李永舫、李亚栋、韩晓东、戈钧等成果速递

转载 | 纳米人

博思学术资讯——一手前沿学术资讯速 ，快来关注我们吧~

1. Nature Energy: 原位观测单个Cu2O颗粒的不同晶面光催化二氧化碳还原为甲醇的催化活性

近日，阿贡国家实验室的Tijana Rajh和Liu Yuzi等通过采用原位扫描荧光x射线显微镜和大气压下的环境透射电子显微镜，在操作中直接观察到单个Cu2O光催化剂纳米颗粒的(110)面对CO2还原为甲醇具有光催化活性，而(100)面是惰性的，活性位点的氧化态由于CO2和H2O的共吸附由Cu(i)向Cu(ii)转变，而且在可见光照射下在CO2还原后重新转变为Cu(i)，Cu2O光催化剂在还原二氧化碳的同时氧化水。另外，由于二氧化碳的吸附，Cu2O晶格会膨胀，然后在二氧化碳转化后又会恢复。使用该Cu2O晶体进行光催化CO2还原为甲醇的内部量子产率为~72%。该工作对于在原子水平上理解Cu2O实际工作条件下的活性位点和转化机制具有重要意义，为设计高性能光催化剂提供了新的思路。

YiminA. Wu, Ian McNulty, Cong Liu, Kah Chun Lau, Qi Liu, Arvydas P. Paulikas,Cheng-Jun Sun, Zhonghou Cai, Jeffrey R. Guest, Yang Ren, Vojislav Stamenkovic,Larry A. Curtiss, Yuzi Liu, Tijana Rajh. Facet-dependent active sites of asingle Cu2O particle photocatalyst for CO2 reductionto methanol. Nature Energy, 2019.

DOI:10.1038/s41560-019-0490-3

doi.org/10.1038/s41560-019-0490-3

2. Nature Energy: 探讨富锂层状硫化物材料的阴离子氧化还原瓶颈

阴离子氧化还原被认为是实现高比能锂离子电池正极材料的新型解决方案。然而，阴离子氧化还原又带来了诸如电压衰减、极化增大以及动力学迟缓等问题。为了深入地理解上述问题，法国巴黎索邦大学的Jean-MarieTarascon等从改变配体入手设计了新型的富锂层状材料Li1.33–2y/3Ti0.67–y/3FeyS2，其中当y=0.3时由于阳离子氧化还原（Fe2+/Fe3+）和阴离子氧化还原（S2-/Sn-）的共同作用使得该材料的可逆储锂容量高达245 mAh/g。

此外，该材料初始循环的不可逆性、长期循环过程中的电压衰减、较低程度的电压滞后以及反应动力学等均比其富锂氧化物类似物要好得多。从氧配体转换为硫配体尽管会对能量密度造成一定影响，但是却缓解了阴离子氧化还原带来的诸多问题。总的来说，这些硫化物提供了改善阴离子氧化还原电极整体性能的化学线索，可以最终指导我们利用其氧化还原产生的能量效益。

SujoySaha, Jean-Marie Tarascon et al, Exploring the bottlenecks of anionic redox inLi-rich layered sulfides, Nature Energy, 2019

nature.com/articles/s41560-019-0493-0

3. Nat. Commun.: 非晶态金属有机骨架用于包装与传递酶

活细胞中的酶催化作用可以原位检测单个细胞中的细胞代谢物，有助于疾病的早期诊断。在本研究中，清华大学戈钧研究员课题组联合中科院过程工程研究所魏炜研究员等人在环境条件下通过一锅共沉淀法将酶包裹在非晶态金属有机框架（MOF）中，与封装在相应的晶体MOF中的酶相比，其表观活性高出5-20倍。

通过分子模拟和低温电子断层扫描（cryo-ET）等技术的结合表明，在这种无序、模糊的结构中产生的介孔赋予了包装酶较高的酶活性。由非晶态MOF纳米粒子递送的高活性葡萄糖氧化酶可实现对单个活细胞中的葡萄糖进行非侵入性和简便的测量，这可以用于区分癌细胞和正常细胞。

