1. Nature Nanotechnology: 原子級薄云母作為質子傳導膜
單層石墨烯和六方氮化硼（hBN）對熱質子具有高度可滲透性。對于較厚的二維（2D）材料，質子傳導率呈指數減小，因此，例如，僅三個原子厚度的單層MoS2對質子完全不可滲透。這似乎表明只有一個原子厚的晶體可以用作質子傳導膜。英國曼徹斯特大學A. K. Geim，M. Lozada-Hidalgo和G.-P. Hao等人研究表明，如果天然陽離子與質子進行離子交換，那么在原子尺度上相當厚的少層云母就會變成優質的質子導體。其面電導率超過石墨烯和hBN的電導率一到兩個數量級。
重要的是，離子交換的2D云母在質子傳導材料的間隙內表現出這種高導電性，從~100 °C延伸到500 °C。質子交換單層云母的面電導率在500 °C時可達到100 S cm-2以上，遠高于目前工業要求。研究人員將快速質子滲透歸因于約5埃寬的管狀通道，其穿透云母的晶體結構，在離子交換后，其內部僅含有羥基。該工作表明，可能存在具有類似納米級通道的其他2D晶體，這有助于縮小質子傳導應用中的材料間隙。
Atomicallythin micas as proton-conducting membranes，Nature Nanotechnology (2019)
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0536-5
2. 廈門大學Science Advances：溫和條件下碳納米錐的精準合成
碳納米錐是一種特殊的全碳同素異形體，預計具有與富勒烯，碳納米管和石墨烯不同的獨特性質。早在50年前人們在熱解碳時發現了這類結構，但始終未能找到合適方法精準地合成它們。近日，廈門大學謝素原，張前炎等首次通過有機合成途徑，在溫和的條件下合成得到了首例結構明確的碳錐單元（碳錐子）C70H20及其可溶衍生物。其合成路徑相對簡單，以商業可得的碗烯分子（Corannulene）作為起始原料，經過3步經典的有機反應便可實現該碳錐子的精準合成。值得一提的是，在即將碗狀分子前體轉化成錐狀分子的反應過程中，需要克服相當大的張力，原本類似的關環反應都需劇烈的反應條件，然而，在他們報道的反應中每兩步關環都能得到一次芳構化的能量降低，使得他們的關環反應可以在零度或室溫條件下完成。理論計算表明，最后的關環反應是通過芳構化來克服43.5 kcal/mol的張力的。
3. Nature Materials: 中間電子態在有機分子的自旋翻轉過程的關鍵作用
純有機分子系統中的自旋翻轉通常是不允許發生的過程。然而，通常觀察并利用它來在各種基于有機材料的應用中收獲三重態激子。雖然最低單線態和最低三線態激發態之間的自旋翻轉的初始和最終電子狀態是必然的，但是發生自旋翻轉的中間狀態的確切過程和作用仍然遠未被全面確定。
日本九州大學Hajime Nakanotani，Chihaya Adachi和佐治亞理工學院Jean-Luc Brédas團隊通過解決方案中的實驗光物理研究結合第一原理量子力學計算，研究表明多個供體-受體電荷轉移型有機分子系統中的有效自旋翻轉涉及中間三重激發態的關鍵作用。這對應于系統的部分分子結構。提出的機制統一了對各種電荷轉移型分子系統中系統間交叉機制的理解，為更好地控制自旋翻轉速率開辟了道路。
Criticalrole of intermediate electronic states for spin-flip processes incharge-transfer-type organic molecules with multiple donors and acceptors，Nature Materials (2019)
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0465-6
4. Nature Chemistry: 聚乙炔單鏈的表面合成與表征
聚乙炔（PA）由sp2雜化的碳原子形成的一維碳鏈組成，其中碳原子既有順式構型又有反式構型。由于其簡單的化學結構和特殊的電子性質，PA是了解導電聚合物電荷傳輸性質的理想體系。在本文中，瑞士伯爾尼大學的Roman Fasel和同濟大學的Wei Xu等報道了順式和反式PA鏈的表面合成及其原子尺度的表征。
他們利用非接觸型原子力顯微鏡對單鏈PA的結構進行了表征，并通過解析單鍵單元證實了PA的形成。角分辨光發射光譜表明當通過摻雜誘導抑制銅（110）晶面上反式PA的佩爾斯鍵交替時，PA單鏈發生了從半導體態向金屬態的轉變。隨著氧化銅的嵌入，電子去耦的反式PA鏈的帶隙變為2.4 eV。該項研究為研究實空間和倒易空間中的單PA鏈提供了借鑒，并可以進一步擴展到研究導電聚合物中非線性激子的固有特性中去。
ShiyongWang, Roman Fasel, Wei Xu et al, On-surface synthesis and characterization ofindividual polyacetylene chains, Nature Chemistry, 2019
