成为可能  
高效稳定的有机太阳能电池受到越来越多的关注。在此,中国科学院大学wei zhixiang报道了一种星形巨三聚体(g-trimer),它通过邻二甲苯制造有机太阳能电池,该电池具有超过19%的效率、长期稳定性和可放大性,与线性二聚体和聚合物相比,它极具商业应用价值。
         
本文要点:
1) 由于其高分子量和独特的星形结构,g-trimer在邻二甲苯溶剂中表现出温度依赖性的聚集特性,并且它还可以与pm6在pm6/g-trimer共混溶液中无序缠结,从而促进活性层中的低能量无序纤维形态。

2) 在80°c下连续加热后,该电池具有高tg的动力学捕获形态,从而使器件的t90超过4500小时而没有进一步衰减。该研究结果为开发高性能光伏材料及其商业化提供了重要指导。

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caixuan wang, et al. unique assembly of giant star-shaped trimer enables non-halogen solvent-fabricated, thermal stable, and efficient organic solar cells. joule 2023
doi: 10.1016/j.joule.2023.09.001
https://doi.org/10.1016/j.joule.2023.09.001
         
3. jacs:具有高亲氧性的单原子 cr−n位点与 pt 原子簇连接用于实用的碱性析氢催化  
尽管将pt原子簇(ac)分散在导电载体上是一种有前途的方法,可最大程度地减少析氢反应(her)所需的pt量,但由于其不利的水,ptac的催化质量活性和耐久性对于碱性her往往不能令人满意。分离和稳定它们以防止聚集和分离的挑战。在此,北京大学郭少军教授报道了一类具有高亲氧性的单原子cr−n4位点,与介孔碳上的ptac结合,可在阴离子交换膜水电解槽(aemwe)中实现高活性和稳定的碱性her。所制造的催化剂实现了报道中最高的pt质量活性(比商业pt/c高37.6倍)和出色的操作稳定性。
         
本文要点:
1)实验和理论研究表明,cr−n4位点和ptacs界面上形成独特的pt−cr准共价键相互作用,有效抑制pt原子的迁移和热振动,从而稳定ptacs,并有助于大大提高催化稳定性。此外,与pt acs相邻的亲氧cr−n4位点具有良好的羟基吸附能力,可促进几乎无屏障的水解离,从而增强her活性。

2)使用这种催化剂(仅使用50 μgpt cm−2)的aemwe可以在1.8 v下、500 ma cm−2的工业级电流密度下稳定运行>100小时,且降解率仅为90 μv h−1

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lingyou zeng, et al, single-atom cr−n4 sites with high oxophilicity interfaced with pt atomic clusters for practical alkaline hydrogen evolution catalysis, j. am. chem. soc, 2023
doi: 10.1021/jacs.3c06863
https://doi.org/10.1021/jacs.3c06863
         
4. jacs:还原竞争效应衍生的固体电解质界面与均匀分散的无机物实现超高倍率和长寿命钠金属电池  
构建富含无机物且坚固的固体电解质界面(sei)是提高钠金属电池(smb)电化学性能的关键方法之一。然而,sei中常见无机物的低电导率和分布会干扰na 扩散并导致钠沉积不均匀。近日,郑州大学weihua chen ,北京化工大学shimou chen 设计了一种具有分散无机物的精心定制的sei,旨在提高smb的超高速率和长寿命。
         
本文要点:
1)电化学测试表明,litfsi对于促进na∥nvp电池在60 c下循环并在10,000次循环后保持89.15%的容量保持率起着至关重要的作用。smb的电化学结果优于之前报道的性能。

2)结合xps、raman、cryotem和理论计算,研究人员发现li 和tfsi可以优先吸附在金属钠的ihp层中并优先还原为li3n,从而证明了活性中心并催化fec的还原。

3)因此,litfsi和fec之间的还原竞争效应有利于形成均匀分散的高导电无机物sei,为na 提供快速的na 传输域和高通量成核位点,实现钠的高速率快速沉积。独特的sei膜还可以抑制fec的分解并减少放气问题。同时,litfsi也有利于形成坚固且致密的cei薄膜。

