1. Adv. Mater.：鐵電單疇光催化劑促進光催化水氧化

鐵電材料由于其通過極化誘導的內置電場進行有效的電荷分離，被認為是有前途的光催化劑。然而，由于疇中極化矢量的抵消，多疇結構阻礙了空間電荷的分離和轉移。基于此，中科院大連化學物理研究所李燦院士（通訊作者）等人報道了以BiFeO₃（BFO）為原型，制備了具有可見光吸收的單疇BFO納米片，并通過壓電響應力顯微鏡（PFM）、空間分辨表面光電壓光譜（SRSPS）和光沉積實驗得到了證明。隨便多疇BFO顆粒，單疇BFO納米片在可見光照射下的光催化水氧化反應中活性提高了九倍。

作者利用光沉積法將水氧化輔助催化劑修飾在BFO納米片和顆粒表面，其中CoO_x、RuO_x和MnO_x都有助于提高光催化性能。由于RuO_x的高功函數和可見光下的本征鐵電極化增強，RuO_x/BFO納米片表現出最高的O₂析出量（61 μmol m^-2 h^-1），其活性提高了6.2倍，而RuO_x/BFO顆粒的活性僅提高了3.6倍。在優化RuO_x加載量后，BFO納米片的O₂析出量增加到95.7 μmol m^-2 h^-1。

此外，該納米片具有好的化學穩定性、更有效的電荷分離。同時，在460 nm處的表觀量子效率（1.21%）高于多疇顆粒（0.57%）。結果表明，單疇結構可以有效地分離光生電荷，并通過單向極化電場將其轉移到表面，從而顯著促進水氧化反應。對于多疇顆粒，由于疇內極化電場的消除，大部分光生電荷不能有效地傳輸到催化劑表面，從而發生光生電荷的重組，導致光催化活性非常低。

Boosting Photocatalytic Water Oxidation on Photocatalysts with Ferroelectric Single-domain. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202210374.

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2. Adv. Mater.：CoAl-LDH-SDS實現電化學去離子

電化學去離子被認為是一種很有前途的水處理技術。基于此，北京化工大學邱介山教授和天津大學汪洋副教授（共同通訊作者）等人報道了由十二烷基硫酸鈉（SDS）插層的鈷鋁（CoAl）層狀金屬氧化物納米片，其層間距從0.76增加到1.33 nm，并用作陽極。測試發現，層狀金屬氧化物提供了額外的活性氧化反應位點，促進了電吸附速率，在500 mg L^?1 NaCl溶液中在1.2 V下獲得較高的鹽吸附容量（31.78 mg g^?1）和平均鹽吸附速率（3.75 mg g^?1 min^?1）。同時，在40次循環后保持率為92.9%，具有優異的長期循環穩定性。

通過密度泛函理論（DFT）計算，作者研究了CoAl-LDH層間調控在離子擴散過程和離子吸附能力中的作用，并選用優化后的CoAl-LDH和CoAl-LDH-SDS的原子結構模型。通過態密度（DOS）發現，對比CoAl-LDH，CoAl-LDH-SDS在費米能級附近的總DOS更高，電導率更好，這是由于SDS與主體層在界面處有較強的成鍵作用。

此外，CoAl-LDH-SDS具有較大的假間隙，反映了體系的共價鍵更強。值得注意的是，在CoAl-LDH-SDS體系中，SDS和Co原子的局部DOS在相同能量（-0.21 eV）下出現了尖峰，表明這兩個原子之間存在雜化。雜化降低了體系的能量，達到了一個相對穩定的成鍵狀態，與實驗結果一致。

Layered Metal Oxide Nanosheets with Enhanced Interlayer Space for Electrochemical Deionization. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202210871.

