Abstract The Cu‐glutathione (GSH) redox system, essential in biology, is designed here as a supramacromolecular assembly in which the tetrahedral 18e Cu(I) center loses a thiol ligand upon adsorption onto ZIF‐8, as shown by EXAFS and DFT calculation, to generate a very robust 16e planar trigonal single‐atom Cu(I) catalyst. Synergy between Cu(I) and ZIF‐8, revealed by catalytic experiments and DFT calculation, affords CO 2 conversion into high‐value‐added chemicals with a wide scope of substrates by reaction with terminal alkynes or propargyl amines in excellent yields under mild conditions and reuse at least 10 times without significant decrease in catalytic efficiency.

Metal halide perovskites have outperformed conventional inorganic semiconductors in direct X-ray detection due to their ease of synthesis and intriguing photoelectric properties. However, the operational instability caused by severe ion migration under a high external electric field is still a big concern for the practical application of perovskite detectors. Here, we report a 2D (BPEA)2PbI4 (BPEA = R-1-(4-bromophenyl)ethylammonium) perovskite with Br-substituted aromatic spacer capable of introducing abundant interactions, e.g., the molecular electrostatic forces between Br atoms and aromatic rings and halogen bonds of Br–I, in the interlayer space, which effectively suppresses ion migration and thus enables superior operational stability. Constructing direct X-ray detectors based on high-quality single crystals of (BPEA)2PbI4 results in a high sensitivity of 1,003 μC Gy–1 cm–2, a low detection limit of 366 nGy s–1, and an ultralow baseline drift of 3.48 × 10–8 nA cm–1 s–1 V–1 at 80 V bias. More strikingly, it also exhibits exceptional operational stability under high flux, long-time X-ray irradiation, and large working voltage. This work shows an integration of multiple interlayer interactions to stabilize perovskite X-ray detectors, providing new insights into the future design of perovskite optoelectronic devices toward practical application.

For a pair of hydrated and anhydrous crystals, the hydrate is more stable than the anhydrate when the water activity is above the critical water activity (awc). Conventional methods to determine awc are based on either hydrate-anhydrate competitive slurries at different aw or solubilities measured at different temperatures. However, these methods are typically resource-intensive and time-consuming. Here, we present simple and complementary solution- and solid-based methods and illustrate them using carbamazepine and theophylline. In the solution-based method, awc can be predicted using intrinsic dissolution rate (IDR) ratio or solubility ratio of the hydrate-anhydrate pair measured at a known water activity. In the solid-based method, awc is predicted as a function of temperature from the dehydration temperature and enthalpy obtained by differential scanning calorimetry (DSC) near a water activity of unity. For carbamazepine and theophylline, the methods yielded awc values in good agreement with those from the conventional methods. By incorporating awc as an additional variable, the hydrate-anhydrate relationship is categorized into four classes based on their dehydration temperature ( T d ) and enthalpy ( Δ H d ) in analogy with the monotropy/enantiotropy classification for crystal polymorphs. In Class 1 ( Δ H d < 0 and T d ≥ 373 K), no awc exists. In Class 2 ( Δ H d > 0 and T d ≥ 373 K ) , awc always exists under conventional crystallization conditions. In Class 3 ( Δ H d < 0 and T d < 373 K ) , awc exists when T > T d . In Class 4 ( Δ H d > 0 and T d < 373 K ) , awc exists only when T < T d . The hydrate-anhydrate pairs of carbamazepine and theophylline belong to Class 4.

Abstract Chiral hybrid perovskites (CHPs) with inherent chirality, dimensional tunability, and excellent semiconducting features are proved to be an ideal platform to study spin and helicity‐related physical phenomenon. However, due to their intrinsic thermodynamic unfavorability, there are many CHPs with exotic structures, such as superlattice‐type 2D heterostructures, which are covered by their transient lifespan caused by phase instability during the crystallization process. This limitation hinders the attempt to further explore and understand the chiral structure‐function relationship. Here, CHPs (R/SCPEA) 2 PbI 4 ·(R/SCPEA) 2 FAPb 2 I 7 ( R/S1‐2 , R/S‐CPEA = (R/S)‐1‐(4‐chlorophenyl)ethylammonium FA = formidinum) is obtained with asymmetric multiple‐quantum‐well architectures through kinetically‐controlled self‐assembly. Structural analysis identified the unique natural monolayer‐bilayer recurring heterostructures of 1–2 with sub‐nanometer accuracy and potentially non‐degenerate chiral environment. Such novel structures in 1–2 provide them fascinating multiple absorption‐emission features. Meanwhile, the chirality of 1–2 is confirmed by vibrational circular dichroism and angle‐dependent photocurrent measurement, provoking its potential in chiral optoelectronic devices. The work extends the understanding of CHP growth and will stimulate further exploration and synthesis of extraordinary chiral heterostructures, which may pave the way for the development of chiral optoelectronics and spintronics.

The two-dimensional (2D) Janus van der Waals (vdW) materials possess ferroelectricity due to inborn out-of-plane symmetry breaking such as 2D Janus transition-metal dichalcogenides (TMDs). Furthermore, "slidetronics" also shows us that the lateral sliding of two parallel-stacked 2D vdW layers can realize out-of-plane electric polarization. The Janus MoSSe monolayer was stacked in three modes to generate MoSSe bilayers referring to its parent MoS2, and their sliding ferroelectricity was systematically studied by using the first-principles calculations. Our calculations also reveal that vertical displacement can consume similar energies to realize out-of-plane polarizations for MoSSe bilayers. The current density–voltage curves of two-terminal MoS2/MoSSe-bilayer-based ferroelectric tunnel junctions were estimated by using the nonequilibrium Green's function method to judge their resistance switching capability. The 2D Janus vdW materials behave excellently like their nonferroelectric parents to fabricate low-power-consumption and high-speed data-reading-and-writing ferroelectric tunnel junctions.

Conductive bridge random access memory (CBRAM) devices exhibit great potential as the next-generation nonvolatile memory devices. However, they suffer from two major disadvantages, namely relatively high power consumption and large cycle-to-cycle and device-to-device variations, which hinder their more extensive commercialization. To learn how to enhance their device performance, kinetic Monte Carlo (KMC) simulations were employed to illustrate the variation of electroforming processes in nanomanipulated CBRAM devices by introducing an ion-blocking layer with scalable nanopores and tuning the microstructures of dielectric layers. Both the size of nanopores and the inhomogeneity of dielectric layers have significant impacts on the forming processes of conductive filaments. The dielectric layer with a high-content loose texture plus the scalable nanopore-containing ion-blocking layer leads to the formation of size-controlled and uniform filaments, which remarkably contributes to miniaturizable and stable CBRAM devices. Our study provides insights into nanomanipulation strategies to realize high-performance CBRAM devices, still awaiting future experimental confirmation.

The study on the uniformity of electrical performance of large wafer-scale Hf0.5Zr0.5O2 (HZO) ferroelectric capacitors is still lacking yet now. In this work, TiN/HZO/TiN metal-ferroelectric-metal (MFM) devices on 12-inch silicon wafers have been fabricated by thermal atomic layer deposition. The correlation of thickness uniformity with device-to-device variation of electrical properties and yield of the 12-inch MFM system was investigated. It was found that the uniformity of ferroelectric properties is closely related to the variation of HZO thickness of the MFM system, the concentration of oxygen vacancies in the micro-region of the HZO film, and the ferroelectric phase micro-distribution on 12-inch Si wafer. This work provides some important information for the performance optimization of HfO2-based ferroelectric random access memories.