这种无机物点缀的保护性界面层策略为开发超高倍率和长寿命的中小企业和其他金属电池开辟了一条新途径。

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shuang wan, et al, reductive competition effect-derived solid electrolyte interphase with evenly scattered inorganics enabling ultrahigh rate and longlife span sodium metal batteries, j. am. chem. soc., 2023
doi: 10.1021/jacs.3c08224
https://doi.org/10.1021/jacs.3c08224
         
5. jacs:析氧反应过程中 fe 与 nio 八面体结合的空间和化学分辨可视化  
ni(氢)氧化物的电化学析氧(oer)活性是整个水分解反应的关键组成部分,众所周知,fe 的加入会大大增强其活性。然而,对反应条件下阳离子铁物种的作用和催化剂表面性质的完整理解仍不清楚。在这里,弗里茨·哈伯研究所see wee chee,beatriz roldan cuenya结合使用电化学电池和传统的透射电子显微镜,展示了最初具有明确表面刻面的 nio 电催化剂的表面如何在施加电位下重组并形成活性 nife 层状双(氧)氢氧化物(nife-ldh),当电解质中存在 fe3  离子时。然而,在这些条件下持续的 oer 会导致产生额外的 feo聚集体。
         
本文要点:
1)从电化学角度来看,nife-ldh 的形成与较低的 oer 起始电位相关,而 feo聚集体的形成则伴随着 oer 活性的逐渐降低。

2)使用 x 射线光电子能谱、原位拉曼光谱和原位 x 射线吸收光谱以及时间分辨感应电催化剂对 fe 吸收的测量,进一步提取对催化剂近表面组成、结构和化学状态的补充见解耦合等离子体质谱法。

3)研究人员发现静态条件下的催化失活与原位产生的 nife-ldh 的降解有关。因此,这些见解例证了活性态形成的复杂性,并展示了其在不同施加电位下的结构和形态演化如何与催化剂的活化和降解直接相关。

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fengli yang, et al, spatially and chemically resolved visualization of fe incorporation into nio octahedra during the oxygen evolution reaction, j. am. chem. soc., 2023
doi: 10.1021/jacs.3c07158
https://doi.org/10.1021/jacs.3c07158
         
6. jacs:层状氢氧化钴单纳米板上电催化析氧的时空化学分辨成像  
为了解决析氧反应(oer)缓慢动力学的关键挑战,过渡金属层状氢氧化物已被广泛研究。然而,催化活性位点是如何进化的以及相应的异质结构-性质关系仍不清楚。在此,南方科技大学xinyu zhang,rui hao ,zhiping zheng使用钴层状氢氧化物作为代表性催化剂,报道了一种使用电化学发光(ecl)和签证吸收显微镜相结合的方法,在单一电催化剂水平上对电催化oer过程进行全面的原位研究。
         
本文要点:
1)通过 ecl 成像揭示了单氢氧化钴纳米片的逐步异质电催化响应,并通过可见光吸收成像揭示了相应的价态变化。

2)相关的原位和异位多模式分析表明,在氧化过程中,四面体位点上的co2 阳离子(cotd2 )在亚稳态coooh·xh2o相中的层间水的辅助下转变为cotd3 甚至高度不稳定的cotd4 。至关重要的是,cotd4 位点主要分布在纳米板的内部,并表现出优异的电催化性能。

3)用于电催化过程分析的相关单粒子成像方法具有高时空和化学分辨率,能够产生深入的机理见解,进而有利于性能增强的电催化剂的合理设计。

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xin zhao, et al, spatiotemporally and chemically resolved imaging of electrocatalytic oxygen evolution on single nanoplates of cobalt-layered hydroxide, j. am. chem. soc, 2023
doi: 10.1021/jacs.3c06062
https://doi.org/10.1021/jacs.3c06062
         
7. jacs:抗衡离子介导的氢键使基于聚苯乙烯磺酸盐的强聚电解质具有 ph 响应性  
由于聚苯乙烯磺酸盐(pss)基强聚电解质对ph值不敏感,其在智能材料中的应用受到了严重限制。近日,中科大guangming liu,安徽师范大学zan hua在此证明反离子介导的氢键(cmhb)使pss刷具有ph响应性。
         