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3.?Matter：亞-3-nm PtCo/KB-NH₂助力高功率燃料電池

聚合物電解質膜（PEM）燃料電池是一種極具吸引力的能量轉換裝置，適用于電動汽車，特別是中型和重型汽車。然而，目前用于正極氧還原反應（ORR）的鉑（Pt）基催化劑在膜電極組件（MEAs）中活性和耐久性不足，限制了PEM燃料電池的實際應用。

基于此，印第安納大學與普渡大學印第安納波里斯聯合分校Jian Xie（通訊作者）等人報道了一種協同策略，以制備高活性和穩定的亞3-nm Pt基金屬間催化劑，同時克服了MEA中Pt利用率低和質量傳輸不足的問題，從而實現燃料電池性能的突破。核-殼結構的L1₀-PtCo@Pt納米顆粒幾乎滿足美國能源部制定的輕型車輛的所有性能要求，并顯示出在重型車輛上應用的巨大潛力。

為研究PtCo/KB-NH₂的ORR反應性，作者使用半球形模型進行DFT計算，以模擬2.6 nm大小的L1₀-PtCo@Pt_3L（L1₀-PtCo核心上有3個Pt原子層）納米顆粒。結果表明，對于fcc Pt體，(111)facet上Pt-Pt鍵的壓縮應變為3.42%。OH*（E_OH*）在金屬表面的結合能被認為是ORR動力學的關鍵描述符，最佳的ORR活性的E_OH*約為0.12-0.14 eV，比未應變的Pt(111)弱。

在壓縮應變為3.42%的L1_o-PtCo@Pt_3L(111)上的Eoн*計算為-1.241 eV，比未應變Pt(111)上的E_OH*弱0.16 eV，更接近最佳E_OH*。根據部分態密度（PDOS）發現，削弱的E_OH*與L1_o-PtCo@Pt_3L(111)上相對于Pt(111)的d-帶中心下降0.113 eV有關，導致ORR動力學增強。

為分離配體效應和應變效應對E_OH*的影響，在Pt(111)表面施加同樣3.42%的壓縮應變。E_OH*在未應變Pt(111)上從-1.401 eV急劇變化到3.42%應變Pt(111)上的-1.188 eV，表明應變誘導的變化高達0.213 eV。由于核心結構深處存在Co原子，配體效應對E_OH*的影響很微小，但與應變效應相比不可忽略。在同樣的3.42%壓應變作用下，L1o-PtCo@Pt_3L(111)上的E_OH*比Pt(111)上的E_OH*低0.053 eV，表明L1o-PtCo核（配體效應）的存在使E_OH*更接近理論最佳值。

Amino-tethering synthesis strategy toward highly accessible sub-3-nm L1₀-PtM catalysts for high-power fuel cells. Matter, 2023, DOI: 10.1016/j.matt.2022.12.011.

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4.?Adv. Funct. Mater.：Fe-NSC@GO實現高性能Li-S電池

構建用于多硫化物鋰（LiPSs）吸附和快速轉化的高性能電催化劑是提高可再充電鋰-硫（Li-S）電池實用能量密度和循環壽命的有效途徑，其被認為是最有前途的下一代高能量密度電池，但仍受到LiPSs穿梭效應和緩慢的硫氧化還原動力學的影響。

基于此，北京化工大學孫曉明教授、許海軍教授和劉文教授（共同通訊作者）等人報道了一種Fe-N₄部分摻雜S（Fe-NSC）的單原子催化劑，可以增強LiPSs的吸附并促進硫轉化，因為相對于裸露的Fe-N₄部分，Fe-NSC結構周圍積累了更多的電荷密度。使用Fe-NSC@GO修飾的分離材料的Li-S電池顯示出較高的放電容量和優異的循環性能，在1 C倍率下顯示1156 mAh g^?1，在1000次循環中，每循環的容量衰減僅為0.022%。即使在5.1 mg cm^?2的高S負載下，Li-S電池仍然具有出色的循環穩定性。

