单原子催化、CO2还原各一篇Nat. Mater，P. G. Bruce最新Nat. Mater.丨顶刊日报20190807
纳米人
2019-08-07
1. Nature Materials: Pt/CeO2单原子催化剂的动态荷电和氧化状态
负载于氧化物上的金属原子的催化活性很大程度上取决于其电荷态和氧化态。然而，界面上电荷转移程度的确定仍然是个未知数。在本文中，巴塞罗那科技研究所的Nuria Lopez等结合密度泛函理论和分子动力学第一原理对沉积在CeO2（100）表面上的铂单原子进行了研究。研究结果表明，静态金属电荷的一般表示过于简单。因此，研究人员重新定义了几个动态关联且共存的电荷状态。这种新型强金属-载体相互作用来源于Ce（4f）能级相对于贵金属能级的相对位置，这种相对能级允许电子转移进入载体或从载体中转移回来。在这个过程中质子也能够起到协助作用，这是因为Ce（4f）的能级可以通过表面原子的位移来调节并出现在其他金属（Ni）和载体（TiO2）上。该动态模型解释了在Ce上发现的具有活性的单个铂原子具有独特的反应性。
Nathan Daelman, Nuria Lopez et al, Dynamiccharge and oxidation state of Pt/CeO2 single-atomcatalysts, Nature Materials, 2019https://www.nature.com/articles/s41563-019-0444-y
2. Nature Materials: 锂负极固态电介质电池中的临界剥离电流导致沉积过程中的枝晶生长
锂负极的临界剥离电流密度被视为是导致枝晶生长和电池短路的重要原因。当剥离电流密度以超过其可补充速度的速度从界面上剥离锂时，界面处的锂中会形成空隙并在循环过程中积累，从而增加界面处的局部电流密度并最终导致沉积枝晶和电池短路。即使总电流密度大大低于沉积过程中形成树枝晶的阈值，也会发生这种情况。在本文中，英国牛津大学的Bruce等发现对于Li/Li6PS5Cl/Li电池来说，在2.0mA/cm2的沉积电流密度和3MPa或7MPa压力下，其临界剥离电流密度为0.2mA/cm2和1.0mA/cm2。这种剥离-压力依赖性表明，蠕变而不是锂扩散是将锂输送到界面的主要机制。临界剥离电流是限制锂负极固态电池功率密度的主要因素。在固态电池中，要达到中等的功率密度，可能需要相当大的压力。
Jitti Kasemchainan, Peter G. Bruce et al, Critical stripping current leads todendrite formation on plating in lithium anode solid electrolyte cells,Nature Materials, 2019https://www.nature.com/articles/s41563-019-0438-9
3. Nature Materials: 仿生疏水性促进CO2在Cu表面的还原
水溶液电催化将二氧化碳还原为乙醇和碳氢化合物燃料是一条通向高能量化工原料的可持续途径。铜是唯一能够催化多碳产物（C2/C3）大量形成的催化剂，但是在这个过程中质子被还原成氢会造成催化选择性的降低。在本文中，法兰西学院的Marc Fontecave和Victor Mougel等以水下蜘蛛的捕气表皮结构为灵感，用十八烷硫醇对具有分级结构的铜枝晶进行处理得到了一个超疏水的Cu表面。在中性pH下，疏水电极对形成乙烯和乙醇的法拉第效率分别为56%和17%；而在亲水条件下该效率则分别为9%和4%。疏水条件下催化反应选择性的提高归功于疏水性铜表面的捕获气体，这些气体增加了电极-溶液界面处的二氧化碳浓度，从而提高了二氧化碳还原选择性。因此，疏水性被认为是二氧化碳还原选择性的一个控制因素，这有助于解释先前报道的电催化的趋势。