本文要点:
1)随着ph值的降低,pss刷中结合的水合氢抗衡离子和磺酸盐(−so3)基团之间会形成更多的氢键。在微观尺度上,随着ph值的降低,形成更多的氢键,导致pss刷中的-so3-基团结构更加有序,倾斜角更大。

2)另一方面,pss刷的一系列重要的物理化学特性,包括水合作用、硬度、润湿性和粘附力,都对ph值敏感,这是由cmhb对pss刷的影响引起的。研究工作揭示了ph响应型pss刷的清晰结构与性能关系。

这项工作不仅为pss刷的基本性能提供了新的认识,而且极大地扩展了基于pss的强聚电解质的应用。

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yue huang, et al, counterion-mediated hydrogen bonding making poly(styrenesulfonate)-based strong polyelectrolytes ph responsive, j. am. chem. soc., 2023
doi: 10.1021/jacs.3c05456
https://doi.org/10.1021/jacs.3c05456
         
8. ees:玻璃化转变温度超过220°c的溶液可加工有机半导体  
耐热(光)电子器件的发展需要能够形成紧凑和稳定的薄膜半导体材料。然而,实现这一目标对具有优异热机械性能的可溶液处理有机半导体来说是一个巨大的挑战。近日,浙江大学wang pengyuan yi发现了选择三苯并三氮杂辉石的螺旋而非平面异构体作为共轭核在设计具有显著高玻璃化转变温度(接近250°c)的溶液可加工有机半导体中的关键作用。
         
本文要点:
1) 显微镜分析证明,具有非平面螺旋烯核的有机半导体可以在各种衬底上形成形态均匀、完整的薄膜,因为其溶解度显著提高到200 mg ml−1以上。此外,实验测量和理论建模表明,由于分子堆积密度的提高,基于螺旋三苯并三氮杂辉石的有机半导体表现出优异的空穴传导和耐水性。

2) 作者通过将这些特性集成到一种材料中,获得的n-i-p型钙钛矿太阳能电池具有约24%的初始平均功率转换效率,同时在85°c下表现出优异的操作稳定性和长期热稳定性。

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lingyi fang, et al. solution-processable organic semiconductors with over 220 °c glass transition temperature: manipulating morphology with helical polycyclic heteroaromatic. ees 2023
doi: 10.1039/d3ee02601a
https://doi.org/10.1039/d3ee02601a
         
9. angew:氢键有机框架可提升li-co2电池的循环稳定性和倍率性能  
精心设计的能够促进li 和co2传输的多功能电催化剂对于提升li-co2电池的循环稳定性和倍率性能至关重要。具有开放通道和易于功能化表面的氢键有机框架(hof)在锂二氧化碳电池的高效阴极中具有巨大的应用潜力。在此,福建师范大学张章静教授,陈邦林教授首次引入了一种坚固的hofs(hof-fju-1)作为li-co2电池正极材料中的助催化剂。
         
本文要点:
1)hof-fju-1的氰基周期性地分布在孔隙中,可以诱导放电产物的均匀沉积,并在循环过程中适应放电产物的体积膨胀。此外,hof-fju-1能够实现ru0纳米颗粒与氰基之间的有效相互作用,从而形成有效且均匀的crr/cer催化位点。此外,hof-fju-1具有规则排列的开放通道,有利于co2和li 的传输,从而实现co2的快速氧化还原动力学转化。

2)因此,基于hof的li-co2电池能够在400 ma g-1下稳定工作1800小时,即使在高达5 a g-1的高电流密度下也能保持1.96 v的低过电位。因此,这项工作为开发多功能hof催化剂以提高li-co2电池的寿命和倍率性能提供了宝贵的指导。

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zhibin cheng, et al, hydrogen-bonded organic framework to upgrade cycling stability and rate capability of li-cobatteries, angew. chem. int. ed. 2023, e202311480
doi: 10.1002/anie.202311480
https://doi.org/10.1002/anie.202311480
         
10. angew:通过 sb3 /yb3  合金化对 cs2nahocl6 冰晶石晶体进行多模发光定制和改进,以实现多种光电应用  
无铅卤化物双钙钛矿由于其卓越的环境友好性、结构可调节性以及自俘获激子发射而目前受到广泛关注。然而,多功能光电应用仍然迫切需要具有多模发光和可调谐光谱的稳定高效的双钙钛矿。在此,中国科学院长春应用化学研究所jun lin,中国地质大学(武汉)guogang li成功合成了具有抗热猝灭和多模光致发光的钬基冰晶石材料(cs2nahocl6)。
         