Wu, X., Yue, H., Zhang, Y. et al. Packagingand delivering enzymes by amorphous metal-organic frameworks. NatCommun 10, 5165(2019)

DOI: 10.1038/s41467-019-13153-x

doi.org/10.1038/s41467-019-13153-x

4. Nat. Commun.: 尾态限制有机太阳能电池中厚吸光层的光电流收集

帝国理工学院James R. Durrant，Kwanghee Lee, Hongkyu Kang和德国伊斯堡-埃森大学Ji-Seon Kim等人用四种不同的光敏混合物研究有机太阳能电池，这些混合物表现出短路电流对吸光层厚度的不同依赖性。对于所研究的器件系列，具有厚吸光层的光电流损耗主要与带内尾部态中光生电荷载流子的积累有关。

这种电荷积累会屏蔽器件内部电场，从而无法有效收集电荷。观察到一种研究的供体聚合物的纯化可减少尾态分布和密度，并增加最大光敏厚度，以实现有效操作。该工作表明，选择具有窄尾态分布的有机吸光层是制造高效，高光电流，厚有机太阳能电池的关键要求。

Tailstate limited photocurrent collection of thick photoactive layers in organicsolar cells，NatureCommunications (2019)

www.nature.com/articles/s41467-019-12951-7

5. AM: 单金属原子氧化物创造超高光催化降解速率

金属氧化物作为一种储量丰富、用途广泛的材料，在环境修复与保护、能源转化与储存等方面得到了广泛的研究与应用，这些不同的应用性能大多是由于金属氧化物的电子态具有很大的多样性。然而，许多金属氧化物在催化领域的应用存在障碍，主要是由于缺乏具有愿望的电子态有效活性位点。鉴于此，北京工业大学韩晓东教授、重庆大学周小元研究员和伦斯勒理工大学的Shengbai Zhang等合作设计制备了单钨原子氧化物(STAO)，其中作为一个组成单元，金属氧化物的体积达到最小。

STAO中的催化机制由一种新的单位点物理机制决定，称为准原子物理态。光生电子转移过程是由自旋通道中的电子从最高占据的分子轨道激发到最低未占据的分子轨道+1状态来实现的，这只会发生在带有W5+的STAO中。STAO的光催化降解速率达到了创纪录的0.24 s?1，比现有的光催化降解速率高出两个数量级。STAO的制备及其独特的准原子光催化机制为利用单金属原子氧化物(SMAO)获得新颖的物理和化学性质提供了一种新的思路。

Cong Wang, Ang Li, Chong Li,Shengbai Zhang, Hui Li, Xiaoyuan Zhou, Liming Hu, Yibo Feng, Kaiwen Wang, ZhuZhu, Ruiwen Shao, Yanhui Chen, Peng Gao, Shengcheng Mao, Jun Huang, Ze Zhang,Xiaodong Han. Ultrahigh Photocatalytic Rate at a Single-Metal-Atom-Oxide.Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201903491

doi.org/10.1002/adma.201903491

6. AM: 效率高达16.21％！聚合物太阳能电池

中科院化学所的李永舫院士、Lei Meng和武汉大学Jie Min以及贵州理工学院Menglan Lv 等人开发了四种低成本的聚噻吩-喹喔啉衍生物（PTQ）的共聚物供体，以研究其氟化形式对其聚合物太阳能电池的电荷分离和电压损失（Vloss）的影响。该器件基于在喹喔啉A单元上带有双氟取代基的PTQ衍生物，具有高效的电荷分离和低Vloss 的优点，其效率高达16.21％。

AchievingFast Charge Separation and Low Nonradiative Recombination Loss by RationalFluorination for High‐Efficiency Polymer Solar Cells, AM, 2019

