1. Nat. Energy:13.1％效率！高效量子點/有機光伏電池
溶液處理的半導體是有望實現將高性能與廉價制造相結合的光電器件的有前途的材料。能夠收集紅外光子的膠體量子點（CQD）以及吸收可見光的有機發色團，這是一條行之有效的途徑。然而，由于化學失配和促進電荷收集方面的困難，CQD/有機混合光伏的效率（PCE）低于10％。
多倫多大學Edward H. Sargent和韓國科學技術院Jung-Yong Lee 團隊設計了一種混合架構，通過將小分子引入CQD/有機堆疊結構來提升效率。小分子補充了CQD的吸收，并與主體聚合物形成了激子級聯反應，從而實現了有效的能量轉移并促進了異質界面上的激子解離。所得混合太陽能電池的PCE為13.1％，并且在未密封狀態下連續運行150 h后仍保留了其初始PCE的80％以上，優于目前的空氣處理溶液CQD/有機光伏電池。
Efficienthybrid colloidal quantum dot/organic solar cells mediated by near-infraredsensitizing small molecules，Nature Energy (2019)
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0492-1
2. Nat. Catal.：控制Cu上的CO覆蓋率促進高效電生產乙烯
乙烯是一種工業上需求很高的化學原料。通過直接電解CO2來生產高價值的二碳（C2）產品，如乙烯，已被廣泛研究。而用廉價的工業CO代替CO2高效地電催化轉化為高價值的乙烯可以避免CO2在堿性電解槽中形成碳酸鹽，從而克服原料利用和穩定性方面的問題。然而，通過CO還原反應（CORR）進行的乙烯電合成存在選擇性和能量效率低等問題。
近日，加拿大多倫多大學David Sinton，Edward H. Sargent等在電流密度高于100 mA cm-2的情況下，在銅催化劑上實現了高效電催化CO還原生產乙烯。研究發現，該系統在各種CO濃度范圍內都表現出良好的性能。在高電流密度下，將CO的利用率降低至CO的質量遷移極限時，乙烯的選擇性會提高。密度泛函理論計算揭示銅上的CO覆蓋率如何影響乙烯與含氧化合物的反應途徑：較低的CO覆蓋率可穩定與乙烯相關的中間體，而較高的CO覆蓋率則有利于含氧化合物的形成。作者進一步研究了局部CO與乙烯選擇性之間的聯系。然后，通過調整CO濃度和反應速率，控制局部CO的可用性，作者實現了72％的乙烯法拉第效率和> 800 mA cm-2的部分電流密度。整個系統為乙烯生產提供的半電池能效為44％。
JunLi, Ziyun Wang, Edward H. Sargent,* David Sinton*, et al. Constraining COcoverage on copper promotes high-efficiency ethylene electroproduction. Nat.Catal., 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0380-x
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0380-x
3. Nat. Mater.：少層石墨烯中超軟滑移介導的彎曲
當材料接近原子長度尺度時，連續縮放定律通常會失效，這反映了其基本物理的變化以及獲得非常規性質的機會。這些連續極限在二維材料中很明顯，但對于它們的彎曲剛度或厚度如何縮放人們尚無共識。近日，伊利諾伊大學香檳分校Pinshane Y.Huang，ArendM. van der Zande等通過組合計算和電子顯微鏡實驗，測量了石墨烯的彎曲剛度。
作者發現，少層石墨烯的彎曲剛度隨彎曲角度的變化而急劇下降，三層石墨烯的彎曲剛度幾乎提高了400％。這種軟化是由于原子層之間的剪切，滑移和超潤滑性的出現而引起的，并且與scalingpower從立方到線性的逐漸變化相對應。該工作為二維材料的彎曲提供了一個統一的模型，并表明在目前已知的最柔韌的電子材料中，其多層材料可以比以前認為的要柔軟幾個數量級。
EdmundHan, Jaehyung Yu, Pinshane Y. Huang,* Arend M. van der Zande*, et al. Ultrasoftslip-mediated bending in few-layer graphene. Nat. Mater., 2019
DOI: 10.1038/s41563-019-0529-7
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0529-7
