南开大学Science,电化学Nature Chemistry,上交大Science Advances丨顶刊日报20210405
纳米人 纳米人 2021-04-05
1. Science:拓扑光子学领域最新研究成果

南开大学物理科学学院泰达应用物理研究院陈志刚许京军教授带领的课题组与克罗地亚萨格勒布大学希腊克里特大学德国罗斯托克大学的课题组合作研究,在国际上首次建立了一个非线性非厄米拓扑光子学平台,从而实现了利用非线性在光学体系对宇称时间对称性和非厄米拓扑态的调控。研究团队还发现了非厄米体系中拓扑态在接近决定PT对称破损的奇异点时,敏感性和鲁棒性的拮抗效应,以及通过局域非线性对系统整体PT对称性的操控原理。这一创新成果改变了人们对开放拓扑体系中非线性效应的认识,为非线性拓扑光子学及其相关前沿领域的研究开辟了新方向。(来源南开大学官网

图片.png
Shiqi Xia, et al. Nonlinear tuning of PT symmetry and non-Hermitian topological states. Science, 2021.
DOI: 10.1126/science.abf6873
https://science.sciencemag.org/content/372/6537/72


2. Nature Energy:电荷增强型离子选择膜可实现长寿命和低成本的多硫化物基氧化还原液流电池

多硫化物由于其固有的安全性、高能量和低成本等优点,是极具发展前景的电网储能水系氧化还原化学材料之一。然而,由于多硫化物交换而导致的较差的循环寿命阻碍了其商业化进程。为了开发低成本、高容量、具有工业循环稳定性的多硫化物液流电池,香港中文大学Yi-Chun Lu等人开发了一种电荷增强的离子选择膜,以保留多硫化物/碘化物,抑制膜溶胀并防止水/OH-迁移。
 
本文要点:
1)多硫化物/多碘化物静态电池在100%的荷电状态下,在2.9个月(1200个循环)中显示出较低的容量衰减率(每天0.005%和每个循环0.0004%)。含有4.0 M KI/2.0 M K2S2的液流电池在17.9 Ah l−1posolyte+negolyte的条件下能够稳定循环超过3.1个月(500个循环)。
2)小角度X射线散射和原位傅里叶变换衰减全反射红外光谱/固态核磁共振显示,与商业Nafion膜相比,电荷增强离子选择性膜中的水簇尺寸减小,并抑制了水的运动。

技术经济分析表明,开发的多硫化物液流电池有望为长期能量存储提供具有竞争性的,均衡的存储成本。
图片.png
Zhejun Li et al. Polysulfide-based redox flow batteries with long life and low levelized cost enabled by charge-reinforced ion-selective membranes. Nat. Energy 2021.
DOI: 10.1038/s41560-021-00804-x
https://www.nature.com/articles/s41560-021-00804-x

3. Nature Chemistry:一种羰基化合物的电化学脱饱和反应

电化学技术长期以来一直被认为是实现氧化还原反应的有效方法。羰基去饱和作为一种基本的有机氧化反应,是一种常用的通过去除两个氢原子来释放相邻反应性的转化反应。迄今为止,实现这一看似微不足道的反应的最可靠方法依赖于过渡金属(Pd或Cu)或基于I、Br、Se或S的化学计量试剂。有鉴于此,美国斯克里普斯研究所的Phil S. Baran等研究人员,揭示了一种羰基化合物的电化学脱饱和反应。
 
本文要点:
1)研究人员报告了一种操作简单的途径,使用电子作为主要试剂从烯醇硅烷和磷酸盐中获得此类结构。
2)这种电化学驱动的去饱和反应在一系列羰基衍生物中表现出广泛的范围,易于扩展(1–100g),并且可以通过实验或计算得出的核磁共振位移预测地实现到合成途径中。
3)与最新技术的系统比较表明,这种方法是唯一地可以使大量羰基脱饱和的方法。
图片.png
Samer Gnaim, et al. Electrochemically driven desaturation of carbonyl compounds. Nature Chemistry, 2021.
DOI:10.1038/s41557-021-00640-2
https://www.nature.com/articles/s41557-021-00640-2

4. Science Advances:口服糖螯合纳米复合物治疗碳水化合物代谢紊乱

碳水化合物摄入过多与糖尿病、非酒精性脂肪肝(NAFLD)和肥胖的发病率不断上升有关。α-葡萄糖苷酶抑制剂是美国食品和药物管理局(FDA)批准的唯一一种用于限制多糖和双糖吸收的药物,而对单糖无效。鉴于此,上海交通大学张诗宜等人开发了一种含硼酸的聚合物纳米复合物(Nano-Poly-BA),当其二醇/硼酸的摩尔比远高于1时候,可以将将所有糖类吸收到纳米复合物中,以防止糖在肠道中的吸收。
 