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0316-8
5. Nature Photon.: 延遲選擇實驗中的量子波粒子疊加
波粒二象性體現了量子物理學的違反直覺的特征。一個引人注目的例子是量子延遲選擇實驗，該實驗基于Wheeler的經典延遲選擇gedanken實驗，但增加了一個量子控制裝置，可實現波到粒子的轉換。近日，南京大學Xiao-song Ma研究團隊實現了量子延遲選擇實驗。
在這個實驗中，研究人員控制光子的波和粒子狀態，特別是它們之間的相位，從而直接建立波粒子的創建量子特性。產生三光子糾纏態并將一個光子注入嵌入186米長的雙光子Hong-Ou-Mandel干涉儀中的Mach-Zehnder干涉儀。第三個光子從干涉儀發送141米遠程，并根據愛因斯坦局部條件下的獨立主動選擇遠程制備雙光子量子門。研究人員在經典和量子場景中實現波與粒子狀態之間的轉換，因此測試了從根本上超越早期實現的互補原理。
Wang,K. Ma, X.-S. et al. Quantum wave–particle superposition in a delayed-choice experiment. NaturePhoton. 2019.
DOI:10.1038/s41566-019-0509-0
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0509-0.pdf
6. Nature Photon.: 基于石墨烯的金屬誘導的能量轉移用于亞納米光學定位
單分子熒光成像已成為幾乎所有研究領域不可或缺的工具，從基礎物理學到生命科學。其最重要的應用是單分子定位超分辨率顯微鏡（SMLM）（例如，光活化定位顯微鏡（PALM），隨機光學重建顯微鏡（STORM），熒光PALM（fPALM）和納米級地形成像點積累（PAINT））。實際上，單個分子圖像的中心位置可以比圖像本身的大小更精確地確定。
然而，SMLM的一大挑戰是在第三維度上實現超分辨率。最近，引入金屬誘導能量轉移（MIET）以軸向定位熒光發射器。這利用了從激發的熒光團到薄金屬膜中的等離子體的能量轉移。哥廷根大學Narain Karedla 和J?rg Enderlein等人研究表明，通過使用石墨烯作為“金屬”層，可以將MIET的定位精度提高近十倍。研究人員通過軸向定位單個發射器并通過測量具有?ngstr?m精度的脂質雙層的厚度來證明這一觀點。
Graphene-basedmetal-induced energy transfer for sub-nanometre optical localization, Nature Photonics (2019)
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0510-7
7. Nature Electronics: 石墨烯帶作為超小納米機電加速度計中的傳感器
納米機電系統（NEMS）傳感器和執行器可用于開發下一代移動，可穿戴和可植入設備。然而，這些NEMS器件需要超小，靈敏且可以低成本制造的換能器。瑞典皇家理工學院Xuge Fan，Max C. Lemme和Frank Niklaus等人研究表明，帶有附著硅質量塊的懸浮雙層石墨烯帶可以用作組合彈簧質量和壓阻式傳感器。
使用與大規模半導體制造技術兼容的工藝創建的換能器可以產生NEMS加速度計，其比傳統的最先進的硅加速度計占用至少兩個數量級的芯片面積。通過該器件，研究人員還提取了雙層石墨烯的楊氏模量值，并表明石墨烯帶具有顯著的內置應力。
Grapheneribbons with suspended masses as transducers in ultra-smallnanoelectromechanical accelerometers，Nature Electronics (2019)
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0287-1
8. Nat. Commun.：空間限域制備超薄有機單晶陣列
制備超薄有機半導體納米結構在集成電子和光電子應用領域受到了廣泛關注。然而，制備具有精確排列、可調形貌和高結晶度的超薄有機納米結構以實現器件集成仍然具有一定挑戰性。有鑒于此，中國科學院理化技術研究所的Yuchen Wu和北京航空航天大學Xiangyu Jiang等將晶化過程限制在亞納米空間內，成功實現了不同尺寸和形狀的超薄有機單晶陣列的組裝制備。
通過控制施加在模板上的壓力來實現有機單晶納米結構有序的生長，晶體的可控厚度范圍可從低于10 nm到1 μm。后續研究證實該方法具有通用性，對有機小分子、聚合物、金屬鹵化物鈣鈦礦和納米粒子等均可以有效實現可控的生長。該項技術充分利用了有限空間來控制結晶動力學，有望促進有機半導體的電子集成。
