鋅電池Science，可穿戴器件Nature，復旦大學Nature

1. Science: 電池負極中的可逆金屬外延電沉積

金屬在液-固界面上形成不規則和非平面電沉積層的傾向已經嚴重阻礙了金屬作為二次電池負極材料的實際應用。在本文中，康奈爾大學的Lynden A. Archer等報道了一種外延機制來調控金屬負極的成核與可逆生長。作者定義了金屬可逆外延電沉積金屬的晶體學、表面織構和電化學等標準，並證明了金屬鋅（Zn）是一種安全、低成本、高能量的電池負極材料。

他們發現石墨烯具有較低的晶格失配度，可以有效地驅動金屬鋅在固定晶相取向上發生電沉積。這樣得到的外延金屬鋅負極在中高倍率下循環數千周都還保持良好的電化學可逆性。該工作表明金屬的可逆外延電化學沉積為高可逆性的高能量密度電池的發函提供了一條通用的途徑。

JingxuZheng, Qing Zhao, Lynden A. Archer et al, Reversible epitaxialelectrodeposition of metals in battery anodes, Science, 2019

DOI:10.1126/science.aax6873

https://science.sciencemag.org/content/366/6465/645?rss=1

2. Nature：乾式雙面膠帶用於粘接溼組織和植入設備

通過分子間的作用力，如氫鍵、靜電相互作用和範德華相互作用，兩個乾燥的表面可以瞬間附著在一起。然而，當涉及到身體組織等溼表面時，這種瞬間粘附是具有挑戰性的，因為水將兩個表面的分子分開，阻止了相互作用。雖然與縫合或吻合術相比，組織粘接劑具有潛在的優勢，但現有的液體或水凝膠組織粘接劑存在著粘接力弱、生物相容性差、與組織機械匹配差、粘接形成緩慢等缺陷。

近日，美國麻省理工學院趙選賀研究小組，開發出一種替代的組織粘合劑，其形式為乾式雙面膠帶（DST），由生物聚合物（明膠或殼聚糖）和接枝有N-氫琥珀酰亞胺酯的交聯聚丙烯酸組成。這種DST的粘附機制取決於從組織表面去除界面水，從而導致與表面的快速臨時交聯。隨後與組織表面上的胺基進行共價交聯進一步改善了DST的粘附穩定性和強度。體外小鼠、體內大鼠和體外豬模型表明，DST可以在五秒鐘內在各種溼動態組織和工程固體之間實現強力粘附。DST可用作組織粘合劑和密封劑，以及將可穿戴和可植入設備粘附到溼組織上。

Hyunwoo Yuk, Claudia E. Varela, Christoph S.Nabzdyk, et al. Dry double-sided tape for adhesion of wet tissues and devices.Nature, 2019.

DOI: 10.1038/s41586-019-1710-5

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1710-5

3. Nature：HTT-LC3連接化合物對變異HTT蛋白的等位基因選擇性降低

突變蛋白的積累是許多疾病(統稱為蛋白病)的主要原因，降低這些蛋白的水平可以有效地治療這些疾病。研究人員假設與自噬小體蛋白微管相關蛋白1A / 1B輕鏈3（LC3）和致病蛋白都相互作用的化合物可能針對後者進行自噬清除。突變的亨廷頓蛋白（mHTT）包含延伸的多聚谷氨醯胺（polyQ），並引起亨廷頓氏病，這是一種不可治癒的神經退行性疾病。近日，復旦大學魯伯壎、丁澦和費義豔等人合作，開發出能夠利用細胞自噬作用選擇性降低突變亨廷頓（HTT）蛋白的小分子化合物。

通過使用基於小分子微陣列的篩選，研究人員確定了四種與LC3和mHTT相互作用但與野生型HTT蛋白不相互作用的化合物。其中一些化合物將mHTT靶向自噬體，以等位基因選擇性方式降低mHTT水平，並在亨廷頓舞蹈病的果蠅和小鼠模型中挽救了細胞和體內與疾病相關的表型。研究人員進一步表明，這些化合物與延伸的polyQ相互作用，並可能降低突變的共濟失調蛋白3（ATXN3）的水平，後者是另一種具有延伸polyQ的致病蛋白。這項研究提出了可降低mHTT和可能具有polyQ延伸作用的其他致病蛋白的候選化合物，證明了使用自噬連接蛋白降低致病蛋白水平的概念。

Zhaoyang Li, Cen Wang, Ziying Wang, et al.Allele-selective lowering of mutant HTT protein by HTT–LC3 linkercompounds. Nature, 2019.