通過DFT計算，作者研究了Fe-NSC SACs在增強LiPSs吸附和促進硫轉化方面的可行性。在模擬中，作者考慮了S摻雜到Fe-N₄附近的三個潛在位置，并將它們與Fe-N₄進行了比較，根據其位置分別命名為Fe-NS₁C（Fe-N-S）、Fe-NS₂C（Fe-C-S）和Fe-NS₃C（Fe-S-C₂-S）。對比Fe-NC，Fe-NS_xC構型中Fe的d帶中心（ε_d）更高，更接近費米能級。因此，Fe-NC中的S摻雜導致更高的電子電導率和增強的吸附能力，有助于對LiPSs的親和力和Fe-NS_xC位點的催化活性。

此外，作者還計算了Li₂S和不同基底之間的電荷轉移情況。由于相鄰S的調諧，電荷分布模式顯示，對于Fe-NS₁C和Fe-NS₂C，Li₂S和基底之間的電子積累增強，導致更多的電子遷移聚集在Fe-N₄中心。對比Fe-NC，Fe-NS_xC和LiPSs之間的結合能顯著提高，進一步支持了S摻雜增強了LiPSs和基底之間的化學強度，表明了抑制LiPSs溶解和穿梭的潛力。

Regulating Electronic Structure of Fe-N₄ Single Atomic Catalyst via Neighboring Sulfur Doping for High Performance Lithium-Sulfur Batteries. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202210509.

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5. Adv. Funct. Mater.：Ni₂P/TiO₂-NTAs助力PEC-UOR

光電催化尿素氧化反應（photoelectrocatalytic urea oxidation reaction, PEC-UOR）在廢水修復和能源生產方面具有巨大的前景，但半導體/助催化劑型UOR光陽極的低效率限制了其在光電催化系統中的應用。基于此，上海師范大學張蝶青教授（通訊作者）等人報道了一種用于PEC-UOR的新型半導體/助催化劑，即Ni₂P簇敏化TiO₂納米管陣列光陽極（Ni₂P/TiO₂-NTAs）。當電流密度達到10 mA cm^?2時，Ni₂P/TiO₂-NTAs表現出優異的PEC-UOR性能，其電勢為1.43 V，遠遠低于TiO₂-NTAs和Ni(OH)₂/TiO₂-NTAs的2.24 V和1.58 V的電勢。

通過DFT計算，作者揭示了Ni₂P/TiO₂-NTAs對PEC-UOR的催化機理。對于Ni₂P/TiO₂-NTAs和Ni(OH)₂/TiO₂-NTAs原子結構模型，其中包含兩個Ni原子的Ni₂P和Ni(OH)₂團簇被負載在TiO₂上。尿素的吸附活化是UOR反應的第一步，在后續反應中起著至關重要的作用。尿素分子更傾向于通過形成TM-N鍵的Ni-N鍵模式吸附，表現出最負的E_ads尿素值。

在Ni₂P/TiO₂-NTAs上的尿素吸附能（E_ads）約為-0.78 eV，遠高于Ni(OH)₂/TiO₂-NTAs上的-0.62 eV，表明Ni₂P團簇的引入改變了TiO₂的電子結構和表面，從而顯著增強了對尿素分子的吸附。Ni(OH)₂/TiO₂-NTAs上尿素的總電荷（Δq）為-0.01 e，Ni₂P/TiO₂-NTAs上的總電荷為-0.07 e，表明Ni₂P團簇可以促進電子轉移，有利于尿素的化學活化。對于Ni(OH)₂/TiO₂-NTAs上的CO₂解吸能（E_des）為0.19 eV，遠低于Ni(OH)₂/TiO₂-NTAs上的E_ads=0.53 eV，表明CO₂更容易從Ni₂P/TiO₂-NTAs表面解吸，有利于暴露活性位點進行下一個催化過程。

Nickel Phosphide Clusters Sensitized TiO₂ Nanotube Arrays as Highly Efficient Photoanode for Photoelectrocatalytic Urea Oxidation. Adv. Funct. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adfm.202211169.