HanfeiGao, Yuchen Qiu, Jiangang Feng, Shuang Li, Huijie Wang, Yuyan Zhao, Xiao Wei,Xiangyu Jiang, Yewang Su, Yuchen Wu & Lei Jiang. Nano-confined crystallizationof organic ultrathin nanostructure arrays with programmable geometries. Nat. Commun.,2019
DOI：10.1038/s41467-019-11883-6
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11883-6
9. Nat. Commun.：膠體纖維/環協同組裝的機理研究
Janus膠體是探索具有化學異構表面(如蛋白質)的粒子結構形成過程的理想模型系統。目前雖然有大量關于此工作的理論研究，但很少有實驗能夠實現，主要是由于缺乏有效的方法來可控制備具有良好可變Janus平衡的膠體。有鑒于此，紐約大學David J. Pine，Gi-Ra Yi和密歇根大學Sharon C. Glotzer等發展了一個簡單的可大規模制備的方法，可在廣泛的范圍內精確地改變Janus平衡并選擇性地進行DNA片段功能化。
作者結合實驗和理論，揭示了不同超級結構的動態形成過程：膠體膠束、鏈或雙層結構，并證實了這一過程取決于Janus平衡。后續研究發現二聚體和三聚體的形成機理不同，柔性二聚體鏈是通過協同聚合形成的；而三聚體鏈則是通過兩步反應形成的，首先是通過協同聚合形成無序的團聚體，然后縮聚形成有序的剛性三聚體鏈。
JoonSuk Oh, Sangmin Lee, Sharon C. Glotzer, Gi-Ra Yi & David J. Pine. Colloidalfibers and rings by cooperative assembly. Nat. Commun.,2019
DOI：10.1038/s41467-019-11915-1
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11915-1
10. Nat. Commun.：錳基層狀結構中層狀結構和尖晶石結構之間的可逆相變
層狀結構向尖晶石結構的不可逆相變對于大多數層狀結構陰極材料而言都是有害的。有鑒于此，韓國東國大學Yong-Mook Kang和成均館大學的Won-Sub Yoon等報道了以NaxMnO2·yH2O為基本結構單元，不可逆的相變可以變成可逆相變。
研究發現，這種層狀結構含有結晶水，有助于形成亞穩態尖晶石相和可逆的轉化為層狀結構。作者結合實驗和理論計算闡明了可逆相變的機理，在電化學反應過程中，層狀相和尖晶石狀相之間的結晶水含量調節了相變的可逆性，從而激活了新的陽離子位點，增強了離子擴散動力學，提高了其結構穩定性。
MiRu Jo, Yunok Kim, Junghoon Yang, Mihee Jeong, Kyeongse Song, Yong-Il Kim,Jin-Myoung Lim, Maenghyo Cho, Jae-Hyun Shim, Young-Min Kim, Won-Sub Yoon &Yong-Mook Kang. Triggered reversible phase transformation between layered andspinel structure in manganese-based layered compounds. Nat. Commun.,2019
DOI：10.1038/s41467-019-11195-9
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11195-9
11. Nat. Commun.：導電碳納米纖維穿透石墨烯結構用于超穩定鈉離子電池
長期的穩定性和大電流性能一直是鈉離子電池面臨的主要挑戰。具有機械堅固性、化學穩定性、良好導電性網絡的層狀電活性材料可以有效地解決這些問題。有鑒于此，格里菲斯大學Shanqing Zhang，江南大學Tianxi Liu和江蘇師范大學成Chao Lai等將碳納米纖維垂直穿透石墨烯薄片，構建出了碳納米纖維相互穿透的石墨烯材料。
然后原位生長二硫化鉬納米薄片，生成了二硫化鉬@碳納米纖維相互穿透的石墨烯結構。基于上述結構制備的鈉離子電池具有優異的電化學性能和超高的穩定性，比容量達到598 mAh g?1，長期循環穩定性可達1000次，即使在10 A g?1高電流密度下，也具有優異的大電流性能。