4. Nat. Nanotech.：確定原子薄層反鐵磁CrCl3的相圖
原子薄的磁性范德華多層膜的自旋構型變化會導致其光電性能發生急劇變化。相反，這些系統的光電響應提供了有關磁性狀態的信息，這是其它途徑很難獲得的信息。近日，日內瓦大學Alberto F. Morpurgo，Marco Gibertini，Zhe Wang等研究發現，在CrCl3多層膜中，隧穿電導對施加磁場，溫度和層數的依賴性可用于跟蹤磁性狀態的演變，從而可以通過實驗確定CrCl3的磁相圖。
除了在所有厚度上都發生高場自旋翻轉躍遷外，由于低場自旋翻轉躍遷，面內磁導還表現出奇偶效應。通過對現象的定量分析，作者確定了層間交換耦合以及層磁化強度，并表明在CrCl3中形狀各向異性占主導地位。該工作揭示了具有弱磁各向異性的原子薄層反鐵磁體的豐富行為。
ZheWang*, Marco Gibertini*, Alberto F. Morpurgo*, et al. Determiningthe phase diagram of atomically thin layered antiferromagnet CrCl3. Nat.Nanotech., 2019
DOI: 10.1038/s41565-019-0565-0
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0565-0
5. Nat. Chemistry: 有機-無機雜化鈣鈦礦量子阱的分子工程
半導體量子阱結構和超晶格是現代光電子學中的關鍵組成部分，但是很難同時實現無缺陷的外延生長，同時微調每一層的化學組成，層厚度和能帶結構以實現所需的性能。普渡大學竇樂添團隊報道了有機硅半導體結構單元的電子結構的調制，以及由此而來的光學特性，該有機半導體模塊通過簡便的溶液處理步驟摻入鈣鈦礦層之間。
共軛有機分子的自聚集通過具有空間要求的基團的官能化作用而得到抑制，并獲得了單晶有機-鈣鈦礦雜化量子阱（低至一個單元的厚度）。由于鈣鈦礦材料的原子平面界面和極小的層間距離，相鄰有機層和無機層之間的能量和電荷轉移被證明是快速有效的。由于龐大的疏水性有機基團提供的保護，所得的二維雜化鈣鈦礦非常穩定。
Molecularengineering of organic–inorganic hybrid perovskites quantum wells，NatureChemistry (2019)
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0354-2
6. Nat. Photonics: 三重態管理可實現高效鈣鈦礦發光二極管
鈣鈦礦發光二極管具有高色純度和高性能，因此有望用于下一代照明和顯示器。盡管單線態和三線態激子的管理對于高效有機發光二極管的設計至關重要，但是在基于鈣鈦礦的和準二維（2D）鈣鈦礦中，激子如何影響性能的本質仍然不清楚。
日本九州大學Chuanjiang Qin和Chihaya Adachi團隊表明三重態激子是綠色準2D鈣鈦礦裝置中有效發射的關鍵，而有機陽離子對三聯體的猝滅是主要的損失途徑。在基于FAPbBr3的準2D鈣鈦礦中使用具有高三重態能級的有機陽離子（苯乙基銨），可有效獲得三重態。此外，研究表明三重態向單重態的上轉換可能發生，使得電激發子的100％收獲成為可能。綠色（527 nm）器件的外部量子效率和電流效率分別達到12.4％和52.1 cd A-1。
Tripletmanagement for efficient perovskite light-emitting diodes
NaturePhotonics (2019)
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0545-9
7. Nat. Photon.：透明介質中鈣鈦礦量子點的可逆3D激光打印
半導體的三維（3D）圖案化對于探索光電子學中的新功能和應用可能具有重要意義。近日，華南理工大學董國平研究團隊發現可以使用飛秒激光在透明玻璃材料內部按需寫入鈣鈦礦量子點（QD）的3D圖案。
通過利用鈣鈦礦的固有離子性質和低形成能，可以原位可逆地制造高發光CsPbBr3 QD，并通過飛秒激光輻照和熱退火將其分解。這種寫入和擦除模式可以重復很多次，并且無機玻璃基質可以很好地保護發光量子點，從而形成穩定的鈣鈦礦量子點。該發現具有潛在的應用前景，例如大容量光學數據存儲，信息加密和3D圖形。
Dong, G. et al. Reversible 3D laser printing of perovskite quantumdots inside a transparent medium. Nat. Photon. 2019.