DOI: 10.1038/s41586-019-1722-1

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1722-1#Sec41

4. Nat. Commun.: 導電二維MOF作為水系鋅電池的高性能正極

當前，就倍率性能，成本和安全性而言，可充電水系鋅電池是鋰離子電池的有前途的替代品。美國西北大學J. Fraser Stoddart團隊採用具有較大一維通道的二維（2D）導電MOF Cu3(HHTP)2作為鋅電池正極。

由於其獨特的結構，直接插入主體結構Cu3(HHTP)2的水合Zn2+離子具有較高的擴散速率和較低的界面電阻，使Cu3(HHTP)2正極能夠遵循插層贗電容機制。Cu3(HHTP)2在50 mA g-1時具有228 mAh g-1的高可逆容量。在4000 mA g-1（〜18 C）的高電流密度下，經過500次循環後，可保持75.0％的初始容量。

KwanWoo Nam, Sarah S. Park, Roberto dos Reis, Vinayak P. Dravid, Heejin Kim, ChadA. Mirkin, J. Fraser Stoddart, Conductive 2D metal-organic framework forhigh-performance cathodes in aqueous rechargeable zinc batteries, NatureCommunications, 2019.

DOI:10.1038/s41467-019-12857-4

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12857-4

5. Nat. Commun.: 可印刷的鎂離子準固態不對稱超級電容器用於柔性太陽能集成單元

穿戴和便攜式自供電裝置在科學和技術領域都引起了相當大的關注。但是，它們的創新發展仍然受到功能模塊之間效率低下的連接，循環穩定性差的不兼容儲能系統以及實際安全問題的限制。蘇州大學孫靖宇、阿卜杜拉國王大學Yuanlong Shao和加州大學洛杉磯分校Richard B. Kaner等人基於印刷的鎂離子水系不對稱超級電容器設計出一種柔性太陽能集成單元。

該功率單元具有出色的機械強度，高的充電循環穩定性（100次循環後的電容保持率為98.7％）、出色的整體能量轉換、存儲效率（η= 17.57％），和出色的輸入電流容限。此外，Mg離子準固態不對稱超級電容器通過贗電容離子存儲顯示出高達13.1 mWh cm-3的高能量密度。這些發現為未來自供電系統的設計開闢了一條可行的道路，該系統將提供良好的安全性，長壽命和高能量。

ZhengnanTian, Xiaoling Tong, Guan Sheng, Yuanlong Shao, Lianghao Yu, Vincent Tung,Jingyu Sun, Richard B. Kaner, Zhongfan Liu, Printable magnesium ionquasi-solid-state asymmetric supercapacitors for flexible solar-chargingintegrated units, Nature Communications, 2019.

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12900-4

6. Nat. Commun.: 光加速鋰離子電池的快速充電！

鋰離子電池的一個嚴重限制是用於獲得全部容量的緩慢充電速率。迄今為止，還沒有增加能量密度和電化學性能的方法來提高充電速率。阿貢實驗室Christopher S.Johnson等人表明，通過與白光的相互作用，正極的充電速率可以顯著提高。

研究發現，在充電期間將光直接照射到工作中的LiMn2O4正極會導致電池充電時間顯著減少兩倍或更多。這種增強是通過感應微秒長壽命的電荷分離狀態實現的，該狀態由Mn4+（空穴）和電子組成。這導致更多的金屬中心被氧化，並且在光和電壓偏置下會產生噴射出的鋰離子。研究者預計，這一發現將為新型快速充電電池技術的發展鋪平道路。