MingkaiLiu, Peng Zhang, Zehua Qu, Yan Yan, Chao Lai, Tianxi Liu & Shanqing Zhang. Conductivecarbon nanofiber interpenetrated graphene architecture for ultra-stable sodiumion battery. Nat. Commun.,2019
DOI：10.1038/s41467-019-11925-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11925-z
12. PNAS: 無損內外成像技術助力可充鋰離子電池的快速診斷
與現代高能量密度可充電電池有關的安全風險問題使得對先進電池篩選技術的需求日益迫切。由于電化學材料的固有磁性，一個普通的可充電電池在均勻磁場下會產生一個特征場擾動。這種微擾模式取決于器件的設計、充電狀態、累積的機械缺陷和制造缺陷等諸多因素。
在本文中，紐約大學的Konstantin Romanenkoa和Alexej Jerschowa等發現磁共振成像對感應磁場的定量分析可以為無創電池的診斷提供依據。磁共振成像畸變和快速信號衰減是大多數商業電池中所存在的強磁性成分所面臨的主要挑戰。他們發現這種現象可以通過使用T1增強的單點傾斜成像（SPRITE）來避免。由強背景梯度和渦流引起的圖像偽影對該方法成像不會造成影響。這種具有良好的圖像質量的SPRITE模式對商業鋰離子電池中的缺陷和電荷分布狀態非常敏感。
Konstantin Romanenkoa and Alexej Jerschowa et al, Distortion-free inside-out imaging forrapid diagnostics of rechargeable Li-ion cells,PNAS, 2019
DOI: 10.1073/pnas.1906976116
https://www.pnas.org/content/early/2019/08/29/1906976116.short?rss=1
13. AOM: 最新鈣鈦礦LED衰退機理研究
有機 - 無機金屬鹵化物鈣鈦礦已經引起了對低成本，高效率，純色發光應用的極大關注。然而，正如迄今為止的許多報告中所見，鈣鈦礦發光二極管（PeLED）的使用壽命較差，限制了它們的實際應用。潛在的退化機制是一個至關重要的話題。近日，霍爾斯特中心Gerwin Gelinck研究了甲基溴化鉛基PeLED的降解機理。
當PeLED被電偏置時，亮度初始升高，隨后亮度和電流密度迅速降低。顯微鏡研究揭示了微米大小的斑點的形成，這些斑點是光致發光但不是電致發光的。這種降解是由于氣態化合物的形成導致陰極的局部分層，從而減少了電致發光。當降解的陰極被新陰極取代時，初始亮度大大恢復。通過進一步分析陰極的界面，揭示了由于鈣鈦礦層的退化導致的溴化鉛和氣態甲胺的形成。這些見解將有助于進一步改善PeLED的使用壽命。例如，顯示用銫取代甲基銨陽離子導致更長的壽命。
Prakasam, V. Gelinck, G. etal. Degradation Mechanisms in Organic Lead Halide Perovskite Light-Emitting Diodes. AOM 2019.
DOI:B10.1002/adom.201900902
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adom.201900902
14. ACS Nano：近紅外激發正交發射上轉換納米粒子用于成像指導的按需治療
光動力療法(PDT)是一種重要的臨床腫瘤治療策略。但是，如何建立一個智能的診療平臺來對PDT治療過程中活性氧的生成進行時空控制仍然具有很大的挑戰性。上海大學朱曉輝博士、劉金亮博士和張勇教授合作制備一種了可被808和980 nm兩種不同的近紅外光(NIR)激發的，具有正交發射特性的上轉換納米粒子(UCNPs)，其在980nm激發下會發射紅色光，在808nm激發下則發射綠色光。
與傳統的UCNPs不同，這一研究制備的具有核殼結構的UCNPs沒有復雜的多層摻雜，它的紅色和綠色上轉換發光都來自于核結構中的Er3+離子。研究也進一步證明這些UCNPs可用于用于成像指導的PDT治療，它發射的紅色光可以用于觸發PDT，而發射的綠色光可用于診斷和監測治療。這一工作表明，具有正交發射性能的UCNPs有望對近紅外光成像指導的治療實現精確時空控制。
MingTang, Xiaohui Zhu, Jinliang Liu, Yong Zhang. et al. Near-Infrared Excited Orthogonal Emissive Upconversion Nanoparticles for ImagingGuided On-Demand Therapy. ACS Nano. 2019
DOI:10.1021/acsnano.9b04200
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b04200
