Abstract Fluorescence imaging of biological systems in the second near-infrared (NIR-II, 1000–1700 nm) window has shown promise of high spatial resolution, low background, and deep tissue penetration owing to low autofluorescence and suppressed scattering of long wavelength photons. Here we develop a bright organic nanofluorophore (named p-FE) for high-performance biological imaging in the NIR-II window. The bright NIR-II >1100 nm fluorescence emission from p-FE affords non-invasive in vivo tracking of blood flow in mouse brain vessels. Excitingly, p-FE enables one-photon based, three-dimensional (3D) confocal imaging of vasculatures in fixed mouse brain tissue with a layer-by-layer imaging depth up to ~1.3 mm and sub-10 µm high spatial resolution. We also perform in vivo two-color fluorescence imaging in the NIR-II window by utilizing p-FE as a vasculature imaging agent emitting between 1100 and 1300 nm and single-walled carbon nanotubes (CNTs) emitting above 1500 nm to highlight tumors in mice.

Summary

 Recycling of spent lithium-ion batteries (LIBs) is an urgent need to address their environmental and global sustainability issues. Here, we report an efficient and environmentally benign LIB regeneration method based on defect-targeted healing, which represents a paradigm-shift LIB recycling strategy. Specifically, by combining low-temperature aqueous solution relithiation and rapid post-annealing, we demonstrate successful direct regeneration of spent LiFePO₄ (LFP) cathodes, one of the most important materials for EVs and grid storage applications. We show revitalization of composition, structure, and electrochemical performance of LFP with various degradation conditions to the same levels as the pristine LFP. Life-cycle analysis of different LIB recycling processes shows that this defect-targeted direct reycling approach can significantly reduce energy usage and greenhouse gas (GHG) emissions, leading to more economic and environmental benefits compared with today's hydrometallurgical and pyrometallurgical methods.

Abstract Electrochemical synthesis of H 2 O 2 through a selective two-electron (2e − ) oxygen reduction reaction (ORR) is an attractive alternative to the industrial anthraquinone oxidation method, as it allows decentralized H 2 O 2 production. Herein, we report that the synergistic interaction between partially oxidized palladium (Pd δ+ ) and oxygen-functionalized carbon can promote 2e − ORR in acidic electrolytes. An electrocatalyst synthesized by solution deposition of amorphous Pd δ+ clusters (Pd 3 δ+ and Pd 4 δ+ ) onto mildly oxidized carbon nanotubes (Pd δ+ -OCNT) shows nearly 100% selectivity toward H 2 O 2 and a positive shift of ORR onset potential by ~320 mV compared with the OCNT substrate. A high mass activity (1.946 A mg −1 at 0.45 V) of Pd δ+ -OCNT is achieved. Extended X-ray absorption fine structure characterization and density functional theory calculations suggest that the interaction between Pd clusters and the nearby oxygen-containing functional groups is key for the high selectivity and activity for 2e − ORR.

While nanostructural engineering holds promise for improving the stability of high-capacity silicon (Si) anodes in lithium-ion batteries (LIBs), challenges like complex synthesis and the high cost of nano-Si impede its commercial application. In this study, we present a local reduction technique to synthesize micron-scale monolithic layered Si (10–20 μm) with a high tap density of 0.9–1.0 g cm–3 from cost-effective montmorillonite, a natural layered silicate mineral. The created mesoporous structure within each layer, combined with the void spaces between interlayers, effectively mitigates both lateral and vertical expansion throughout repeated lithiation/delithiation cycles. Furthermore, the remaining SiO2 network fortifies the layered structure, preventing it from collapsing during cycling. Half-cell tests reveal a capacity retention of 92% with a reversible capacity of 1130 mAh g–1 over 500 cycles. Moreover, the pouch cell integrated with this Si anode (with a mass loading of 3.0 mg cm–2) and a commercial NCM811 cathode delivers a high energy density of 655 Wh kg–1 (based on the total mass of the cathode and anode) and maintains 82% capacity after 200 cycles. This work demonstrates a cost-efficient and scalable strategy to manufacture high-performance micron Si anodes for the ever-growing demand for high-energy LIBs.

Abstract LiNi x Co y Mn 1- x - y O 2 (0 < x , y < 1, NCM) is the dominant positive material for the state-of-the-art lithium-ion batteries. However, the sensitivity of NCM materials to moisture makes their manufacturing, storage, transportation, electrode processing and recycling complicated. Although it is recognized that protons play a critical role in their structure stability and performance, proton exchange with Li + in NCM materials has not been well understood. Here, we employ advanced characterizations and computational studies to elucidate how protons intercalate into the layered structure of NCM, leading to the leaching of Li + and the formation of protonated NCM. It is found that protonation facilitates cation rearrangement and formation of impurity phases in NCM, significantly deteriorating structural stability. The adverse effects induced by protons become increasingly pronounced with a higher Ni content in NCM. Through a comprehensive investigation into the thermodynamics and kinetics of protonation, we discover that Li deficiencies in NCM materials can be resolved via solution process in the presence of Li + ions and controlled proton concentration. The underlying mechanism of relithiation is further explored through materials characterizations and kinetics modeling. This work provides crucial insights into controlling structural and compositional defects of Li-ion battery positive material in complicated processing environment.

The concept of employing highly concentrated electrolytes has been widely incorporated into electrolyte design, due to their enhanced Li‐metal passivation and oxidative stability compared to their diluted counterparts. However, issues such as high viscosity and sub‐optimal wettability, compromise their suitability for commercialization. In this study, we present a highly concentrated dimethyl ether‐based electrolyte that appears as a liquid phase at ambient conditions via Li+ ‐ solvents ion‐dipole interactions (Coulombic condensation). Unlike conventional high salt concentration ether‐based electrolytes, it demonstrates enhanced transport properties and fluidity. The anion‐rich solvation structure also contributes to the formation of a LiF‐rich salt‐derived solid electrolyte interphase, facilitating stable Li metal cycling for over 1000 cycles at 0.5 mA cm‐2, 1 mAh cm‐2 condition. When combined with a sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) electrode, the electrolyte effectively reduces the polysulfide shuttling effect and ensures stable performance across a range of charging currents, up to 6 mA cm‐2. This research underscores a promising strategy for developing an anion‐rich, high concentration ether electrolyte with decreased viscosity, which supports a Li metal anode with exceptional temperature durability and rapid charging capabilities.

The concept of employing highly concentrated electrolytes has been widely incorporated into electrolyte design, due to their enhanced Li‐metal passivation and oxidative stability compared to their diluted counterparts. However, issues such as high viscosity and sub‐optimal wettability, compromise their suitability for commercialization. In this study, we present a highly concentrated dimethyl ether‐based electrolyte that appears as a liquid phase at ambient conditions via Li+ ‐ solvents ion‐dipole interactions (Coulombic condensation). Unlike conventional high salt concentration ether‐based electrolytes, it demonstrates enhanced transport properties and fluidity. The anion‐rich solvation structure also contributes to the formation of a LiF‐rich salt‐derived solid electrolyte interphase, facilitating stable Li metal cycling for over 1000 cycles at 0.5 mA cm‐2, 1 mAh cm‐2 condition. When combined with a sulfurized polyacrylonitrile (SPAN) electrode, the electrolyte effectively reduces the polysulfide shuttling effect and ensures stable performance across a range of charging currents, up to 6 mA cm‐2. This research underscores a promising strategy for developing an anion‐rich, high concentration ether electrolyte with decreased viscosity, which supports a Li metal anode with exceptional temperature durability and rapid charging capabilities.