AnnaLee, Márton Vörös,Wesley M. Dose, Jens Niklas, Oleg Poluektov, Richard D. Schaller, Hakim Iddir,Victor A. Maroni, Eungje Lee, Brian Ingram, Larry A. Curtiss, Christopher S.Johnson, Photo-accelerated fast charging of lithium-ion batteries, NatureCommunications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-12863-6

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12863-6

7. Nat. Commun.: 二維電子光譜檢測鈣鈦礦納米晶體中的液體狀線形動力學

由於其各種出色的光學性能，鹵化鈣鈦礦再次引起了極大的關注。缺陷是通過在離子晶格內的極化子形成的，缺陷耐受性是這些材料的關鍵方面。極化子的形成是由於原子漲落與電子態的動態耦合而引起的。因此，鑑於潛在的光電應用，測量這些波動的特性是至關重要的。

麥吉爾大學Patanjali Kambhampati團隊採用二維電子光譜法（2DES），通過均勻線形動力學來研究CsPbI3鈣鈦礦納米晶體中電子間隙相關性的時間尺度和幅度。2DES數據顯示出不可逆的擴散動力學，其定性與共價固體（例如CdSe量子點）中的相干動力學不一致。相反，這些動力學與100 fs時標上的類似液體的結構動力學一致。這些動力學被賦予極化子形成的光學特徵，極化子形成是溶劑化的概念性固態類似物。

Two-dimensionalelectronic spectroscopy reveals liquid-like lineshape dynamics in CsPbI3 perovskitenanocrystals, Nature Communications (2019)

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12830-1

8. Nat. Commun.: 通過化學策略調整鋰金屬負極的熔融鋰潤溼性

金屬鋰具有最高的理論容量和最低的電化學勢，被視為高能量密度可充電電池負極的主要競爭者。然而，熔融鋰的差潤溼性不允許其散佈在疏油性基材的表面上，從而阻礙了該負極的生產和應用。

中科院化學所郭玉國課題組報道了通過使熔融鋰與功能性有機塗層或元素添加劑反應來克服這一難題的一般化學策略，發現吉布斯形成能和新形成的化學鍵是潤溼行為的決定因素。由於提高了潤溼性，因此獲得了一系列厚度為10–20μm的超薄鋰，並在鋰金屬電池中具有非常優異的電化學性能。這些發現為調節熔融鋰的潤溼性提供了方向，併為大規模生產超薄鋰提供了可承受的策略，並且可以進一步擴展到其他鹼金屬，例如鈉和鉀。

Shu-HuaWang, Junpei Yue, Wei Dong, Tong-Tong Zuo, Jin-Yi Li, Xiaolong Liu, Xu-DongZhang, Lin Liu, Ji-Lei Shi, Ya-Xia Yin, Yu-Guo Guo, Tuning wettability ofmolten lithium via a chemical strategy for lithium metal anodes, NatureCommunications, 2019.

DOI:10.1038/s41467-019-12938-4

9. Angew: 新型雜化有機-無機反鈣鈦礦

用有機基團取代ABX3型鈣鈦礦的A位和,或X位離子可產生雜化鈣鈦礦，其中許多鈣鈦礦顯示出其母體化合物以外的奇異特性。但是，這種方法不能有效地擴展到混合反鈣鈦礦，這導致了雜化反鈣鈦礦研究的空白。江西理工大學Yi Zhang和Heng-Yun Ye團隊將根據Goldschmidt容忍係數的概念描述混合抗鈣鈦礦的設計。

為A和B位點選擇球形陰離子，為X位點選擇球形有機陽離子，並分離出7種雜化反鈣鈦礦。這些新結構揭示了無機抗鈣鈦礦的A，B和X位的所有離子都可以被分子離子取代，從而形成雜化抗鈣鈦礦。這項工作將促進大量雜化反鈣鈦礦的合成，從而推動雜化反鈣鈦礦的化學發展。