David Wakerley, Marc Fontecave, Victor Mougel et al, Bio-inspired hydrophobicitypromotes CO2 reductionon a Cu surface, Nature Materials, 2019https://www.nature.com/articles/s41563-019-0445-x4.Nature Materials：金属在多孔介质中的电化学溶解动力学多孔介质中的金属会与孔隙中的液相发生电化学作用。在多孔介质或自然环境中，钢的腐蚀是一种广泛存在的形式，它对工程结构的完整性产生了不利影响。虽然有充分的文献证明，这种电化学溶解过程的速率可以在几个数量级上变化，但了解其潜在机制仍然是一个严重的挑战，阻碍了可靠预测模型的发展。近日，苏黎世联邦理工学院Ueli M. Angst团队以水泥基材料、木材和人工土壤为模型体系，研究了钢在中、大孔隙介质中的电化学溶解动力学。研究结果揭示了孔隙结构的双重作用(通过传输限制和面积效应对电化学行为产生影响，这是由金属/多孔材料界面的微观不均匀性造成的)。作者进一步利用毛细凝聚理论对观测结果进行了合理化，提出了一种与材料无关的腐蚀速率预测模型。
Matteo Stefanoni, Ueli M. Angst*, et al. Kinetics of electrochemical dissolution ofmetals in porous media. Nat. Mater., 2019DOI: 10.1038/s41563-019-0439-8https://www.nature.com/articles/s41563-019-0439-8
5. Nano Energy: 抑制离子诱导的降解，制备稳定钙钛矿电池
工作稳定性仍然是延迟钙钛矿太阳能电池（PSC）商业化的首要问题。离子从富碘钙钛矿层扩散到金属电极是不可逆器件退化的一个主要原因。华东师范大学Junfeng Fang团队在钙钛矿层和钙钛/PCBM界面引入化学交联的TMTA（三羟甲基丙烷三丙烯酸酯），以抑制离子向电极扩散。钙钛矿层中的TMTA抑制离子沿晶界迁移，钙钛矿/PCBM界面处的TMTA阻止离子向电极扩散，这是由于其连续的网络结构和化学惰性。无论是在热，光或电场条件下，TMTA中PSC中的离子扩散都是可以被有效抑制的。在连续照射和60℃，最大功率点跟踪1000 h后，器件保持约80％的初始效率。
Li,X. et al. Suppressing the ions-induced degradation for operationally stableperovskite solar cells. Nano Energy, 103962,DOI:10.1016/j.nanoen.2019.103962 (2019).https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551930669X
6. AFM: EQE 0.31%，2D深蓝色钙钛矿纳米片二极管
Ruddlesden-Popper钙钛矿（PEA）2PbBr4（PEA = C8H9NH3）是一种稳定且廉价的材料，具有宽带隙和窄带发射。这些特性使其成为深蓝色发光二极管（LED）的潜在候选者。然而，由于弱的激子结合能，基于钙钛矿薄膜的LED通常具有<0.03％的非常低的外量子效率（EQE）。近日，苏州大学XiujuanZhang、Jiansheng Jie首次展示了基于2D（PEA）2PbBr4纳米片（NP）的高性能深蓝色LED的构建。制备的（PEA）2PbBr4 NPs膜在410nm处显示深蓝色发射，在环境条件下具有优异的稳定性。令人印象深刻的是，基于（PEA）2PbBr4 NPs薄膜的LED可提供明亮的深蓝色发光，最大亮度为147.6 cd m-2，高EQE高达0.31％，这代表了最高效，最亮的深蓝色钙钛矿LED 。此外，在≈60％相对湿度下，LED在超过1350分钟内保持其效率的80％以上。稳定而明亮的深蓝色LED可用作激发光源以实现白光发射，这显示出光通信的可能性。这项工作为将钙钛矿开发成高效和深蓝色LED用于低成本光源和光通信提供了空间。
Deng, W. Zhang, X. Jie, J. et al. 2D Ruddlesden–Popper Perovskite Nanoplate Based Deep-Blue Light-Emitting Diodesfor Light Communication. AFM 2019.DOI: 10.1002/adfm.201903861https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201903861
