1. Nature Nano.：波導(dǎo)集成型范德華異質(zhì)結(jié)光電探測(cè)器，在通訊頻段下高速高響應(yīng)性工作
由于具有獨(dú)特的材料性質(zhì)和強(qiáng)烈的物質(zhì)-光相互作用，過(guò)渡金屬硫族化合物（TMDCs）被廣泛用于構(gòu)建新型光電器件。其中，響應(yīng)大且速度快的光電探測(cè)器具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，例如在標(biāo)準(zhǔn)通訊波段運(yùn)行的高速率傳輸互連線。然而，TMDCs的本征載流子遷移率較小，成為發(fā)展高速傳輸裝置的瓶頸。有鑒于此，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院Lukas Novotny、Juerg Leuthold?、Ping Ma等人提出了一種在硅光子平臺(tái)上集成的基于垂直范德華異質(zhì)結(jié)的高性能光電探測(cè)器。
垂直的MoTe2-石墨烯異質(zhì)結(jié)構(gòu)使得TMDCs中的載流子渡越路徑最短，并在中等偏壓下（–3V）實(shí)現(xiàn)了高達(dá)24 GHz的帶寬紀(jì)錄值。通過(guò)施加更高偏壓或采用更薄的MoTe2片，帶寬能進(jìn)一步增加到50 GHz。同時(shí)，該器件在1300 nm波長(zhǎng)的入射光下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)0.2AW–1的外響應(yīng)值。該研究闡明了高性能光電探測(cè)器的性能權(quán)衡與設(shè)計(jì)方針。作者認(rèn)為，將二維異質(zhì)結(jié)與波導(dǎo)納米光子器件結(jié)合是實(shí)現(xiàn)高性能光電器件（例如，光電探測(cè)器，發(fā)光器件，電光調(diào)制器）的有效平臺(tái)。
Fl?ry,N., Ma, P., Salamin, Y. et al. Waveguide-integrated van der Waalsheterostructure photodetector at telecom wavelengths with high speed and highresponsivity. Nat. Nanotechnol. 15, 118–124 (2020).
DOI:10.1038/s41565-019-0602-z
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0602-z
2. Sci. Adv.：通過(guò)應(yīng)用納米分散離聚物提高聚合物電解質(zhì)燃料電池的使用壽命
聚合物電解質(zhì)燃料電池（PEFCs）的電化學(xué)性能在很大程度上受到其關(guān)鍵成分的影響，例如聚合物電解質(zhì)膜、催化劑和全氟磺酸（PFSA）離聚物等。PEFCs中的氧化還原反應(yīng)主要發(fā)生在稱(chēng)為三相界面（TPB）的電極界面上，在該界面上，反應(yīng)氣體（例如分別在陽(yáng)極和陰極處的H2和O2）、導(dǎo)電碳材料上的鉑（Pt）催化劑顆粒和離聚物彼此接觸。迄今為止，迄今為止，催化劑在燃料電池中的研究主要集中在其活性和耐久性方面，基于不同的合成方法和幾十年來(lái)的計(jì)算結(jié)果，與傳統(tǒng)的鉑基催化劑相比，已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展。在PEFCs中，來(lái)自陽(yáng)極的質(zhì)子通過(guò)離聚物膜轉(zhuǎn)移到陰極。將離子注入電極中，可以擴(kuò)展質(zhì)子通道，提高質(zhì)子傳遞效率。
為了獲得良好的電化學(xué)性能，粘結(jié)劑必須均勻地分散在電極中，并與其他催化劑組分和膜保持穩(wěn)定的界面。然而，傳統(tǒng)的粘結(jié)劑材料不具有良好的分散性能。在此，韓國(guó)首爾基礎(chǔ)科學(xué)研究所Yung-Eun Sung引入了一種基于超臨界流體的簡(jiǎn)便方法在乙醇水溶液中制備粘結(jié)劑材料的均勻納米分散體。制備的粘結(jié)劑具有良好的分散性、結(jié)晶度和質(zhì)子導(dǎo)電性。結(jié)果，將粘結(jié)劑材料應(yīng)用于PEFC陰極電極上，獲得了良好的性能和耐久性。
Chi-YeongAhn, Juhee Ahn, Sun Young Kang, Ok-Hee Kim, Dong Woog Lee, Ji Hyun Lee, Jae GooShim, Chang Hyun Lee, Yong-Hun Cho, Yung-Eun Sung. Enhancement of service lifeof polymer electrolyte fuel cells through application of nanodispersedionomer. Sci. Adv. 2020, 6 (5),eaaw0870.
