1. Nat. Rev. Mater.：單膠束定向介孔材料的合成
通常使用表面活性劑模板化方法制備具有0至3D范圍的多層結構的功能性介孔材料。在這些方法中，表面活性劑首先形成單個膠束或聚集的膠束，然后與前體或低聚物組裝以在界面上形成有序的介孔結構。復旦大學趙東元、李曉民等人概述了單膠束結構的制備和介孔材料的單膠束定向合成，包括低維和3D介孔結構，以及由單膠束裝配指導的分層和不對稱介孔結構。
通過單膠束組裝已經制備了多種結構，例如，單膠束多孔液體，單層中孔納米片，單晶中孔納米顆粒和Janus中孔納米復合材料。使用諸如冷凍電子顯微鏡的顯微技術，現在可以直接觀察單個膠束。并且對單個膠束的形成過程，膠束的組裝以及有序的介孔材料的理解更加深入。還討論了由單膠束組裝產生的多層，功能性介孔材料的局限性和未來的研究方向。
Single-micelle-directedsynthesis of mesoporous materials, Nature Reviews Materials (2019)
https://www.nature.com/articles/s41578-019-0144-x
2. Nat. Mater.: 通過能量流的三維納米級跟蹤成像材料的功能
能量載體在原子和分子之間移動的能力是生化和物質功能的基礎。但是，要了解和控制能量流，就需要以超小和超快的時空尺度進行觀察，而能量和結構障礙阻礙了能量載體的命運。近日，加州大學伯克利分校Naomi S. Ginsberg 研究團隊開發了一種非侵入式光學方案，該方案利用非共振干涉測量散射來跟蹤由能量載體產生的材料極化率的微小變化。
研究人員在時空的四個維度上以幾納米的橫向精度繪制了不斷演變的能量載體分布，并將它們與材料形態直接相關。研究人員實現可視化多并苯，硅和鈣鈦礦半導體中的激子，電荷和熱傳輸，并闡明無序如何在三個維度上影響能量流。例如，研究人員表明多晶金屬鹵化物鈣鈦礦中的形態邊界具有橫向和深度相關的電阻率，從而阻止了表面的橫向傳輸，但沒有阻擋整體載體。研究人員還將揭示在無序環境中解釋能量傳輸的策略，這些策略將指導面向未來半導體行業的耐缺陷材料的設計。
Delor,M. Ginsberg, N.S. et al. Imaging material functionality through three-dimensionalnanoscale tracking of energy flow. Nature Materials 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0498-x
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0498-x
3. Nat. Mater.：光電化學中的納米半導體/催化劑界面
在光電化學裝置中使用的半導體結構（例如，薄膜，金屬絲，顆粒）通常用納米顆粒修飾，這些納米顆粒催化燃料形成反應，包括水氧化，析氫或二氧化碳還原。為了獲得高性能，納米粒子催化劑必須與下面的吸光半導體形成電荷-載流子選擇性接觸，在阻止相反的載流子收集的同時，促進空穴或電子轉移。盡管此類選擇性接觸在光電化學能量轉換和存儲中起著關鍵作用，但對底層納米級界面的了解卻很少，因為直接測量其性質非常困難，尤其是在操作條件下。
近日，俄勒岡大學Shannon W. Boettcher等使用n-Si/Ni光陽極模型系統和電勢傳感原子力顯微鏡，測量了界面電子轉移過程，并繪制了在納米半導體/催化劑界面上光電化學析氧過程中產生的光電壓。作者發現在器件運作過程中，當周圍的高勢壘區域開發時，通過納米級尺寸相關的夾斷效應，可以增強低肖特基勢壘n-Si/Ni接觸孔的選擇性。該工作證明了在實際的光電化學條件下進行接觸性能的納米級操作測量的能力，以及控制電子和空穴流經半導體/催化劑結的流量的設計原理，該原理與不同的光電化學裝置相關。
ForrestA. L. Laskowski, Shannon W. Boettcher*, et al. Nanoscalesemiconductor/catalyst interfaces in photoelectrochemistry. Nat.Mater., 2019
DOI: 10.1038/s41563-019-0488-z
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0488-z
4. Nature Energy: 厲害！穩定性優異的低帶隙錫-鉛鈣鈦礦太陽能電池
低帶隙的錫鉛碘化鈣鈦礦是全鈣鈦礦串聯太陽能電池的關鍵組成部分，但由于錫易于氧化，限制了其器件的穩定性。近日，美國國家可再生能源實驗室MichaelD. McGehee研究團隊使錫基鈣鈦礦避免與最流行的空穴層（PEDOT:PSS）接觸發生反應，選擇在銦錫氧化物-鈣鈦礦異質結處使用了向上的能帶偏移來提取空穴。
為了抑制氧化降解，研究人員改善了形貌以形成致密且大顆粒的薄膜。錫含量保持在50％或以下，并用濺射的銦鋅氧化物電極覆蓋器件。這些進步導致低帶隙鈣鈦礦太陽能電池中的熱穩定性和環境穩定性得到顯著改善，而又不影響效率。封裝電池在濕熱（85°C,相對濕度為85％RH）中放置1000 h，仍保持其初始效率的95％。在最大功率點附近和1個太陽光照射下運行超過1000 h時，仍可以保持其初始效率。
McGehee, M. D. etal. Design of low bandgap tin–lead halideperovskite solar cells to achieve thermal, atmospheric and operationalstability. Nature Energy 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0471-6
