1. Nature Materials: 全聚合物供體-受體異質結中的基態電子轉移
有機半導體的摻雜對有機（光）電子設備和電化學設備的運行至關重要。通常，這是通過將異質摻雜劑分子添加到聚合物體相中來實現的，但是摻雜劑的升華或聚集常常會導致較差的穩定性和性能。在小分子供體-受體系統中，電荷轉移可以產生高而穩定的電導率，這是全共軛聚合物系統中尚未探索的方法。近日，林雪平大學Simone Fabiano，Magnus Berggren，Hengda Sun等報道了全聚合物供體-受體異質結中的基態電子轉移。
本文要點：
1）研究發現，將低電離能聚合物與高電子親和性對應物結合在一起，可以得到導電界面，其電阻率值比單獨的單層聚合物低五到六個數量級。電阻率的大幅度下降是由于兩個平行的準二維電子和空穴分布達到了約1013 cm-2的濃度。
2）作者進一步將該概念應用到三維體相異質結，由于沒有分子摻雜劑，因此得到的材料顯示出出色的熱穩定性。
該工作為電活性復合材料應用在熱電和可穿戴電子產品等領域帶來了希望。
KaiXu, et al. Ground-state electron transfer in all-polymer donor–acceptorheterojunctions. Nat. Mat., 2020,
DOI: 10.1038/s41563-020-0618-7
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0618-7
2. Nature Materials: 二維過渡金屬二硫化物三維原子缺陷和電子性質的關聯
二維過渡金屬二硫化物（2D TMDs）的電子，光學和化學性質在很大程度上取決于其三維原子結構和晶體缺陷。近日，加州大學洛杉磯分校Jianwei Miao團隊報道了以Re摻雜的MoS2作為模型系統，使用掃描原子電子斷層掃描（sAET）作為一種方法來確定三維原子位置以及晶體缺陷（例如摻雜劑，空位和波紋）的位置，精度低至4 pm。
本文要點：
1）作者開發了sAET，以皮米精度確定2D TMDs的3D原子坐標。
2）研究表明，Re摻雜的MoS2可產生三維局部鍵畸變并誘發局部應變張量。作者測量了由摻雜劑引起的三維鍵變形和局部應變張量。通過將這些實驗得到的三維原子坐標直接提供給密度泛函理論，作者得到了比依賴于松弛的三維原子坐標的常規密度泛函理論計算得出的更為精確的電子能帶結構。
3）作者認為，掃描原子電子斷層掃描不僅普遍適用于確定二維材料的三維原子坐標，而且將使從頭計算能夠更好地預測這些材料的物理，化學和電子性質。
XuezengTian, et al. Correlating the three-dimensional atomic defects and electronicproperties of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nat. Mat., 2020,
DOI: 10.1038/s41563-020-0636-5
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0636-5
3. Nature Nanotechlogy: 用石墨烯過濾原子薄半導體的光致發光光譜
由過渡金屬二硫化物（TMDs）制成的原子薄半導體是用于研究強光-物質相互作用和在納米光子學，光電學和谷電子學中應用的模型系統。但是，TMD單層的光致發光光譜顯示出許多特征，這些特征的解密具有挑戰性。從實用的角度來看，基于單色TMD的發射器對低尺寸器件是有益的，但這一挑戰尚待解決。近日，史特拉斯堡材料物理化學研究所StéphaneBerciaud等研究發現，將石墨烯直接堆疊在單層TMD上可以實現僅由TMD中性激子產生的單線和窄線光致發光。
本文要點：
1）研究發現，這種過濾效果源自石墨烯對TMD的完全中和，以及長壽命的激子物種向石墨烯的選擇性非輻射轉移。
2）該方法適用于四個基于鎢和鉬的TMDs；作者還建立了TMD /石墨烯異質結構作為一組獨特的光電構建單元，該單元適用于以接近THz的速率發射可見光和近紅外光子且線寬接近均質極限的電致發光系統 。
EtienneLorchat, et al. Filtering the photoluminescence spectra of atomically thin semiconductorswith graphene. Nat. Nanotech., 2020,
DOI: 10.1038/s41565-020-0644-2
https://doi.org/10.1038/s41565-020-0644-2
4. Nature Medicine：新方式！星形顆粒跨越障礙遞送藥物
角質層屏障層高度限制了藥物向皮膚的遞送。于此，喬治亞理工學院Mark R. Prausnitz等人開發了稱為STAR顆粒的星形顆粒，以顯著提高皮膚滲透性。STAR顆粒是由氧化鋁或不銹鋼制成的毫米級顆粒，具有微米級突起，旨在在角質層上形成微小的孔。
本文要點：
1） 給豬離體皮膚局部敷藥10s后，皮膚科藥物和大分子（包括那些不能局部使用的大分子藥物）的傳遞增加了1-2個數量級。在用局部5-氟尿嘧啶治療的小鼠中，使用STAR顆粒可提高藥物抑制皮下黑色素瘤腫瘤生長和延長生存期的功效。
2） 此外，使用STAR顆粒向小鼠局部注射破傷風類毒素疫苗產生的免疫應答至少與肌肉注射的免疫應答一樣強，盡管局部注射的劑量高于肌肉注射的劑量。當將STAR顆粒施用于人類參與者的皮膚時，具有良好的耐受性，并能有效產生微孔。
STAR顆粒的使用為增加藥物和疫苗皮膚給藥提供了一種簡單、低成本且耐受性良好的方法，并且可以擴大可以局部給藥的化合物的范圍。
Tadros,A.R., et al. STAR particles for enhanced topical drug andvaccine delivery. Nat Med (2020).