本文要点:
1)口服的Nano-Poly-BA是不可吸收且无毒的。当测试四种碳水化合物和三种真实食物(可乐、蓝莓果酱和粥)时,Nano-Poly-BA在野生型、1型和2型糖尿病小鼠模型中显示出显著的餐后血糖降低。
2)在果糖诱导的NAFLD小鼠模型中,Nano-Poly-BA显示肝脂肪生成显著减少。综上所述,口服糖螯合聚合物纳米复合物可能有助于糖尿病前期,糖尿病,超重,甚至健康的人管理糖的摄入量。
图片.png
Xin Zhao, Orally administered saccharide-sequestering nanocomplex to manage carbohydrate metabolism disorders. Science Advances 2021.
DOI: 10.1126/sciadv.abf7311
https://advances.sciencemag.org/content/7/14/eabf7311

5. Science Advances:一种新型微创电导管

管腔缺损的外科修复与围手术期的发病率和死亡率有关。使用组织粘合剂进行血管内修复可以减少宿主组织的损伤,但目前的生物粘附设计并不支持微创部署。电压激活组织粘合剂为腔内修复提供了一种新的策略。为了促进电压激活粘合剂的临床应用,南洋理工大学Terry W. J. Steele和麻省理工学院Ellen T. Roche等人开发了一种与带可伸缩电极的微创导管(CATRE)相结合的电化学贴片(ePATCH),以用于在体内和体外管腔缺损修复。

本文要点:
1)ePATCH/CATRE平台演示了在湿组织基质上实现密封直径达2毫米的管腔缺陷。水密密封具有柔韧性和回弹力,能够承受20000多次生理相关的应力/应变循环。
2)当心脏搏动时,ePATCH被电激活,而且没有观察到电信号中断。ePATCH/CATRE平台具有多种潜在应用,范围从假性动脉瘤/瘘的血管内治疗到生物电极再到电生理标测。
图片.png
Manisha Singh, et al., Minimally invasive electroceutical catheter for endoluminal defect sealing. Science Advances 2021.
DOI: 10.1126/sciadv.abf6855
https://advances.sciencemag.org/content/7/14/eabf6855

6. Angew:用于集成固态锂电池的盐中聚合物电解质和全渗透3D电极

固态锂电池(SSLBs)具有安全性高、能量密度高等优点,具有广阔的应用前景。但由于固态电解质的离子导电性较低、电解质-电极界面电阻较大等缺点严重阻碍了SSLBs的发展。近日,武汉理工大学刘金平教授报道了首次设计了一种以PVDF-HFP为基质的盐中聚合物固体电解质(PISSE),并将其组装成具有全PISSE渗透3D正极的集成化SSLB。

本文要点:
1)与传统的SSLBs相比,所开发的集成化SSLB具有两个主要优点:i)PVDF-HFP基PISSE,含有结晶的PVDF用于保持电解质的机械性能,并且含有大量用于溶解大量锂盐的F基团,尽管没有任何填料、交联剂和特殊的微观结构调整,但在没有游离溶剂的情况下,在RT下表现出高的离子导电性(1.24×10-4 S cm-1)。此外,由于PISSE具有宽的电化学稳定窗口(4.7 V vs Li+/Li),因此可以使得最先进的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)正极进行高压操作;ii)将PISSE完全渗透到3D电极中,不仅可以实现与液体电解质(LEs)类似的最大界面接触,而且有助于保持电极和整个器件的稳定性。
2)得益于低成本,无毒,易于制备,三维结构,以及优异的电化学稳定性等特点,研究人员选择了TiO2作为模型电极材料。此外,通过简单地将两个TiO2//Li电池串联封装,就可以获得与商用锂离子电池相当的高电压。
3)实验结果显示,这种集成化SSLB在0.1 C下具有250 mAh g-1的高可逆放电容量,优异的倍率性能和良好的循环稳定性,综合性能甚至接近液体锂电池的同类产品,远远好于相应的三明治结构的固态锂电池。其面积和体积性能也可媲美商用薄膜锂微电池。由两个单元串联而成的软包电池具有3.7 V的电压平台,可以在不同的弯曲状态和滥用测试(切割、穿孔和折叠)下正常工作,从而突出了其良好的安全性。
图片.png
Wenyi Liu, et al, Designing Polymer-in-Salt Electrolyte and Fully Infiltrated 3D Electrode for Integrated Solid-State Lithium Batteries, Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202101537
https://doi.org/10.1002/anie.202101537

