Abstract Nitrogen‐coordinated metal single atoms in carbon have aroused extensive interest recently and have been growing as an active research frontier in a wide range of key renewable energy reactions and devices. Herein, a step‐by‐step self‐assembly strategy is developed to allocate nickel (Ni) and iron (Fe) single atoms respectively on the inner and outer walls of graphene hollow nanospheres (GHSs), realizing separate‐sided different single‐atom functionalization of hollow graphene. The Ni or Fe single atom is demonstrated to be coordinated with four N atoms via the formation of a Ni‐N 4 or Fe‐N 4 planar configuration. The developed Ni‐N 4 /GHSs/Fe‐N 4 Janus material exhibits excellent bifunctional electrocatalytic performance, in which the outer Fe‐N 4 clusters dominantly contribute to high activity toward the oxygen reduction reaction (ORR), while the inner Ni‐N 4 clusters are responsible for excellent activity toward the oxygen evolution reaction (OER). Density functional theory calculations demonstrate the structures and reactivities of Fe‐N 4 and Ni‐N 4 for the ORR and OER. The Ni‐N 4 /GHSs/Fe‐N 4 endows a rechargeable Zn–air battery with excellent energy efficiency and cycling stability as an air‐cathode, outperforming that of the benchmark Pt/C+RuO 2 air‐cathode. The current work paves a new avenue for precise control of single‐atom sites on carbon surface for the high‐performance and selective electrocatalysts.

Membrane reactors are known for their efficiency and superior operability compared to traditional batch processes, but their limited diversity poses challenges in meeting various reaction requirements. Herein, we leverage the molecular tunability of covalent organic frameworks (COFs) to broaden their applicability in membrane reactors. Our COF membrane demonstrates an exceptional ability to achieve complete conversion in just 0.63 s at room temperature-a benchmark in efficiency for Knoevenagel condensation. This performance significantly surpasses that of the corresponding homogeneous catalyst and COF powder by factors of 176 and 375 in turnover frequency, respectively. The enhanced concentration of reactants and the rapid removal of generated water within the membrane greatly accelerate the reaction, reducing the apparent activation energy. Consequently, this membrane reactor enables reactions that are unattainable using both COF powders and homogeneous catalysts. Considering the versatility, our findings highlight the substantial promise of COF-based membrane reactors in organic transformations.

Traditional desalination methods face criticism due to high energy requirements and inadequate trace ion removal, whereas natural light-driven ion pumps offer superior efficiency. Current synthetic systems are constrained by short exciton lifetimes, which limit their ability to generate sufficient electric fields for effective ion pumping. We introduce an innovative approach utilizing covalent-organic framework membranes that enhance light absorption and reduce charge recombination through vertical gradient protonation of imine linkages during acid-catalyzed liquid-liquid interfacial polymerization. This technique creates intralayer and interlayer heterojunctions, facilitating interlayer hybridization and establishing a robust built-in electric field under illumination. These improvements enable the membranes to achieve remarkable ion transport across extreme concentration gradients (2000:1), with a transport rate of approximately 3.2 × 10

We report the first example of photocatalytic acceptorless dehydrogenation using cationic Eosin Y as a bifunctional photocatalyst, without metal catalysts or HAT reagents.

Abstract Biological ion channels are renowned for their exceptional ion transport selectivity and adaptability to environmental changes, posing a significant challenge for synthetic mimicry. Herein, an innovative covalent–organic‐framework membrane featuring aligned benzothiadiazole units within its oriented 1D nanochannels is reported. These densely arrayed dipolar benzothiadiazole units enhance selective ion adsorption and facilitate membrane charge regulation. Consequently, the membrane can dynamically adjust its permselectivity toward ions, transitioning seamlessly between cation‐selective, ambipolar, and anion‐selective states. This versatility affects both the type of ions transported and the transport efficiency, supporting reversible and controlled membrane operation, as illustrated by the capacity to regulate the magnitude and direction of osmotic power. When interacting with multivalent anions, highly negatively charged channels of the membrane exhibit outstanding cation permselectivity and conductivity. Specifically, upon exposure to PO 4 3− ions, the membrane achieves a remarkable osmotic power of 155 W m −2 and an energy conversion efficiency of 46.1% under salinity gradients of 0.5 and 0.01 m NaCl. Notably, introducing multivalent cations can reverse the polarity of the membrane. This work underscores the potential of exploiting ion‐dipolar interactions for the development of adaptive, ion‐selective membranes with promising applications in electrochemical sensing, energy conversion, and more.

The selective oxidation of methylbenzene to value-added products is of indisputable importance in organic synthesis. Although photocatalytic oxidation reactions of toluene have achieved great success for the preparation of its oxidative products, such as carboxylic acids, benzaldehyde, and benzoate, there remains a lack of a unified photocatalytic system for the selective preparation of these oxidation products. Herein, we report a metal- and additive-free photocatalytic protocol enabled by aryl halides using O2 as a green oxidant for the selective synthesis of the above-mentioned three oxidation products by adjusting the reaction solvent. This strategy features many advantages, including environmentally friendly and mild reaction conditions, broad substrate applicability and functional group tolerance, and potential practical application for the synthesis of aromatic carboxylic drugs and polymer materials and degradation of polystyrene waste. The continuous-flow system was utilized for the oxidation of toluene, which resulted in a reduced reaction time and increased production efficiency. Detailed mechanistic investigation revealed that the hydrogen atom transfer process was facilitated by the bromine radical from aryl halides for further oxidation, and an electron donor–acceptor complex of methylbenzene and aryl halides may exist.