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0471-6
5. Nat. Catal.：通過operando掃描隧道顯微鏡觀察到費托催化劑的活性位點
在多相催化中，直接鑒定催化劑的活性位點仍然是一個主要問題。近日，慕尼黑大學Joost Wintterlin團隊報道了利用operando掃描隧道顯微鏡觀測到鈷催化的費托合成反應的活性位點的研究。
作者在H2/CO氣體混合物，壓力為950 mbar，溫度約為500K的條件下，對Co（0001）樣品進行了實驗。作者在相同的設備上，使用定制的氣相色譜儀測量TOF；并通過濺射改變樣品的單原子臺階密度。研究發現，費托反應活性隨臺階密度而定，從而作者認為臺階為該反應的活性位點。此外，Co催化劑的活化與表面的粗糙化有關這一長期觀念尚未得到證實，反應過程中并沒有觀察到表面變粗糙。
BernhardB?ller, Joost Wintterlin,* et al. The active sites of a working Fischer–Tropsch catalyst revealed byoperando scanning tunnelling microscopy. Nat. Catal., 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0360-1
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0360-1
6. Nat. Photon.：雙各向同性介質中體電磁波的橫向光子自旋
光子具有自旋自由度，它在各種應用（例如光通信，信息處理和傳感）中起著重要作用。在各向同性介質中，光子自旋與光的傳播方向對齊，遵循自旋動量鎖定原理。有趣的是，遠離界面衰減的表面波具有一個垂直于其傳播的光子自旋，從而為在受限系統中觀察自旋相關的激發提供了令人興奮的機會。
近日，杭州電子科技大學Liang Peng、浙江大學陳紅勝以及英國伯明翰大學張霜提出并在不依賴任何界面的情況下，在塊狀介質中實現了橫向光子自旋（T-spin）。通過向介質中引入各向異性，研究人員顯示了表面模式的T型自旋到整體模式的T自旋。進一步發現，兩個方向相反的各向異性介質之間的界面支持具有可調截止頻率的邊沿傳播模式。該結果為操縱電磁波的自旋軌道相互作用提供了一個新的平臺。
Peng, L. Chen, H. Zhang, S. etal. Transverse photon spin of bulk electromagnetic waves in bianisotropicmedia. Nat. Photon. 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0521-4
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0521-4
7. Nat. Photon.：壓縮光注入寬帶降低量子輻射壓力噪聲
海森堡不確定性原理指出，無法無限精確地知道物體的位置，因為物體的動量將完全不確定。然后，這種動量不確定性導致將來測量中的位置不確定性。當連續測量物體的位置時，這種量子效應（稱為反作用）限制了可達到的精度。在音頻帶，干涉儀類型的重力波探測器中，這種反作用效應表現為量子輻射壓力噪聲（QRPN），并將最終（但尚未）限制靈敏度。
近日，澳大利亞國立大學MinJet Yap介紹了使用光的量子工程狀態來直接操縱系統中的量子反作用，該系統在10–50 kHz范圍內控制靈敏度。研究人員觀察到量子背向噪聲降低了1.2 dB。這個實驗是實現QRPN降低以用于未來的干涉重力波探測器并提高其靈敏度的關鍵步驟。
Yap, M. et al. Broadbandreduction of quantum radiation pressure noise via squeezed light injection.Nat. Photon. 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0527-y
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0527-y
8. Nat. Photon.：這個光譜儀不一般——薄膜鈮酸鋰的集成寬帶光譜儀
光譜儀是研究與波長有關的光-物質相互作用的工具，廣泛用于天文學，物理學和化學領域。當前體積龐大的光譜儀的集成和小型化將對緊湊和低復雜度至關重要的應用產生影響，例如空中和太空飛行任務。基于亞波長波導內部空間駐波的近場檢測的高分辨率光譜原理已顯示出實現上述某些要求的巨大希望。但是，基于此原理的小型設備由于駐波的欠采樣而面臨強大的帶寬限制。
近日，瑞士蘇黎世聯邦理工學院DavidPohl研究團隊演示了一個集成的單波導傅立葉變換光譜儀，該光譜儀在近波長和短波長紅外中的工作帶寬為500 nm，并且不依賴任何移動組件。該原型設備的占地面積小于10 mm2，利用薄膜鈮酸鋰的電光特性來檢索完整的空間干涉圖。
Pohl, D. et al. An integratedbroadband spectrometer on thin-film lithium niobate. Nat.Photon. 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0529-9