DOI: 10.1038/s41566-019-0538-8
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0538-8.pdf
8. Nat. Photon.: 通過控制鈣鈦礦中陽離子合金化以實現高效發光
金屬鹵化物鈣鈦礦已經成為光電子應用中的特殊半導體。單價陽離子的取代具有提高的發光產量和器件效率。劍橋大學Samuel D. Stranks 和Felix Deschler團隊控制陽離子合金化，以通過改變混合鹵化物鈣鈦礦中的電荷載流子動力學來增強光電性能。
與單鹵化物鈣鈦礦相反，研究發現光激發的載流子密度的發光產量遠低于太陽光照條件。進一步研究表明，在激發后的幾十納秒內，電荷載流子的復合形式從二階變為一階。通過光學帶隙的微觀映射，電門輸運測量和第一性原理計算的支持，證明了電子態中空間變化的高能紊亂會引起局部電荷積累，從而形成p型和n型光摻雜區域，從而揭示了一種太陽能電池中低電荷注入時的高效發光和發光。
Photodopingthrough local charge carrier accumulation in alloyed hybrid perovskites forhighly efficient luminescence，Nature Photonics (2019)
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0546-8
9. Nat. Commun.: 陽離子誘導的手性雙功能MOFs實現定量對映選擇性識別
近年來在金屬有機框架化合物（MOFs）的發展中，人們將其發光特性與手性結合起來并在一定程度上促進了先進發光傳感器的進步。迄今為止，手性金屬有機框架的合成仍然無法預測并且其手性主要來源于構成骨架的原始組分。相比之下，尚未有將手性引入到金屬有機框架孔隙中的報道。
最近，南開大學的Wei Shi和Peng Cheng等發現可以通過簡單的陽離子交換方法將手性引入到一種Zn基金屬有機框架材料中，這樣可以形成由配體和Tb3+組成的雙發光中心并在孔中形成手性中心。這種雙功能材料對辛可寧、辛可寧差向異構體和氨基醇對映體的混合物表現出對映選擇性發光傳感特性，從而實現了對對映異構體過量的定量測定。該研究為多功能金屬-有機骨架體系的設計開辟了一條新的途徑，為手性分子的快速檢測提供了一種有效的方法。
ZongsuHan, Wei Shi, Peng Cheng et al, Cation-induced chirality in a bifunctionalmetal-organic framework for quantitative enantioselective recognition, NatureCommunications, 2019
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13090-9
10. AM：CRISPR/ Cas13a驅動的電化學微流控生物傳感器用于miRNA診斷
miRNA是目前臨床診斷多種疾病的生物標志物，它的失調也與多種不同的疾病有關，如癌癥、癡呆和心血管疾病等。而實現有效治療的關鍵就是在早期對疾病進行準確診斷以提高患者的生存希望。
德國弗萊堡大學Can Dincer團隊設計了一種CRISPR/ Cas13a驅動的微流體，并將其集成到電化學生物傳感器中進而用于檢測miRNA。研究表明，該生物傳感器可以在不需要任何核酸擴增的條件下對腫瘤標志物microRNA（miR-19b和miR-20a）進行定量分析，讀出時間為9分鐘，整個檢測過程的時間少于4 h, 檢測限為10 pM，且測量所需使用的體積小于0.6 μL。實驗也成功地利用該生物傳感器對患有腦癌的兒童血清樣本中的miR-19進行了檢測，從而證明它是一種高效的核酸診斷工具。