DOI:10.1126/sciadv.aaw0870
https://advances.sciencemag.org/content/6/5/eaaw0870
3. Chem. Rev.: 電解質(zhì)的新概念
在過(guò)去的幾十年里，鋰離子電池（LIB）由于對(duì)我們生活的廣泛而深入的影響，已經(jīng)成為科技史上最重要的進(jìn)步之一。鋰離子電池在所有電動(dòng)汽車(chē)、消費(fèi)電子產(chǎn)品和電網(wǎng)中的廣泛應(yīng)用依賴(lài)于其可精確調(diào)控的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)、電解質(zhì)相互作用以及多樣的正負(fù)極化學(xué)體系。隨著消費(fèi)者對(duì)電池性能要求的不斷提高，對(duì)這些鋰離子電池組分之間已建立的平衡的要求也越來(lái)越嚴(yán)格。近年來(lái)，即便最先進(jìn)的電解質(zhì)體系也已經(jīng)無(wú)法維持預(yù)期的技術(shù)發(fā)展路線。
在這種差距的推動(dòng)下，研究人員開(kāi)始探索更多的非常規(guī)電解質(zhì)體系。從solvent-in-salt超濃電解質(zhì)到固態(tài)電解質(zhì)，新型電解質(zhì)體系的研究領(lǐng)域已發(fā)展到前所未有的水平。在這篇綜述中，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室的許康與阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的陸俊等對(duì)近年來(lái)非傳統(tǒng)新型電解質(zhì)體系的發(fā)展進(jìn)行了概括總結(jié)。文章避免討論當(dāng)前廣泛使用的常規(guī)液態(tài)電解質(zhì)，而是對(duì)新概念電解質(zhì)體系的基本原理、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域以及未來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行了探討。
MatthewLi, Jun Lu, Kang Xu et al, New Concepts in Electrolytes, Chem. Rev., 2020
DOI：10.1021/acs.chemrev.9b00531
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00531
4. Angew：BN納米片用作長(zhǎng)壽命Zn基液流電池的溫度調(diào)節(jié)劑
維持體系的溫度恒定這種現(xiàn)象在自然界中十分普遍，這是因?yàn)楹愣ǖ臏囟瓤梢允沟皿w系的壽命顯著延長(zhǎng)。類(lèi)似的原理同樣適用于鋅基電池：這是因?yàn)殇\基電池中電極表面不均勻的溫度分布會(huì)造成嚴(yán)重的枝晶生長(zhǎng)和集聚從而影響鋅基電池的工作壽命。
近日，中科院大連化物所的李先鋒與袁治章等將具有一定機(jī)械強(qiáng)度的BN納米片作為溫度調(diào)節(jié)劑引入到多孔基底中調(diào)控金屬鋅的沉積行為并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命的鋅基液流電池。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明BN納米片能夠?qū)⒔饘黉\的沉積形貌從針狀的枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)槭項(xiàng)l狀，因此電池能夠在80mA/cm2的電流密度下穩(wěn)定循環(huán)500周。更為重要的是，BN納米片的引入使得鋅基液流電池能夠在200mA/cm2的電流密度下實(shí)現(xiàn)高達(dá)80%的能量效率，這超過(guò)了之前文獻(xiàn)中報(bào)道過(guò)的所有效率。
JingHu, Meng Yue, Zhizhang Yuan, Xianfeng Li et al, Boron Nitride NanosheetsComposite Membrane Enabled a Longlife Zinc-based Flow Battery, AngewandteChemie International Edtion, 2020
DOI：10.1002/anie.201914819
https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201914819