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6. Small：橄欖石型MgMn_0.5Zn_0.5SiO₄作為Mg電池正極：實驗研究和DFT計算

西班牙科爾多瓦大學Gregorio F. Ortiz和廈門大學楊勇教授（共同通訊作者）等人報道了通過實驗測試和DFT計算，研究了橄欖石型MgMn_0.5Zn_0.5SiO₄結構中的Mg驅動反應。作者利用簡單的溶膠-凝膠法，成功地用其他二價金屬（Zn等）部分取代Mn的Oh位點，得到了MgMn_0.5Zn_0.5SiO₄正極。將其與眾所周知的MgMnSiO₄橄欖石型結構(Mg)_M1(Mn)_M2SiO₄陽離子分布進行比較，是本文研究了解新型橄欖石型(Mg)_M1(Mn_0.5Zn_0.5)M₂SiO₄組合物結構及鎂萃取/插入性能的基礎。結果表明，基于原子質量和氧化還原化學性質，能量密度可調在520-440 W h kg^?1之間。

Mg²⁺在Mg_1?xMn_0.5Zn_0.5SiO₄（x=0, 0.5）中的滲透能計算值為1.57±0.02 eV，而Na⁺在Mg_0.5Mn_0.5Zn_0.5SiO₄中的滲透能為5±0.1 eV，表明Mg²⁺通過“b”軸的滲透比Na⁺離子更有利。作者認為MgMn_0.5Zn_0.5SiO₄在Mg電池中分子周圍的電子密度分布與雜化概念相比是不均勻的，與觀測到的Na⁺離子插入≈5.9 V極化和Mg²⁺離子插入1.25 V極化差異完全一致。作者還計算了MgMn_0.5Zn_0.5SiO₄在M1位點上Zn²⁺的滲流能，其計算值為1.78 eV，略高于Mg的1.57 eV，但不至于阻礙Mg²⁺的遷移。因此，Zn²⁺遷移有利于Mg的萃取。

此外，Mn²⁺的滲透能為3.59 eV，證實了M1位點上Mn原子的不遷移性，可以阻礙Mg的擴散。MgMn_0.5Zn_0.5SiO₄中M1位點的Mn含量低于MgMnSiO₄，因此MgMn_0.5Zn_0.5SiO₄中Mg遷移率較高，故Zn促進離子遷移。Zn在固體中的遷移和擴散是由于Zn²⁺陽離子的質量和電荷半徑比大而緩慢的，如果Mn原子與Mg原子共用擴散通道，則Mn可以阻止Mg的擴散。

Olivine-Type MgMn_0.5Zn_0.5SiO₄ Cathode for Mg-Batteries: Experimental Studies and First Principles Calculations. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202206010.

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7.?Small：NiAl-LDH-S2助力高選擇性光還原CO₂為CH₄

由于多個電子轉移過程的緩慢動力學和競爭性析氫反應（HER），將CO₂轉化為具有高活性和選擇性的清潔燃燒燃料（如CH₄）仍然是一個巨大的挑戰。基于此，北京化工大學宋宇飛教授（通訊作者）等人報道了表面活性劑（C₁₁H₂₃COONa、C₁₂H₂₅SO₄Na、C₁₆H₃₃SO₄Na）嵌入NiAl-層狀雙氫氧化物（NiAl-LDH）的制備，導致形成具有彎曲形態的LDH-S1（S1=C₁₁H₂₃COO^?）、LDH-S2（S2=C₁₂H₂₅SO₄^?）和LDH-S3（S3=C₁₆H₃₃SO₄^?）。對比NiAl-LDH，LDH-S2在CO₂光還原反應（CO₂PR）中表現出更高的CH₄選擇性（83.07%）和更低的HER活性（3.84%）。