https://doi.org/10.1038/s41591-020-0787-6
5. Nature Commun.：強大的金屬-載體相互作用助力熱穩定單原子催化劑的可擴展生產
單原子催化劑（SACs）在許多異相反應中均表現出優異的催化性能。然而，以簡單且可擴展的方式生產熱穩定的SACs仍然是一項艱巨的挑戰。近日,中科院大連化物所張濤院士，李為臻，喬波濤等人報告了通過將亞微米RuO2聚集體料與MgAl1.2Fe0.8O4尖晶石（MAFO）進行物理混合，從商業RuO2粉中合成Ru-SACs的制備策略。
文章要點：
1）首先實現了MAFO在高溫下將亞微米Ru聚集體分散成單個原子的卓越功效。將商業RuO2粉代替亞微米RuO2聚集體和MAFO進行簡單的物理混合研磨，并在900 °C的空氣中（表示為Ru1/MAFO-900）或500 °C（表示為Ru/MAFO-500）中煅燒5小時。采用AC-HAADF-STEM證明了MAFO尖晶石載體上有高密度均勻分散的Ru單原子。
2）對于2％（重量）Ru負載的催化劑，優化的Fe比應為x =1；對于較低的Ru含量，需要進一步研究優化的Fe含量。研究認為，只要存在足夠的穩定位點，鐵含量越小越好。
3）研究了Ru / MAFO催化劑對一氧化二氮（N2O）分解的催化性能，在較低的起燃溫度下，在兩個N2O濃度下，Ru1/MAFO-900SAC的活性都比Ru/MAFO-500大得多。Ru1/MAFO-900在550°C時對低N2O濃度的分解也顯示出優異的穩定性，在運行100 h時，轉化率仍保持約76 ％；盡管Ru / MAFO-500在這些條件下也非常穩定，但轉化率僅為25％。因此可以得出Ru SACs具有出色的熱穩定性，在低濃度和高濃度下均可以催化N2O分解性能。
4）研究了RuO2分散的機理，研究認為RuO2和MAFO在煅燒之前進行緊密的物理混合（PM）對于最大化Ru單原子的最終分散至關重要。同時還研究了通過空氣煅燒對RuO2分散的動力學的影響。
5）通過密度泛函理論（DFT）計算研究了MAFO的強共價金屬-載體相互作用（CMSI）促進RuO2分散的可能性。結果表明，Fe原子的存在會減弱簇中的Ru-Ru相互作用并促進RuO2的分散。因此，在MAFO載體中的FeOx位點與RuO2聚集體之間強CMSI 可以促進Ru原子/RuO2亞單元的反奧斯特瓦爾德熟化。
Liu,K., Zhao, X., Ren, G. et al. Strong metal-support interaction promoted scalableproduction of thermally stable single-atom catalysts. Nat Commun ,2020
DOI：10.1038/s41467-020-14984-9
https://doi.org/10.1038/s41467-020-14984-9
6. Nature Commun.：增強的光路和電子擴散長度可實現高效鈣鈦礦疊層電池
基于金屬鹵化物鈣鈦礦子電池的疊層太陽能電池提供了超過單結極限的功率轉換效率（PCE）的途徑。然而，由于光子收集效率低下，據報道，疊層電池的PCE值目前仍低于其潛力。多倫多大學Edward H. Sargent團隊通過保持鈣鈦礦薄膜的光滑形態來增加光程長度，同時使用一種增強溶劑萃取的方法來增加鈣鈦礦厚度。
本文要點：
1）這些薄膜的載流子收集受到電子擴散長度不足的限制。進一步發現，添加路易斯堿會降低陷阱密度，并使電子擴散長度增加到2.3 μm，從而使1.63 eV半透明鈣鈦礦電池的平均PCE達到19％，平均近紅外透射率為85％。。
2）鈣鈦礦頂部電池與溶液處理的膠體量子點/有機雜化底部電池相結合產生的PCE為24％；將鈣鈦礦電池與硅底部電池耦合時，PCE為28.2％。
Chen,B., Baek, S., Hou, Y. et al. Enhanced optical path and electron diffusionlength enable high-efficiency perovskite tandems. Nat. Commun., 2020.