5. AM: 17.3％！氯官能化的石墨炔助力二元有機(jī)太陽(yáng)能電池
有機(jī)太陽(yáng)能電池（OSC）中混合膜的形貌調(diào)整是提高器件效率的關(guān)鍵方法。將固態(tài)添加劑作為實(shí)現(xiàn)形貌調(diào)整是一種簡(jiǎn)單而新的方法。但是，相關(guān)報(bào)道很少能夠滿(mǎn)足這種期望。近日，華盛頓大學(xué)Ke Gao、中國(guó)科學(xué)院 TonggangJiu、 李玉良等人首次成功地將氯官能化的石墨炔（GCl）用作多功能固體添加劑微調(diào)其形貌，并首次提高了器件效率和生產(chǎn)率。
與對(duì)照組的15.6％效率相比，基于GCl的器件獲得了創(chuàng)紀(jì)錄的17.3％效率，其中認(rèn)證效率為17.1％；與此同時(shí)，短路電流（Jsc）和填充系數(shù)（FF）進(jìn)一步增加，是目前最先進(jìn)的二元有機(jī)太陽(yáng)能電池。研究發(fā)現(xiàn)，膜吸收的紅移，增強(qiáng)的結(jié)晶度，顯著的相分離，改善的遷移率和降低的電荷重組協(xié)同作用是Jsc和FF的增加。此外，由于GCl的非揮發(fā)性，因此添加GCl可以大大減少批次間的差異，從而有利于批量生產(chǎn)。所有的這些結(jié)果證實(shí)了GCl可以有效增強(qiáng)器件的性能，GCl可作為多功能固體添加劑在OSC領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。
Gao, K. Jiu, T. Li, Y. et al. Graphdiyne Derivative asMultifunctional Solid Additive in Binary Organic Solar Cells with 17.3%Efficiency and High Reproductivity. AM 2020.
DOI:10.1002/adma.201907604
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907604
6. AM：采用玻璃質(zhì)M-Te (M = Ru, Rh, Ir)多孔納米棒進(jìn)行高效電化學(xué)N2固定的通用策略
電化學(xué)轉(zhuǎn)化氮(N2)是增值氨(NH3)的非常理想的途徑之一，但由于N2分子的極端惰性，這是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)一個(gè)強(qiáng)大的電催化劑是其途徑可執(zhí)行的先決條件。近日，蘇州大學(xué)的Xiaoqing Huang等人報(bào)道了一類(lèi)新型的“子彈型”多孔玻璃質(zhì)納米棒M-Te( M = Ru, Rh, Ir)作為N2還原反應(yīng)的催化劑。
優(yōu)化后的IrTe4 PNRs具有最高的NH3轉(zhuǎn)化率(高達(dá)51.1 μgh-1 mg-1cat.)和法拉第效率(15.3%)，以及長(zhǎng)達(dá)20個(gè)連續(xù)循環(huán)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，是目前報(bào)道的最活躍的NRR電催化劑之一。N2程序溫度脫附和價(jià)帶X射線光電子能譜數(shù)據(jù)均表明，N2的強(qiáng)化學(xué)吸附是增強(qiáng)NRR和抑制IrTe4 PNRs析氫反應(yīng)的關(guān)鍵。通過(guò)密度泛函理論計(jì)算，最終確定了IrTe4吸附作用中優(yōu)異的吸附強(qiáng)度來(lái)源于富電子Ir與周?chē)唠娀钚缘腡e原子的協(xié)同作用。在堿性介質(zhì)中對(duì)N2和H2O的最佳吸附保證了連續(xù)NRR過(guò)程的優(yōu)越性。本工作為基于玻璃材料的高性能NRR電催化劑的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的途徑。
JuanWang, Bolong Huang, Yujin Ji, Mingzi Sun, Tong Wu, Rongguan Yin, Xing Zhu,Youyong Li, Qi Shao, and Xiaoqing Huang. A General Strategy to Glassy M-Te(M = Ru, Rh, Ir) Porous Nanorods for Efficient Electrochemical N2Fixation. Adv.Mater. 2020.
