ACS、Wiley、RSC、Elsevier系列刊最新文章速覽

為大家提供ACS、Wiley、RSC、Elsevier系列四大出版社當家頂刊最新文章，供大家學習參考。

Chem. Rev.：分級結構沸石：從設計到應用

分級沸石結合了微孔沸石的內在催化性能和額外的中、大孔體系的更強的物質運輸能力。這些材料是工業上最理想的催化劑和吸附劑，并成為當前一個高度發展的重要領域。沸石材料的分級結構除了能增強傳質能力，提高活性、選擇性和循環時間外，還能顯著提高沸石材料的利用效率，將能源、時間和原材料消耗降至最低。分級沸石的合成、表征和應用已經取得了長足的進展。在此，武漢理工大學蘇寶連教授、陳麗華研究員和上海石油化工研究院謝在庫院士、楊為民教授等人概述了該領域的最新成就，重點介紹了過去十年來在沸石中創建額外孔隙系統的新策略的重大進展。根據原理、通用性、有效性和現實程度，綜述了最具創新性的合成方法，同時建立了制備路線和沸石中所形成的分層孔隙質量之間的緊密聯系。對具有不同層次多孔結構的沸石，即微中孔結構、微大孔結構和微中-大孔結構進行了詳細的分析，并舉例說明其優點和制備方法。通過一系列具有代表性的案例討論了由于質量輸運性能增強而在催化、環境和生物應用中顯著改善的性能。相關研究以“Hierarchically Structured Zeolites: From Design to Application”為題目，發表在Chem. Rev.上。

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00016

圖1?多級多孔沸石的制備原理和制備路線

ACS Energy Lett.：鉀離子電池中穩定電解質的模型設計

可充電鉀離子電池(KIBs)是一種新興的儲能系統然而，由于電解液嚴重分解，KIBs的電解液設計仍然具有挑戰性。尤其在使用金屬鉀陽極時，這個問題更加嚴重。在這里，阿卜杜拉國王科學大學Husam N. Alshareef教授、韓國漢陽大學Yang-Kook Sun教授及中科大Jun Ming教授聯合報道了由電解質組成決定的陽離子溶劑(即K⁺-溶劑)溶劑化結構在KIBs的失效中起主導作用。對反應途徑進行分析，以了解金屬電極表面的陽離子-溶劑結構的行為(例如，金屬電鍍或M⁺-溶劑分解)。研究了陽離子-溶劑結構的電負性變化，并與電解質的穩定性有關。研究發現，當K⁺-溶劑結構接受電極上的一個電子時，可以誘導電解質的分解；然而，通過改變溶劑化學、陰離子類型和鹽濃度來調整電負性，可以抑制這個過程。結果解釋了現有高濃度電解質的高穩定性，并提出了一個通用的指導方針，以設計穩定的電解質KIBs。相關研究以“Model-Based Design of Stable Electrolytes for Potassium Ion Batteries”為題目，發表在ACS Energy Lett.上。

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00016

圖2?不同體系中溶劑和溶質之間的分子相互作用示意圖

ACS Nano：可伸縮的硅納米線-石墨復合材料用于高能鋰電池

硅(Si)是下一代鋰離子電池最有前途的陽極候選者，但由于其電導率差，在循環過程中體積變化大，難以循環。納米硅基材料具有高負載和循環穩定性，但仍是工藝和工程上的一個挑戰。法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學Pascale Chenevier、Cedric Haon教授等人通過一種簡單而可擴展的方法制備了硅納米線，通過在石墨上生長的復合材料(Gt - SiNW)。SiNW的均勻分布和石墨片對齊防止電極粉化，并適應循環過程中的體積膨脹，導致極低的膨脹。在工業電極密度為1.6 g cm^?3的情況下，我們設計的納米結構具有出色的電化學性能，在2C速率下進行250個循環后，其容量保持率為87%。NMC-622陰極的滿電池顯示出70%以上的容量保留（300個周期）。這項工作為在納米和微尺度上設計高效富硅陽極的活性復合材料提供了豐富的見解。相關研究以“A Scalable Silicon Nanowires-Grown-On Graphite Composite for High-Energy Lithium Batteries”題目，發表在ACS Nano上。