NewHybrid Organic‐Inorganic Antiperovskites，Angew, 2019

https://doi.org/10.1002/anie.201908945

10. AM：單元素二維材料的新興應用

隨著元素主族材料（即硅和鍺）在現代電子領域的快速發展，其二維（2D）材料在下一代電子材料以及光電能源領域中蘊含著極大的潛力。這些由原子週期表中第III族至第VI族元素的組成的單原子級2D材料顯示出令人興奮的特性，例如鉍中的近室溫拓撲絕緣，磷和硅酮中的極高電子遷移率等。

近日，美國萊斯大學Pulickel M. Ajayan團隊報道了一篇關於元素2D材料的綜述。他們首先關注了2D材料中缺陷/功能化的重要性，不同同素異形體的討論以及二維主族元素材料的總體結構-屬性關係。然後，按應用類型對電子，傳感，自旋電子，等離子，光電探測器，超快激光器，電池，超級電容器和熱電學中的新興應用進行了全面回顧，包括對如何針對每種特定應用調整材料性能的詳細說明。

NicholasR. Glavin, Rahul Rao, Vikas Varshney, Elisabeth Bianco, Amey Apte, Ajit Roy,Emilie Ringe, Pulickel M. Ajayan. Emerging Applications of Elemental 2DMaterials. Adv. Mater., 2019.

DOI：10.1002/adma.201904302

https://doi.org/10.1002/adma.201904302

11. JACS: 熒光延遲至1000 nm，一種簡單的分子設計策略！

利用電磁頻譜的近紅外（NIR）區域對於光伏，電信和生物醫學極為重要。儘管熱激活延遲熒光（TADF）材料由於其強烈的發光和狹窄的交換能（ΔEST）而引起了廣泛關注，但它們仍遠不如NIR中的常規熒光染料，這妨礙了其應用。這是因為要確保為NIR發射提供足夠強的D-A相互作用以及TADF所需的窄ΔEST極具挑戰性。

劍橋大學Daniel G. Congrave和Hugo Bronstein團隊研究證明，通過放棄常見的多施主模型而採用D-A二元結構，可以獲得足夠強的D-A相互作用，以實現能夠實現接近1000 nm的光致發光（PL）的TADF發射器。還報告了峰值波長為904 nm的電致發光（EL）。該策略在概念上和合成上都很簡單，並且為未來NIR TADF材料的開發提供了一種新方法。

Asimple molecular design strategy for delayed fluorescence towards 1000 nm，J. Am. Chem. Soc. 2019

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09323

12. JACS: 氧空位到底如何影響載流子動力學？

氧空位普遍存在於金屬氧化物中，並且對其性能起著至關重要的作用。然而氧空位對光電化學和光催化應用中電荷載流子動力學的影響仍然存在爭議，並且人們對其瞭解甚少。一個關鍵的挑戰是光譜指紋的明確識別，可以用來跟蹤它們的功能。近日，帝國理工Ernest Pastor和James R. Durrant採用五種互補技術來原位調節BiVO4光陽極中與氧空位相關的電子佔用狀態，使我們能夠識別這些狀態電離的光譜特徵。

對於這種電離過程，得到的活化能~0.2 eV電離作用過程，熱激活電子從氧空位去俘獲，確定了電子提取的動力學，這與在高溫下改進的光電化學性能一致。然而，大量的未電離態起到深孔陷阱的作用，這種陷阱空穴在能量上不能驅動水氧化。這些觀察結果有助於解決最近文獻中關於氧空位功能的爭議，為研究它們對光電化學性能的影響提供了新的見解。

ShababaSelim, Ernest Pastor, Miguel García-Tecedor, Madeleine R Morris, Laia Francas, Michael Sachs,Benjamin Moss, Sacha Corby, Camilo A. Mesa, Sixto Gimenez, Andreas Kafizas,Artem A. Bakulin, and James R. Durrant. Impact of oxygen vacancy occupancy oncharge carrier dynamics in BiVO4 photoanodes. Journal of theAmerican Chemical Society. 2019

DOI:10.1021/jacs.9b09056

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09056