RichardBruch, Can Dincer. et al. CRISPR/Cas13a-Powered Electrochemical MicrofluidicBiosensor for Nucleic Acid Amplification-Free miRNA Diagnostics. AdvancedMaterials. 2019
DOI:10.1002/adma.201905311
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905311
11. Angew: 通過微分電化學質譜在堿性介質中對電化學碳腐蝕的研究
碳材料廣泛應用于電極、催化劑或催化劑載體等電化學領域。然而，眾所周知，高陽極電位下的碳腐蝕導致性能很不穩定，尤其是在酸性電解質中，它會損害電極的穩定性和長期循環性。隨著電解液pH值的變化而變化的反應動力學也要求對堿性環境下的碳腐蝕進行深入的研究。然而CO2向CO32-的中間體轉化阻礙了利用微分電化學質譜(DEMS)在堿性介質中對碳腐蝕的直接研究。
近日，德國波鴻魯爾大學的WolfgangSchuhmann等設計了一個調整的DEMS系統，可以在堿性電解質中檢測二氧化碳，并且通過在DEMS膜前釋放最初溶解的CO32-作為CO2，可以對電解液進行原位酸化，并隨后進行質譜檢測。在高陽極電位下對碳負載的硼化鎳(Ni x B/C)催化劑和純Vulcan XC72催化劑進行DEMS測試表明，高活性的析氧電催化劑的存在可以保護碳。最重要的是，在堿性溶液中碳的腐蝕大大降低，這可能為碳材料在燃料電池中的應用提供新的方向。
Sandra M?ller, Stefan Barwe,Justus Masa, Daniela Wintrich, Sabine Seisel, Helmut Baltruschat, WolfgangSchuhmann. Online monitoring of electrochemical carbon corrosion in alkalineelectrolytes by differential electrochemical mass spectrometry. AngewandteChemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201909475
https://doi.org/10.1002/anie.201909475
12. ESM: 三維多孔鋰金屬負極與固有SEI層抑制鋰枝晶生長
鋰金屬被視作新一代可充電池的最佳負極選擇。然而，電化學循環過程中不均勻的鋰沉積行為以及嚴重的體積膨脹限制了金屬鋰負極的實際應用。在本文中，蘇州大學的Chenglin Yan、Tao Qian與加拿大國家能源研究中心的Federico Rosei等設計了一種三維鋰金屬泡沫，這種鋰金屬電極被由無模板化學刻蝕法制備的SEI層包裹。
與傳統的平板鋰金屬電極不同，這種三維鋰金屬泡沫能夠緩沖體積膨脹并誘導鋰金屬在其孔內沉積。此外，外部固有的SEI 能夠保證Li+均勻傳輸從而確保金屬鋰沉積更加致密。得益于上述獨特的沉積調控行為，使用這種SEI封裝的三維多孔泡沫鋰負極的對稱電池能夠實現長達350h的循環壽命。當與載量高達20.4 mg/cm2的NCM111正極匹配為全電池時，這種全電池在高電流密度下也能表現出優異的電化學性能。研究人員還發現這種多孔負極和SEI層能夠抑制電池循環過程中的產氣和產熱，從而使得電池的安全性能得到了顯著提升。
TingzhouYang, Tao Qian, Chenglin Yan, Federico Rosei et al, Lithium Dendrite Inhibitionvia 3D Porous Lithium Metal Anode Accompanied by Inherent SEI Layer, EnergyStorage Materials, 2019
DOI：10.1016/j.ensm.2019.11.009
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S240582971931044X?dgcid=rss_sd_all#!