DOI: 10.1021/acsnano.0c05198

圖3?Gt?SiNW的表征

AFM：獨立的本質上可伸縮的電子設備平臺由可伸縮的可充電電池供電

可伸縮電子技術已被認為是可穿戴和可植入醫療設備的關鍵技術。盡管在關鍵的可伸縮元件方面已經取得了長足的進展，但集成了可伸縮電源和可伸縮印刷電路板(SPCB)的可伸縮電子平臺仍是一個巨大的挑戰。在這里，韓國浦項科技大學浦項科技大學Soojin Park、Unyong Jeong教授等人設計可伸縮的薄膜電池為一個本質上可伸縮的電子設備平臺供電，因此該平臺可以作為一個獨立的使用。可伸縮電池用作制造設備平臺的基板，其中SPCB被印刷并通過通孔直接連接，從而提高集成設備的密度。為了實現本質上可伸縮的電池和高性能電路板，設計了一種可伸縮、自療和壓敏聚合物復合材料的新概念。該平臺是防水的，并在極端的物理變形下保持穩定的電氣性能。可在水下承受較大雙軸應變(125%)的平臺上集成了照明二極管。相關研究以“Stand-Alone Intrinsically Stretchable Electronic Device?Platform Powered by Stretchable Rechargeable Battery”為題目，發表在AFM上。

DOI: 10.1002/adfm.202003608

圖4?SPCB演示

AM：用智能亞環境輻射制造環保型建筑涂料

日間亞環境輻射冷卻(SDRC)為全球能源節約提供了一種有前途的無電無低溫途徑。然而，目前的SDRC系統需要嚴格的表面設計，既不劃算也不環保，以選擇性地向外太空發射熱輻射，同時最大化太陽反射系數。香港理工大學Jian-Guo Dai香港城市大學Dangyuan Lei教授等人提出了一種結合粒子散射、太陽激發熒光和中紅外寬帶輻射對具有特殊自適應SDRC效應的傳統建筑涂層材料進行改進的通用方法。從理論上證明了與大氣的熱交換可以消除傳統的共振微結構和貴金屬反射鏡的使用同時還能增強日間降溫，抑制夜間過冷。當暴露在陽光直射下，在太陽強度為744 W m^-2?(850 W m^-2)的情況下，鋁板上的涂層可以達到比環境溫度低6℃，產生的冷卻功率為84.2 W m^-2。這些結果為高性能SDRC在建筑中大規模應用于人體熱舒適鋪平了道路。相關研究以“Creating an Eco-Friendly Building Coating with Smart Subambient Radiative Cooling”為題目，發表在AM上。

DOI: 10.1002/adma.201906751

圖5?亞環境輻射冷卻的理論分析

Chem.?Soc. Rev.：走向商業化：鈣鈦礦太陽能電池的運行穩定性

近年來，鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其功率轉換效率高(25.2%)和制造成本低而受到廣泛關注。然而，其使用壽命短是其商業化的主要障礙。在整個PSC研究中，該設備的運行穩定性得到了顯著改善，迫切需要對進展進行及時總結。在這篇綜述，北京大學Huanping Zhou教授等人首先闡明了操作穩定性的定義及其在實際應用中的意義。通過分析已建立的提高運行穩定性的方法的機制，總結了在整個PSC中按層順序延長設備壽命的幾種有效策略。并從化學反應、光物理管理、技術改造等方面對這些機理進行了討論，以期對未來穩定PSCs的研發起到啟發作用。最后，總結和討論了有關測試和報告設備運行穩定性的新運行穩定性標準，這將有助于可靠的設備穩定性數據在學術界流通。本綜述的主要目標是深入了解PSCs的運行穩定性，并通過合理的材料加工和器件制造為進一步提高其運行壽命提供有益的指導，從而最終促進鈣鈦礦太陽能電池的商業化。相關研究以“Towards commercialization: the operational stability of perovskite solar cells”為題目，發表在Chem.?Soc. Rev.上。

DOI: 10.1039/d0cs00573h

圖6?IEC 61215標準的正式模塊測試和PSCs重要穩定性測試

EES：用于能量轉換裝置的高性能、耐用的聚咔唑基陰離子導電材料

陰離子導電聚合物(ACPs)是堿性電化學能源技術如陰離子交換膜燃料電池(AEMFC)和水電解槽(AEMWE)的重要材料。上述聚合物是很有前途的替代質子交換膜基于系統，因為有可能使用鉑族無金屬電催化劑。然而，目前仍沒有可靠的ACPs具有所期望的性能和穩定性，這是發展堿性能源系統的一個主要挑戰。在此，韓國化學技術研究所Jang Yong Lee，韓國基礎科學研究所Yong-Hun Cho，Yung-Eun Sung教授著重介紹了一種陰離子交換膜和以季銨鹽化多咔唑(QPC-TMA)為基礎的離聚單體，其剛性無醚和彎曲的主鏈結構由咔唑單體組成。所研制的ACP具有良好的離子電導率，以及化學和機械穩定性。此外，與其他性能最好的AEMFC相比，使用QPC-TMA的AEMFC表現出了優異的性能(1.61 W cm^-2)。此外，采用QPC-TMA的AEMWE表現出卓越的穩定性和最先進的性能(3.5 A cm^-2 ,?1.9 V)。相關研究以“Poly(carbazole)-based anion-conducting materials with high performance and durability for energy conversion devices”為題目，發表在EES上。