7. Angew: 硫氰酸盐熔盐实现高效稳定的全无机钙钛矿太阳能电池

除了广泛使用的表面钝化外,工程化薄膜结晶是提高全无机钙钛矿太阳能电池性能的重要且更基本的途径。中国科学院物理所的孟庆波李冬梅等人开发了一种硫氰酸脲铵盐(UAT)熔融盐改性策略,以充分利用SCN的配位活性,辅助沉积高质量的CsPbI3膜,从而获得高效,稳定的全无机太阳能电池。
 
本文要点:
1)UAT是通过尿素与NH4SCN中的NH4+之间的氢键相互作用而得出的。使用UAT,CsPbI3膜的晶体质量得到了显着改善,并且实现了超过30 ns的长单指数电荷复合寿命。
2)基于这些改进,电池效率已提高到20%以上(稳态效率为19.2%),在1000小时内具有出色的工作稳定性。这些结果证明了与CsPbI3相关的光电器件的有前途的开发路线。
图片.png
Yu, B., Shi, J., Tan, S., Cui, Y., Zhao, W., Wu, H., Luo, Y., Li, D. and Meng, Q. (2021), Efficient (>20%) and Stable All‐inorganic Cesium Lead Triiodide Solar Cell Enabled by Thiocyanate Molten Salts. Angew. Chem. Int. Ed..
https://doi.org/10.1002/anie.202102466

8. Angew:一种用于变压吸附分离CO2的大环多孔分子晶体醋酸环四安息香

由于二氧化碳在全球温室效应和相关气候变化中所起的作用,减少人为排放是一个紧迫的问题。有鉴于此,中国台湾成功大学的Teng-Hao Chen等研究人员,报道了一种用于变压吸附分离CO2的大环多孔分子晶体醋酸环四安息香。
 
本文要点:
1)由大环环四苯偶姻乙酸酯组装的多孔分子晶体(PMC)是分离CO2的有效吸附剂。PMC的7.1×7.1及其酯C=O基团对提高其对CO2分子的亲和力起着重要作用。
2)在低压下,大环的苯壁与CO2分子发生了明显的[π··π]相互作用。此外,指向方形通道内部的极性羰基将孔径减小到5.0×5.0,这为CO2捕获提供了动力学选择性。
3)PMC在真空和各种气体吸附条件下具有耐水性和高的结构稳定性,这在本征多孔的有机分子中是很少见的。最重要的是,适度的吸附质-吸附剂相互作用使PMC易于再生,因此适用于变压吸附过程。
4)适度的吸附质-吸附剂相互作用使PMC易于再生,因此适用于变压吸附过程。洗脱后的N2和CH4纯度分别达到99.9%和99.8%以上,分离性能稳定30个周期。

本文研究的醋酸环四安息香具有合成简单等优点,是一种很有前途的烟气和天然气CO2分离吸附剂。
图片.png
Yao-Ting Wang, et al. Cyclotetrabenzoin Acetate: A Macrocyclic Porous Molecular Crystal for CO2 Separations by Pressure Swing Adsorption. Angewandte Chemie, 2021.
DOI:10.1002/anie.202102813
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202102813

9. Angew:BNBN环状新型结构荧光分子合成

图林根大学Holger Bettinger等报道了一种包括BNBN-丁二烯结构的环加成-脱氢反应,从而在多环芳烃产物中安装恶二氮二硼烷B2N2CO环(oxadiazadiborinane),合成了具有高荧光效应的有机产物。

本文要点:
1)报道了首例BNBN结构修饰的二苯并萘分子,通过非烯醇化的醛合成结构新颖的恶二氮二硼烷B2N2CO环状结构,该产物的荧光量子产率达到>78 %。
图片.png
Michael Fingerle, et al, Heteroatom Cycloaddition At The (BN)2 Bay Region Of A Dibenzoperylene, Angew. Chem. Int. Ed. 2021
DOI: 10.1002/anie.202016699
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202016699

10. Angew:炔烃和烯烃的铜-光催化硼氢化反应策略

有机硼化合物是有机合成中的关键环节,在过去的几十年里备受关注。有鉴于此,法国INSA鲁昂国立应用科学学院的Thomas Poisson等研究人员,报道了炔烃和烯烃的铜-光催化硼氢化反应策略。
 