DOI: 10.1002/adma.201905480

onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201905480

7. Angew：线性四膦配体保护的Cu9H7和Cu16H14团簇

铜氢团簇具有精确的原子结构，可用作加氢催化剂，储氢和电化学材料等，已引起广泛的关注。近日，日本奈良女子大学Tomoaki Tanase等使用线性四膦，meso‐bis[(diphenyl‐phosphinomethyl)phenylphosphino]methane(dpmppm)成功合成了[Cu9H7(μ?dpmppm)3]X2(X=Cl, Br, I, PF6)和[Cu16H14(μ?dpmppm)4]X2 (X2= I2，(4/3)PF6·(2/3)OH)团簇，并对其进行了表征。

KanakoNakamae, Tomoaki Tanase*, et al. Facially Dispersed Polyhydride Cu9 andCu16 Clusters Comprising Apex‐Truncated Supertetrahedral and Square‐Face‐Capped Cuboctahedral CopperFrameworks. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201913533

onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201913533

8. EES: 单原子Cu催化剂原子界面效应强化ORR

金属-碳杂化材料导电性高、电子结构可调，被广泛用于ORR催化剂。对碳基材料的界面调控是提高ORR性能的有效途径之一。然而，目前尚缺乏有效的结构调控方法及纳米界面处各组分间的联系。原子界面效应能有效调变ORR催化性能。以碳材料为载体负载单原子催化剂可有效的调控局部配位环境及电子态，通过掺杂N，可进一步获得金属-氮-碳原子界面。近期研究表明，氮的较高的电负性使得中间产物的吸附能增加，降低了动力学活性。采用双组分掺杂可望控制原子界面处的电子结构，进而实现ORR性能的提升。

近日，来自北京理工大学的陈文星教授、张加涛教授和清华大学的王定胜、李亚栋院士合作采用N和S共掺杂的碳为载体，负载合成了Cu单原子催化剂。该催化剂在碱性介质中的电流密度为22.9 mA cm-2时对应的半波电位为0.893V（vs RHE）,远高于氮掺杂碳负载的Cu单原子催化剂。X射线精细结构分析与DFT计算揭示了Cu(+1)-N4-C8S2原子界面结构是ORR的活性位点，且Cu与碳在原子界面处的协同机制可调变反应中间产物在催化剂上的吸附自由能，是高效ORR性能的关键因素。该研究为原子界面调控提供了有效的途径，为提高氧电极反应催化剂的理性设计提供了可能。

ZhuoliJiang, Wenming Sun, Huishan Shang, Wenxing Chen, Tingting Sun, Haijing Li, Juncai Dong, Jing Zhou, Zhi Li, Yu Wang, Rui Cao, RitimuktaSarangi, Zhengkun Yang, Dingsheng Wang*, Jiatao Zhang, Yadong Li*, AtomicInterface Effect of Single Atom Copper Catalyst for Enhanced Oxygen ReductionReaction, Energy Environmental Science, 2019.

DOI: 10.1039/C9EE02974E

pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/EE/C9EE02974E#!divAbstract

9. AOM：通过微腔结构控制色度的白色有机发光二极管

精确调控白光有机发光二极管（WOLED）的色度对于其在智能光源领域的应用至关重要中。近日，韩国光州科学技术院Kwanghee Lee团队通过调整白光发光层的厚度展示了一种新的微腔WOLED（M-WOLED）结构，该结构可调节发射光的色度。

通过引入既可充当部分反射镜又可充当透明电极的聚合物-金属混合电极，开发了一种非常简单的微腔结构，且不需要附加的外部镜，例如分布式布拉格反射器等。所得的M-WOLED在不同发光层厚度的条件下实现了红白光，绿白光和蓝白光发射。

SoyeongJeong, Suhyun Jung, Hongkyu Kang, Sang-Bae Choi, Soonil Hong, Jinho Lee, KilhoYu, Nara Kim, Seyoung Kee, Dong-Seon Lee, Kwanghee Lee. Controlling theChromaticity of White Organic Light-Emitting Diodes Using a MicrocavityArchitecture. Adv. Opt. Mater., 2019.

DOI：10.1002/adom.201901365

doi.org/10.1002/adom.201901365

粉丝福利：随机抽取10名幸运粉丝，奖励￥8.88现金红包，快来关注我们吧~~~(活动时间：11月13号-11月30号，12月1号开奖)