While electrochemical water splitting is one of the most promising methods to store light/electrical energy in chemical bonds, a key challenge remains in the realization of an efficient oxygen evolution reaction catalyst with large surface area, good electrical conductivity, high catalytic properties, and low fabrication cost. Here, a facile solution reduction method is demonstrated for mesoporous Co 3 O 4 nanowires treated with NaBH 4 . The high‐surface‐area mesopore feature leads to efficient surface reduction in solution at room temperature, which allows for retention of the nanowire morphology and 1D charge transport behavior, while at the same time substantially increasing the oxygen vacancies on the nanowire surface. Compared to pristine Co 3 O 4 nanowires, the reduced Co 3 O 4 nanowires exhibit a much larger current of 13.1 mA cm ‐2 at 1.65 V vs reversible hydrogen electrode (RHE) and a much lower onset potential of 1.52 V vs RHE. Electrochemical supercapacitors based on the reduced Co 3 O 4 nanowires also show a much improved capacitance of 978 F g ‐1 and reduced charge transfer resistance. Density‐functional theory calculations reveal that the existence of oxygen vacancies leads to the formation of new gap states in which the electrons previously associated with the Co‐O bonds tend to be delocalized, resulting in the much higher electrical conductivity and electrocatalytic activity.

The solar-driven water splitting process is highly attractive for alternative energy utilization, while developing efficient, earth-abundant, bifunctional catalysts for both oxygen evolution reaction and hydrogen evolution reaction has remained as a major challenge. Herein, we develop an ordered CoMnO@CN superlattice structure as an efficient bifunctional water-splitting electrocatalyst, in which uniform Co-Mn oxide (CoMnO) nanoparticles are coated with a thin, continuous nitrogen-doped carbon (CN) framework. The CoMnO nanoparticles enable optimized OER activity with effective electronic structure configuration, and the CN framework serves as an excellent HER catalyst. Importantly, the ordered superlattice structure is beneficial for enhanced reactive sites, efficient charge transfer, and structural stability. This bifunctional superlattice catalyst manifests optimized current densities and electrochemical stability in overall water splitting, outperforming most of the previously reported single- or bifunctional electrocatalysts. Combining with a silicon photovoltaic cell, this CoMnO@CN superlattice bifunctional catalyst enables unassisted solar water splitting continuously for ∼5 days with a solar-to-hydrogen conversion efficiency of ∼8.0%. Our discovery suggests that these transition metal oxide-based superlattices may serve as a unique structure modality for efficient bifunctional water splitting electrocatalysts with scale-up potentials.

A planar Josephson junction is a versatile platform to realize topological superconductivity over a large parameter space and host Majorana bound states. With a change in the Zeeman field, this system undergoes a transition from trivial to topological superconductivity accompanied by a jump in the superconducting phase difference between the two superconductors. A standard model of these Josephson junctions, which can be fabricated to have a nearly perfect interfacial transparency, predicts a simple universal behavior. In that model, at the same value of Zeeman field for the topological transition, there is a π phase jump and a minimum in the critical superconducting current, while applying a controllable phase difference yields a diamond-shaped topological region as a function of that phase difference and a Zeeman field. In contrast, even for a perfect interfacial transparency, we find a much richer and nonuniversal behavior as the width of the superconductor is varied or the Dresselhaus spin–orbit coupling is considered. The Zeeman field for the phase jump, not necessarily π, is different from the value for the minimum critical current, while there is a strong deviation from the diamond-like topological region. These Josephson junctions show a striking example of a nonreciprocal transport and superconducting diode effect, revealing the importance of our findings not only for topological superconductivity and fault-tolerant quantum computing but also for superconducting spintronics.

Carbon aerogels (CAs) are attracting great attention for their multifunctional applications. Additionally, a large amount of biomass bits waste generated from agriculture and industry is regarded as the main carbon resource. However, the development of a facile, sustainable, and efficient method to produce CAs from biomass waste remains challenging. Here, a one-step Zn2+ ions glue triggered carbonization technology was reported to construct large-scale and high-performance CAs. Multiple biomass bits (wood bits, peanut shells, bamboo bits, and straw waste) were treated in the molten salt system (ZnCl2/KCl) at 300 °C for 2h to obtain large-block biomass bits derived CAs. Zn2+ ions as the glue cleavage cellulose hydrogen bonds of natural biomass, then facilitate dehydration crosslinking reaction between cellulose, hemicellulose, and lignin for re-constructing the whole block structure. The obtained CAs show high porosity (95%) and low density (0.078 g/cm3). Meanwhile, numerous of hydroxyl and carbonyl groups were well maintained during low temperature treated process, which facilitate chemical modification for various applications. For instance, amidoxime functionalized CAs were utilized as a filter for selective and highly efficient extraction of U(VI) from wastewater. The adsorption capacity and extraction efficiency reached 801.2 mg/g and 95% with a flux rate of 6.1×103 L/m2·h, respectively.

Planar Josephson junctions (JJs), based on common superconductors and III–V semiconductors, are sought for Majorana states and fault-tolerant quantum computing. However, with gate-tunable spin–orbit coupling (SOC), we show that the range of potential applications of such JJs becomes much broader. The time-dependent SOC offers unexplored mechanisms for switching JJs, accompanied by the 2π-phase jumps and the voltage pulses corresponding to the single-flux-quantum transitions, key to high-speed and low-power superconducting electronics. In a constant applied magnetic field, with Rashba and Dresselhaus SOC, anharmonic current-phase relations, calculated microscopically in these JJs, yield a nonreciprocal transport and superconducting diode effect. Together with the time-dependent SOC, this allows us to identify a switching mechanism at no applied current bias, which supports fractional-flux-quantum superconducting circuits and neuromorphic computing.

Ultrashort laser pulses are extensively used for efficient manipulation of interfacial spin injection in two-dimensional van der Waals (vdW) heterostructures. However, physical processes accompanying the photoinduced spin transfer dynamics on the all-semiconductor ferromagnetic vdW heterostructure remain largely unexplored. Here, we present a computational investigation of the femtosecond laser pulse induced purely electron-mediated spin transfer dynamics at a time scale of less than 50 fs in a vdW heterostructure. The latter is composed of two semiconducting monolayers, namely, a ferromagnetic material CrSBr and a nonmagnetic phosphorene, and is denoted as CrSBr-P. We observe an ultrafast spin injection from the Cr atoms to the P atoms in a few femtoseconds by both optically induced and interfacial atom-mediated spin transfer effects. We also show that the demagnetization and spin transfer in the ferromagnetic–nonmagnetic CrSBr-P vdW heterostructure can be sensitively manipulated by laser pulses with different fluences. Our study offers a microscopic understanding of spin dynamics in these vdW heterostructures aiming toward their potential spintronic applications, which rely on optically controlled spin transfer processes.