本文要点:
1)通过sb3 (s-p跃迁)和yb3 (f-f跃迁)离子的进一步合金化,可以很好地调节其发光性能,这源于定制带隙结构和富集电子跃迁通道。

2)当sb3 取代cs2nahocl6时,334nm处的额外吸收峰导致光致发光量子产率(plqy)大幅增加。同时,不仅ho3 在980nm附近的典型近红外发射得到增强,而且红光和近红外发射表现出多种抗热猝灭光致发光行为。此外,通过设计yb3 掺杂,可以通过改变激发激光功率密度(黄到橙)和yb3 掺杂浓度(红到绿)来触发上转换光致发光。

3)通过实验与理论相结合的方法,揭示了相关的发光机制。总的来说,通过在cs2nahocl6中合金化sb3 /yb3 ,可以构建丰富的能级梯并衍生出更多的发光模式,在多功能光电应用中展现出巨大的潜力。

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yingsheng wang, et al, multimode luminescence tailoring and improvement of cs2nahocl6 cryolite crystals via sb3 /yb3  alloying for versatile photoelectric applications, angew. chem. int. ed. 2023, e202311699
doi: 10.1002/anie.202311699
https://doi.org/10.1002/anie.202311699
         
11. am:力触发的自毁性水凝胶  
自毁性聚合物 (sdp) 被定义为一类智能聚合物,在受到外部触发(例如化学提示或光激发)时会自动降解。由于 sdp 在降解时会释放网络中捕获的材料,因此它们在药物输送和分析传感方面具有潜在的应用。然而,据我们所知,对外部机械力做出反应的 sdp 尚未见报道,因为一般而言,产生机械敏感性具有根本性的挑战性,特别是对于低于经典力诱导键断裂所需的力水平。为了应对这一挑战,埃默里大学khalid salaita描述了由掺杂核酸酶的 dna 交联水凝胶组成的力触发 sdp 的开发。
         
本文要点:
1)外部施加的皮牛顿力选择性地暴露 dna 交联内的酶裂解位点,导致聚合物快速自降解。

2)研究人员描述了 dna 交联水凝胶的合成、化学和机械表征,以及力触发水解的动力学。作为概念验证,研究人员还展示了聚合物中力触发和时间依赖性的流变变化以及封装的纳米颗粒的释放。

3)最后,研究人员证明自毁动力学可以根据核酸酶浓度、孵育时间和 dna 交联剂的热力学稳定性进行调整。

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tharindu rajasooriya, et al, force trigged self-destructive hydrogels, adv. mater. 2023
doi: 10.1002/adma.202305544
https://doi.org/10.1002/adma.202305544
         
12. am:利用仿生机械感受器对具有多种变形属性的物体变形能力进行自适应感知  
在非结构化交互中对物体变形性的感知依赖于动觉和皮肤线索来适应物体的不确定性。然而,现有的触觉传感器无法提供足够的皮肤线索来自适应估计材料的柔软度,特别是在交互物体偏离弹性半无限体假设的非标准接触场景中。近日,上海交通大学zhengchun peng,深圳大学ziya wang提出了一种触觉传感器的创新设计,该传感器在软介质中集成了两个慢速适应机械感受器的功能,允许对接触界面内特定位置的局部压力和应变进行自解耦传感。
         
本文要点:
1)通过利用这些局部皮肤信号,传感器可以准确、自适应地测量物体的材料柔软度,适应厚度和施加力的变化。

2)此外,当与机器人的动觉提示相结合时,传感器可以通过两个相关变形属性(包括材料柔软度和顺应性)的协同作用来增强触觉表达。

3)研究人员证明触觉信息的仿生融合可以充分理解物体的变形能力,从而促进机器人决策和灵巧操作。

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waner lin, et al, self-adaptive perception of object’s deformability with multiple deformation attributes utilizing biomimetic mechanoreceptors, adv. mater. 2023
doi: 10.1002/adma.202305032
https://doi.org/10.1002/adma.202305032
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