DOI:10.1002/adma.201907112
https://doi.org/10.1002/adma.201907112
7. Angew綜述：二維納米材料用于光熱治療
二維(2D)納米材料具有超薄的結(jié)構(gòu)、高比表面積和獨(dú)特的光電特性，是目前研究的新型光熱劑。除了單一的光熱療法(PTT)，二維納米材料在基于PTT的協(xié)同治療中顯示出巨大的潛力。
在這篇簡(jiǎn)短的綜述中，北京化工大學(xué)劉惠玉等人總結(jié)了過(guò)去五年來(lái)二維納米材料用于增強(qiáng)光熱癌癥治療的研究進(jìn)展。另外，還介紹了它們獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì)、典型的合成方法和表面改性。重點(diǎn)介紹了它們的PTT和PTT協(xié)同化療、光動(dòng)力治療和免疫治療。指出了二維光熱劑面臨的主要挑戰(zhàn)，并展望了二維光熱劑的發(fā)展前景，根據(jù)二維納米材料用于光熱治療近年來(lái)得到迅速發(fā)展來(lái)看，在未來(lái)二維納米材料方面會(huì)有更多的發(fā)現(xiàn)和突破。
ShuangLiu, Xueting Pan, Huiyu Liu, Two‐Dimensional Nanomaterials for Photothermal Therapy, Angew. Chem.Int. Ed., 2020.
https://doi.org/10.1002/anie.201911477
8. EES：用于高性能芯片微型超級(jí)電容器的贗電容性氮化釩厚膜電荷存儲(chǔ)機(jī)制的新見(jiàn)解
二次電池是用于為移動(dòng)設(shè)備供電的常規(guī)電化學(xué)能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。不幸的是，這類(lèi)設(shè)備的移動(dòng)性受到充電時(shí)長(zhǎng)和電池性能下降的限制。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，旨在創(chuàng)建互連設(shè)備的生態(tài)系統(tǒng)，以改善人們的日常生活。自主性和移動(dòng)性是為IoT微型設(shè)備供電的關(guān)鍵參數(shù)，并且能夠以高充電/放電倍率提供高能量密度的儲(chǔ)能系統(tǒng)是下一代IoT網(wǎng)絡(luò)的基本前提。目前，鋰微型電池（MBs）和碳微型超級(jí)電容器（MSCs）是為智能和微型化傳感器供電的最可行的選擇。對(duì)于前者， MBs受到低充放電倍率的限制，而后者則受到碳電極低電容的限制。一個(gè)具有挑戰(zhàn)性但可行的解決方案是構(gòu)建芯片贗電容微型超級(jí)電容器。
在此，里爾大學(xué)Christophe Lethien等人基于濺射的雙功能氮化釩薄膜作為電極材料和集流體，實(shí)現(xiàn)了微型超級(jí)電容器的集成制造。通過(guò)與生產(chǎn)兼容的微電子沉積方法獲得的16 μm厚的氮化釩薄膜的表面電容值和體積電容值分別為1.2 F cm?2和>700 F cm?3，可以與最先進(jìn)的過(guò)渡金屬極好氧化物/氮化物材料相媲美，并超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)碳電極。為了揭示濺射氮化釩薄膜的電荷存儲(chǔ)過(guò)程，還研究了濺射氮化釩薄膜在水系電解液中的贗電容行為，以解釋濺射氮化釩薄膜的高電容性和改善的循環(huán)行為。
KevinRobert, Didier Stiévenard, Dominique Deresmes, Camille Douard,Antonella Iadecola, David Troadec, Pardis Simon, Nicolas Nuns, Maya Marinova,Marielle Huvé, Pascal Roussel, Thierry Brousse,Christophe Lethien. Novel insights into the charge storage mechanism inpseudocapacitive vanadium nitride thick films for high-performance on-chipmicro-supercapacitors. Energy Environ. Sci. 2020.