DOI: 10.1039/D0EE01842B

圖7?QPC-TMA膜的機械韌性、吸水性、電導率試驗

JMCA：B-N修飾多環芳香族化合物的精準分子設計傾向于機械變色

智能材料的發展，特別是那些表現出高靈敏度的機械致變色發光材料(MCL)是可取的，但具有挑戰性，因為MCL的內部機制和結構-績效關系仍然不清楚。在這里，九江學院Huanan Huang、北京化工大學Dapeng Cao教授等人報道了一種新的MCL材料(BN benzo[f]tetraphene)使用分子水平設計策略，通過將硼、氮引入到一個共軛體系。研究發現引入B-N是關鍵分子偶極矩和分子間相互作用,因此可以形成分子容易變形疊加模式。理論計算表明，在MCL過程中存在激發單線態和高靈敏度三態等固有能量，有序分子聚集的形成和斷裂對輻射和非輻射躍遷有顯著影響。該材料還顯示出與熱、力刺激相關的高對比度和自可逆性能，這使其成為安全油墨、光學記錄應用的一個有前途的候選材料。相關研究以“Precise Molecular Design for B-N Modified Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Toward Mechanochromic Material”為題目，發表在JMCA上。

DOI: 10.1039/D0TA06191C

圖8??MCL材料的設計策略和合成路線

Matter：智能3D網絡納米復合材料用于收集輻射誘導

開發具有優良熱、機械性能和自修復能力的優秀抗輻射材料，是先進核能系統面臨的一大挑戰。在這里，武漢大學Feng Ren教授等人將3D納米管(CNT)網絡加入到鐵納米晶(Fe NCs)中，以獲得功能性塊狀FeCNT納米復合材料，在不犧牲強度的情況下比鐵納米晶表現出更高的導熱性和機械性能。高能氦(He)和氪離子的輻射表明，3D碳納米管網絡通過顆粒邊界-碳納米管(GB-CNT)結構中的“裝載-運輸-卸載”機制，充當了巨大容量的“納米垃圾箱”，來收集和存儲氦原子和缺陷,從而大大提高了它們的耐輻射能力。通過第一性原理計算揭示了納米復合材料中的缺陷，He與GBs和Fe-CNT界面相互作用的能量圖景。這項工作為未來先進核反應堆高性能結構材料的材料設計提供了一個有前景的策略。相關研究以“Smart 3D Network Nanocomposites Collect Irradiation-Induced ‘‘Trash’’”為題目，發表在Matter上。

DOI：10.1016/j.matt.2020.08.010

圖9?Fe-CNT納米復合材料的結構與性能

?

Nano Energy: 陰離子置換策略制備具有應變的磷化釕催化劑用于高效HER

開發經濟、高效、耐用的電催化劑用于析氫反應(HER)對水電解器的廣泛應用具有重要意義。盡管磷化釕(RuP)被認為是一個非常有前途的候選者，但是在RuP和主流Pt/C基準催化劑之間仍然存在相當大的性能差異，這要求在分子尺度上對RuP進行結構調控。在此，滑鐵盧大學陳忠偉教授等人，首次開發了一種簡單的陰離子取代策略，以獲得對RuP催化劑有利的應變調節，晶格應變使Ru位點的d軌道能級上移，從而促進氫吸附和水的解離，從而加速了HER動力學，增強了HER活性。拉伸應變使Ru位點的d軌道能級上升，促進氫的吸附和水的解離，從而加速HER動力學。在酸性和堿性條件的30 mV超電勢下，其TOF分別為1.56H₂?s^-1和0.72H₂?s^-1。?相關研究以“Tensile-strained ruthenium phosphide by anion substitution for highly active and durable hydrogen evolution”為題目，發表在Nano?Energy上。

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.105212

圖10?設計電子結構的N摻雜RuP設計原理圖

文中如有不妥之處，歡迎評論區留言~

本文由Junas供稿。

本內容為作者獨立觀點，不代表材料人網立場。

未經允許不得轉載，授權事宜請聯系kefu@cailiaoren.com。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenVIP。