Abstract Rechargeable aqueous zinc‐ion batteries (AZIBs) have attracted extensive attention and are considered to be promising energy storage devices, owing to their low cost, eco‐friendliness, and high security. However, insufficient energy density has become the bottleneck for practical applications, which is greatly influenced by their cathodes and makes the exploration of high‐performance cathodes still a great challenge. This review underscores the recent advances in the rational design of advanced cathodes for AZIBs. The review starts with a brief summary and evaluation of cathode material systems, as well as the introduction of proposed storage mechanisms. Then, fundamental problems associated with ion and electron transport behaviors inside the electrode will be pointed out and followed by potential solutions, aiming to reveal the correlation between cathode architecture design and efficient transport kinetics through structural engineering. Afterward, the structural engineering for designing advanced cathodes, including interlayer intercalation, doping effects, defect engineering, surface coatings, composite formation, and morphology control, are summarized and discussed from the view of experimental and theoretical results. Finally, the critical research challenges and future perspectives on advanced cathode materials as well as the potential developing directions of AZIBs are also given.

The sluggish sodium reaction kinetics, unstable Sn/Na2 O interface, and large volume expansion are major obstacles that impede practical applications of SnO2 -based electrodes for sodium-ion batteries (SIBs). Herein, we report the crafting of homogeneously confined oxygen-vacancy-containing SnO2-x nanoparticles with well-defined void space in porous carbon nanofibers (denoted SnO2-x /C composites) that address the issues noted above for advanced SIBs. Notably, SnO2-x /C composites can be readily exploited as the working electrode, without need for binders and conductive additives. In contrast to past work, SnO2-x /C composites-based SIBs show remarkable electrochemical performance, offering high reversible capacity, ultralong cyclic stability, and excellent rate capability. A discharge capacity of 565 mAh g-1 at 1 A g-1 is retained after 2000 cycles.

Two-dimensional (2D) monoelemental bismuth (Bi) crystal, one of the pnictogens (group VA), has recently attracted increasing interest because of its intriguing characteristics. Here, uniformly sized 2D Bi quantum dots (BiQDs) with an average diameter (thickness) of 4.9 ± 1.0 nm (2.6 ± 0.7 nm) were fabricated through a facile liquid-phase exfoliation (LPE) method, and the corresponding photoresponse was evaluated using photoelectrochemical (PEC) measurements. The as-fabricated BiQDs-based photodetector not only exhibits an appropriate capacity for self-driven broadband photoresponse but also shows high-performance photoresponse under low bias potentials ranging from UV to visible light in association with long-term stability of the ON/OFF switching behavior. In terms of these findings, it is further anticipated that the resultant BiQDs possess promising potential in UV–visible photodetection as well as in liquid optoelectronics. Our work may open a new avenue for delivering high-quality monoelemental pnictogen QDs from their bulk counterparts, thereby expanding interest in 2D monoelemental materials.

Abstract Graphdiyne is a new carbon allotrope comprising sp‐ and sp 2 ‐hybridized carbon atoms arranged in a 2D layered structure. In this contribution, 2D graphdiyne is demonstrated to exhibit a strong light–matter interaction with high stability to achieve a broadband Kerr nonlinear optical response, which is useful for nonreciprocal light propagation in passive photonic diodes. Furthermore, advantage of the unique Kerr nonlinearity of 2D graphdiyne is taken and a nonreciprocal light propagation device is proposed based on the novel similarity comparison method. Graphdiyne has demonstrated a large nonlinear refractive index in the order of ≈10 −5 cm 2 W −1 , comparing favorably to that of graphene. Based on the strong Kerr nonlinearity of 2D graphdiyne, a nonlinear photonic diode that breaks time‐reversal symmetry is demonstrated to realize the unidirectional excitation of Kerr nonlinearity, which can be regarded as a significant demonstration of a graphdiyne‐based prototypical application in nonlinear photonics and might suggest an important step toward versatile graphdiyne‐based advanced passive photonics devices in the future.

Abstract Tellurium (Te), as one of the rarest stable solid elements far more common in the universe than on earth, is a p‐type semiconductor with excellent optical properties. Herein, a novel two‐dimensional (2D) Te nanosheets (Ns)‐based air‐stable nonlinear photonic devices: all‐optical switcher and photonic diode, owing to its strong light–matter interaction in the visible‐to‐infrared band are reported. The findings validate that the proposed photonic diode can be utilized for the function of nonreciprocal light propagation in optical telecommunications or integrated photonics. Moreover, 2D Te‐based light‐modulate‐light system is successfully designed to realize “ON” and “OFF” modes for all‐optical switching operation. This work highlights a good promise of 2D Te in the field of nonlinear photonics, leading to an important step toward 2D Te‐based advanced photonics devices. The versatile solution process allows a universal access of 2D Te as a new 2D material in a wider range of photonics device applications such as, detector, modulator, switcher, etc.

Abstract The room temperature (RT) sodium–sulfur batteries (Na–S) hold great promise for practical applications including energy storage and conversion due to high energy density, long lifespan, and low cost, as well based on the abundant reserves of both sodium metal and sulfur. Herein, freestanding (C/S/BaTiO 3 )@TiO 2 (CSB@TiO 2 ) electrode with only ≈3 wt% of BaTiO 3 additive and ≈4 nm thickness of amorphous TiO 2 atomic layer deposition protective layer is rational designed, and first used for RT Na–S batteries. Results show that such cathode material exhibits high rate capability and excellent durability compared with pure C/S and C/S/BaTiO 3 electrodes. Notably, this CSB@TiO 2 electrode performs a discharge capacity of 524.8 and 382 mA h g −1 after 1400 cycles at 1 A g −1 and 3000 cycles at 2 A g −1 , respectively. Such superior electrochemical performance is mainly attributed from the “BaTiO 3 ‐C‐TiO 2 ” synergetic structure within the matrix, which enables effectively inhibiting the shuttle effect, restraining the volumetric variation and stabilizing the ionic transport interface.

Bismuth(iii) sulfide nanosheets-based photodetectors possess excellent photoresponse activity and stability in KOH solutions.

Abstract The design of electrode compatible with wide‐temperature, fast‐charging, and long‐lifespan aqueous zinc‐ion batteries is a great challenge that urgently needs addressing. However, the mismatch between runaway host dissolution and high interfacial hydrophilicity within electrode is a contradictory problem that restricts their electrochemical performance. In this report, take the typical vanadium diselendie (VSe 2 ) host for example, by employing the natural polymer bacterial cellulose (BC) as the multifunctional mediator, a design paradigm of self‐assembly hybrid electrode with efficient tandem electrochemistry is presented. Theoretical and experimental research confirmed that such BC‐mediated hybrid structure exhibits multiple functions to well balance the cathode dissolution and storage kinetics. Impressively, such an electrode displayed an excellent rate capability (1–50 A g −1 ), and an unexpected record‐lifespan of 45 000 cycles. Beyond that, it also shows a good temperature‐tolerance ability, remaining the high specific capacities of 120 and 288 mAh g −1 (at 10 A g −1 ) after 3000 cycles at −25 and 50 °C, respectively. Note that such approach is also applicable to the high‐voltage platform MnO 2 and I 2 hosts, demonstrating its potential for universality. This discovery can provide a new design principle of robust electrode for advanced aqueous zinc‐ion batteries.