DOI:10.1039/C9EE03787J
https://doi.org/10.1039/C9EE03787J
9. Nano Letters: 用于安全鋰電池的防火、輕質(zhì)、聚合物-聚合物固態(tài)電解質(zhì)
由于鋰離子電池的廣泛使用以及其與人體的密切接觸，鋰離子電池的安全性受到了人們的廣泛關(guān)注。用固態(tài)電解質(zhì)來(lái)取代常規(guī)液態(tài)電解質(zhì)不僅能夠解決上述安全問(wèn)題，更有可能實(shí)現(xiàn)更高的鋰電池能量密度。然而，在諸多廣受研究的固態(tài)電解質(zhì)體系中，聚合物電解質(zhì)以及聚合物-陶瓷復(fù)合電解質(zhì)仍然具有可燃性，這就使得電池的安全隱患并未被完全消除。
在本文中，美國(guó)斯坦福大學(xué)的崔屹教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種新型的防火輕質(zhì)的聚合物-聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)體系。這種復(fù)合聚合物電解質(zhì)由機(jī)械增強(qiáng)劑聚丙烯酰胺（PI）、防火添加劑十溴二苯乙烷（DBDPE）以及PEO/LiTFSI復(fù)合電解質(zhì)基質(zhì)組成。這種復(fù)合聚合物電解質(zhì)由有機(jī)材料構(gòu)成，其厚度可調(diào)控至10-25um,這使得鋰電池具有與常規(guī)液態(tài)電解質(zhì)電池可媲美的能量密度。電解質(zhì)中的PI/DBDPE薄膜具有很高的熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度和不燃性，因此Li//Li對(duì)稱(chēng)電池能夠穩(wěn)定循環(huán)超過(guò)300h而不發(fā)生短路。更為重要的是，使用這種聚合物-聚合物固態(tài)電解質(zhì)的軟包鋰電池在熱濫用條件下也能表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。
YiCui, Jiayu Wan, Yi Cui et al, A Fireproof, Lightweight, Polymer–Polymer Solid-StateElectrolyte for Safe Lithium Batteries, Nano Letters, 2020
DOI：10.1021/acs.nanolett.9b04815
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b04815
10. AEM: 果斷收藏！C-AFM在鈣鈦礦材料和太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用研究
鈣鈦礦金屬鹵化物材料得益于其出色的光電性能和低成本的溶液制備工藝，在光電和光伏領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。然而，鈣鈦礦材料的電子性能的納米級(jí)不均勻性導(dǎo)致許多困難，例如重組，穩(wěn)定性和滯后性，所有這些都嚴(yán)重限制了器件性能。導(dǎo)電原子力顯微鏡（C-AFM）可以在微觀尺度上實(shí)現(xiàn)真實(shí)的空間可視化以及光電特性，因此非常適合探測(cè)鈣鈦礦材料和器件的局部效應(yīng)。
近日，北京科技大學(xué) ZhuoKang、張躍等人全面回顧了C-AFM的基本原理，可替代操作模式和發(fā)展，并討論了其在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PSC）中電子傳輸行為，離子遷移和磁滯，鐵電極化和面取向研究中的應(yīng)用。此外，作者對(duì)PSCs最新應(yīng)用的全面理解和總結(jié)有助于進(jìn)一步充分開(kāi)發(fā)這一新興技術(shù)的潛力，從而為鈣鈦礦材料分析提供新穎有效的方法。
Kang, Z. Zhang, Y. et al. Emerging Conductive Atomic ForceMicroscopy for Metal Halide Perovskite Materials and Solar Cells. AEM 2020.
DOI:10.1002/aenm.201903922
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903922
11. ACS Nano：包覆亞硝基化前藥的納米顆粒用于增強(qiáng)放射治療
放療仍然是目前治療非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)等癌癥的主要方式之一。為了提高給定的輻射劑量下的治療效果，人們往往在放療期間使用放療增敏劑。吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院馬慶杰教授、佐治亞大學(xué)謝晉教授和AnilKumar教授合作制備了一種納米粒子試劑，它可以選擇性地使癌細(xì)胞對(duì)放療更加敏感。
實(shí)驗(yàn)首先對(duì)將maytansinoidDM1進(jìn)行亞硝基化，然后將產(chǎn)生的前藥DM1- NO負(fù)載到PLGA-b-PEG納米顆粒上。DM1的毒性可被納米顆粒的包封和亞硝基化抑制，并通過(guò)EPR作用被遞送到腫瘤中。在放療照射下，腫瘤內(nèi)的氧化應(yīng)激水平會(huì)升高，導(dǎo)致S-N鍵發(fā)生斷裂，進(jìn)而釋放DM1和一氧化氮(NO)。釋放的DM1會(huì)抑制微管聚合，使得細(xì)胞對(duì)于輻射更加敏感。而NO也會(huì)在輻射下形成高毒性的自由基，進(jìn)一步抑制腫瘤的生成。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該納米粒子可通過(guò)兩種成分的協(xié)同作用顯著地提高和增強(qiáng)放療效果。
ShiGao, Weizhong Zhang, Renjie Wang. et al. Nanoparticles EncapsulatingNitrosylated Maytansine To Enhance Radiation Therapy. ACS Nano.2020
DOI:10.1021/acsnano.9b05976
http://pubs.acs.org/doi/doi/10.1021/acsnano.9b05976