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0529-9
9. Nature Physics：納米管機電諧振器中的冷卻和自激振蕩
納米機械諧振器非常巧妙地用于將機械運動耦合到其他自由度，例如光子，自旋和電子。機械本征模的運動可以使用光子有效地冷卻到量子狀態，但不能使用其他自由度。巴塞羅那科學和技術研究所W. Yang和A. Bachtold團隊報道了一種使用電子進行冷卻，放大和自激振蕩的簡單而有效的方法。
這是通過在稀釋制冷機中通過懸浮的納米管施加恒定（直流）電子電流來實現的。研究證明了冷卻到4.6±±2.0量子振動。還觀察到了自激振蕩，這可能導致電子通過納米管傳輸時出現明顯的不穩定性。同時，將觀察到的冷卻和自激振蕩的起因歸因于電熱效應。這項工作表明，電子可能成為將納米級系統的機械振動冷卻到量子狀態的有用資源。
Cooling and self-oscillation in a nanotube electromechanicalresonator，Nature Physics (2019)
https://www.nature.com/articles/s41567-019-0682-6
10. Nature Physics：原子分辨率的振動光譜和電子碰撞散射
原子振動控制材料中的所有熱激活過程，包括擴散，傳熱，相變和表面化學。盡管原子分辨分析是掃描透射電子顯微鏡（STEM）中的常規方法，但由于散射角僅為幾個微弧度，因此采用振蕩偶極子的振動光譜法可產生源自幾十納米大小的信號。
亞利桑那州立大學Peter A. Crozier團隊報道了使用常規的同軸電子能量損失譜（EELS），存在非偶極碰撞散射振動信號，并且顯示出原子分辨率。當電子探針跨Si樣品中的單個原子柱掃描時，該同軸信號顯示光譜峰形狀和強度的變化。盡管相干彈性散射中的原子空間分辨率將使晶體光譜的定量解釋變得復雜，但峰形的變化提供了可靠的證據，表明振動EELS激發過程高度局限。在無定形極性材料SiO2中也顯示出高空間分辨率。該方法代表了一項重要的技術進步，它將為材料的局部熱，彈性和動力學特性提供新的見解。
Vibrational spectroscopy atatomic resolution with electron impact scattering，Nature Physics (2019)
https://www.nature.com/articles/s41567-019-0675-5
11. Nat. Commun.: 摻雜銅的膠體量子點中聲子瓶頸的觀察
熱電子可以極大地提高太陽能電池的效率，并使對能量要求很高的光化學反應敏感。通過電子-聲子散射，典型半導體中熱電子的亞皮秒級帶內冷卻已經阻礙了有效的熱電子器件。預計半導體量子點將表現出熱電子弛豫的“聲子瓶頸”，因為它們的量子限制電子將非常低效地耦合到聲子。然而，典型的硒化鎘點仍表現出亞皮秒級的熱電子冷卻，可能通過俄歇式過程繞過了聲子瓶頸，從而將過多的熱電子能量轉移到空穴中。
近日，中國科學院大連化學物理研究所KaifengWu證明了由于銅摻雜劑捕獲的飛秒空穴，這種冷卻機制可以在摻銅硒化鎘膠體量子點中得到抑制。研究人員觀察到1Pe熱電子的壽命約為8.6皮秒，比相同尺寸的無摻雜點（約0.25皮秒）長30倍以上。
Wang,L. Wu, K. et al. Observation ofa phonon bottleneck in copper-doped colloidal quantum dots. Nat. Commun. 2019
DOI:10.1038/s41467-019-12558-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12558-y
12. Nat. Commun.：揭示pt1/Fe2O3單原子催化劑中Pt的配位結構與催化活性的關系
非均相單原子催化劑（SAC）研究領域的發展為從分子水平上厘清材料結構與性能的構關系提供了可能。目前，研究的難點在于調控單原子的配位結構的同時要避免單原子的擴散。針對這一問題，清華大學張濤教授、李雋教授和王愛琴研究員等開發了一種有效的合成方法來調控單原子的配位結構。
具體而言，作者通過使用乙二胺螯合Pt陽離子，然后通過在惰性氣氛中快速加熱處理（RTT）的方法去除乙二胺，成功實現通過調節RTT的溫度對Fe2O3載體上的Pt單原子配位結構進行微調。研究結果表明，隨著Pt-O配位數的降低，Pt的氧化態降低，進而實現創紀錄的加氫活性，同時保持高的化學選擇性。總而言之，本工作展示了單原子配位結構的可調性、氧化態和催化活性的關系，揭示了單原子催化劑作為異相和均相催化領域連接橋梁的獨特作用。
YujingRen, Yan Tang, Leilei Zhang, Xiaoyan Liu, Lin Li, Shu Miao, Dang Sheng Su,Aiqin Wang, Jun Li & Tao Zhang.
Unravelingthe coordination structure-performance relationship in Pt1/Fe2O3 single-atomcatalyst. Nat.Commun., 2019, 10, 4500.
DOI:10.1038/s41467-019-12459-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12459-0