作者構建了有缺陷的LDH-S2和無缺陷的NiAl-LDH模型，以研究LDH-S2的晶格壓縮結構及其在CO₂PR中的反應機理。對比NiAl-LDH，LDH-S2的金屬-O鍵和O-H鍵長度減小，表現出壓縮晶格應變結構，與HRTEM、EXAFS和XRD結果一致。從LDH-S2的態密度（DOS）發現，在禁區中存在一個中間態，與缺陷態一致。

此外，對比NiAl-LDH，在C DOS中，LDH-S2的插層陰離子中C的電子態與主層Ni的電子態耦合明顯，與C XPS結果一致。進一步優化所有可能的中間體，得到了LDH-S2和NiAl-LDH上CO₂PR到CH₄的自由能圖。對比無缺陷NiAl-LDH，CO₂PR中LDH-S2的速率決定步（RDS）能壘降低約0.134 eV。LDH-S2上H2演化的自由能勢壘為3.58 eV，證實了副產物H₂的演化受到抑制。

Dual Engineering of Lattice Strain and Valence State of NiAl-LDHs for Photoreduction of CO₂ to Highly Selective CH₄. Small, 2023, DOI: 10.1002/smll.202205770.

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8.?Nano Res.：海水中COFs原位極化增強可見光照射下光催化HER

海水光催化制取氫氣對于利用海水資源和儲存取之不盡、能量密度低的太陽能具有重要意義，但是利用海水設計高效光催化體系，在用海水代替純水時，往往會出現活化下降的問題。

基于此，南京工業大學王軍教授和周瑜教授（共同通訊作者）等人報道了三種β-酮胺連接的共價有機框架（COFs），證明了它們在可見光照射下促進海水相對于純水的光催化分解。以1, 3, 5-三甲酰間苯三酚（Tp）為醛單體，與不同苯環數目的二氨基單元反應，采用微波輔助溶劑熱法合成了目標COFs。通過對構建單元的測量，構建的含有高密度β-酮烯胺單元的COF在海水中表現出目前最高的光催化析氫速率（41.3 mmol·g^?1·h^?1），比純水中高約1.66倍。

作者在TpPa上吸附Mg離子，得到的含Mg離子樣品被記為TpPa-MgCl₂。對TpPa-MgCl₂進行了一系列光電電化學表征和TD-DFT計算，并與TpPa進行了比較。與TpPa相比，TpPa-MgCl₂中的C-N-H相關峰向高能量位置移動了0.12 eV，表明Mg-N配位相互作用，降低了TpPa-MgCl₂中N的電子密度。此外，由于X射線照射下π-激發的電子從TpPa轉移到配位Mg離子，TpPa中的π激發峰值強度弱于TpPa-MgCl₂。高分辨O 1s譜顯示，對于TpPa，β-酮胺C=O的信號在TpPa-MgCl₂中向更高結合能轉移，表明C=O與Mg之間也存在配位相互作用。

在SMD中，作者通過TD-DFT計算確定了TpPa-MgCl₂和TpPa的激子結合能，同時計算了TpPa-MgCl₂和TpPa的電離勢（IP）、電子親和力（EA）、激子電離勢（IP*）和激子電子親和力（EA*）。TpPa-MgCl₂的激子結合能被確定為19 meV，遠小于TpPa（63 meV）。

結果表明，高介電常數引起的極化極大降低了激子結合能。TpPa-MgCl₂的光電流響應比TpPa高2倍，表明TpPa-MgCl₂中增強的激子解離和電荷載流子生成。對比EIS光譜中的裸露TpPa，TpPa-MgCl₂的半圓直徑大大減小，表明TpPa-MgCl₂中良好的電荷載流子遷移率。

In-situ polarization of covalent organic frameworks in seawater enables enhanced photocatalytic hydrogen evolution under visible-light irradiation. Nano Res., 2023, DOI: 10.1007/s12274-022-5332-0.

https://doi.org/10.1007/s12274-022-5332-0.