本文要点:
1)研究人员报道了烯烃和炔烃的光催化硼氢化反应。使用新设计的具有B2Pin2的铜光催化剂可以形成硼酰自由基,用于大面积烯烃和炔烃的硼氢化反应。
2)在温和的条件下,氢硼化产物具有很高的产率、很好的非对映选择性和很高的官能团耐受性。在连续流动条件下进行硼氢化反应以证明其合成效用。
3)通过反应机理研究,研究人员提出了原位生成的硼酸盐与铜光催化剂在激发态下发生氧化反应生成冰片自由基。
图片.png
Mingbing Zhong, et al. Copper‐Photocatalyzed Hydroboration of Alkynes and Alkenes. Angewandte Chemie, 2021.
DOI:10.1002/anie.202101874
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202101874

11. ACS Energy Lett.:酸离解常数:钙钛矿太阳能电池中选择钝化剂的标准

尽管后处理已被认为是钝化钙钛矿太阳能电池(PSC)中潜在缺陷的有效方法之一,但如何选择合适的钝化剂却很少受到关注。成均馆大学Nam-Gyu ParkChunqing Ma等人首次报道了光伏性能对钝化剂酸解离常数(Ka)的依赖性,以指导在PSC中选择钝化剂的标准。
本文要点:
1)用高pKa(10.6)环己基氯化铵(CYCl)进行后处理后,功率转换效率(PCE)得以提高,而低pKa(4.6)的氯化铵(ANCl)则降低了PCE,这是因为ANCl产生了更多的不利陷阱。
2)去质子化程度(pKa值)生成缺陷介导的陷阱,其中较低pKa ANCl的相对多去质子化生成游离碘化物,从而导致碘化物缺陷。基于高度透明的FTO基板,经CYC1处理的FAPbI3薄膜的器件显示24.98%的效率,存储1300小时后,仍保持91%的初始效率。
图片.png
Sun-Ho Lee et al. Acid Dissociation Constant: A Criterion for Selecting Passivation Agents in Perovskite Solar Cells, ACS Energy Lett. 2021
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00452
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.1c00452

12. ACS Nano综述:揭开锂离子电池层状氧化物正极材料中晶格氧氧化还原的奥秘

锂离子电池的实际应用存在能量密度低和难以满足储能互联网日益增长的需求等问题。因此,开发具有高能量密度的新一代电极材料具有极其重要的意义。人们对晶格氧氧化还原(LOR)的开发有很高的期望,这是一种很有前途的正极材料开发策略,因为它可以使比容量增加近一倍。有鉴于此,中南大学纪效波教授等人对诱导LOR活性和晶体结构演化的内在科学进行了广泛的讨论,并提出了用于研究这些行为的各种表征技术。
 
本文要点:
1)作者首先系统地概述了LOR在LIBs中的进展。在典型的层状氧化物电极材料(如LCO、LNO、NCM)和富锂层状氧化物正极材料中,LOR是研究最多的阴离子氧化还原特性。通过总结这些进展,旨在为调节这些有前途的反应特性提供更好的解释。
2)作者总结了以下几个关键结论和展望,不仅为传统层状氧化物正极材料的优化提供了解决方案,也为更广泛的富锂层状氧化物电极材料的优化提供了解决方案:(1)不均匀的锂电镀/剥离会导致机械应力积累和正极材料粉化,电极材料与集流体失去接触,许多修饰方法,包括涂层、掺杂和商业化策略,已被用于克服上述挑战,并促进正极材料在高电压下的循环稳定性。(2)除了传统的层状氧化物正极材料所面临的挑战外,对于富锂的Mn基层状氧化物正极,富锂的层状氧化物电极材料独特的高比容量主要是由阳离子氧化还原反应和LOR反应共同导致的,比传统的层状电极材料更复杂。
图片.png
Jun Chen et al. Demystifying the Lattice Oxygen Redox in Layered Oxide Cathode Materials of Lithium-Ion Batteries. ACS Nano 2021.
DOI: 10.1021/acsnano.1c00304.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c00304


加载更多
218

版权声明:

1) 本文仅代表原作者观点,不代表本平台立场,请批判性阅读! 2) 本文内容若存在版权问题,请联系我们及时处理。 3) 除特别说明,本文版权归纳米人工作室所有,翻版必究!
纳米人
你好测试
copryright 2016 纳米人 闽ICP备16031428号-1

关注公众号