DOI：10.1038/s41467-020-15077-3.
https://doi.org/10.1038/s41467-020-15077-3
7. Joule: 三氟甲基化策略助力超高效超低帶隙受體有機太陽能電池
在非富勒烯型受體的協助下有機太陽能電池的功率轉換效率已經超過了16%。然而，如何設計并合成具有超低帶隙寬度的非富勒烯受體來突破近紅外光區的吸收極限仍然充滿著挑戰。近日，南方科技大學化學系的何鳳副教授團隊采用三氟甲基化策略制備了一種名為BTIC-CF3-γ的非富勒烯受體成功地解決了上述問題。
本文要點：
1) 研究人員將三氟甲基化策略成功地運用到非富勒烯受體上成功地制備了一種具有超低帶隙寬度的分子（叫做BTIC-CF3-γ）。與其氟代類似物和氯代類似物相比，三氟甲基化的BTIC-CF3-γ具有最大的紅移吸收。研究人員通過單晶結構分析發現分子中心的H團簇與端基官能團的J團簇之間的協同π-π相互作用形成了三維互穿網絡，從而在不同的受體分子之間提供了更多的電子躍遷連接。
2) BTIC-CF3-γ與PDBD-TF共混后實現高達15.59%的功率轉化效率，這是目前所報道的窄帶隙非富勒烯受體中的最高效率值。值得注意的是，BTIC-CF3-γ的強烈紅移吸收使得三元器件的功率轉換效率也達到了16.50%。該工作表明三氟甲基化策略是一種非常有效地提高窄帶隙非富勒烯受體有機太陽能電池效率的手段。
HanjianLai et al, Trifluoromethylation Enables a 3D Interpenetrated Low-Band-GapAcceptor for Efficient Organic Solar Cells, Joule, 2020
DOI:10.1016/j.joule.2020.02.004
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30082-9?rss=yes
8. Matter：可穿戴器件的又一進步：一種色彩斑斕、棉質般柔軟的可光充電織物
用于發電的智能紡織品是一種卓越的能源解決方案，大大提高了穿戴式生物電子產品的便利性和舒適性。然而，保持電力供應的可持續性和穩定性雖然非常可取，但仍然是一個巨大的挑戰。在此，重慶大學范興、中國科學院過程工程研究所聶毅、加利福尼亞大學洛杉磯分校Jun Chen等人展示了一種由經濟可行性的材料經可擴展的制造技術制造的可光充電織物。
本文要點：
1）該織物由光伏集能部件和可充電織物電池組成自充電電源單元。從輕質、低成本的聚合物纖維開始，利用工業編織技術，可以大規模生產光充電織物，給社會帶來實際的影響。通過與棉紗混紡，也獲得了色彩斑斕的外觀和棉質的柔軟。
2）該織物在標準1太陽條件下充電1min后，可在0.1mA的條件下恒定輸送10min的電能。它還可以在扭曲和潮濕的環境下正常工作，儲存的能量可以保持60天以上，沒有明顯的電壓損失。這種可光充電面料被證明可以為個性化醫療保健的身體區域傳感器網絡供電。
Zhanget al., Photo-Rechargeable Fabrics as Sustainable and Robust Power Sources forWearable Bioelectronics, Matter, 2020.
DOI:10.1016/j.matt.2020.01.022
https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.01.022
9. Chem: 原子配位結構促進ORR的H2O2選擇性
過氧化氫(H2O2)在化工和醫療行業中具有廣泛的需求，每年全球需求量約為400萬噸。目前工業生產H2O2是通過蒽醌工藝，生產成本高且污染大。利用可再生電力發電，通過電催化過程生產H2O2工藝是極具前景的替代方案之一。電化學生成H2O2有兩種方式：第一種是通過2e-氧還原反應(2e- ORR)；第二種是通過2e-水氧化反應。然而，這兩種途徑都不可避免地受到4e- ORR途徑對H2O或O2的競爭性反應的影響。因此，設計和合成合理的電催化劑活性位點以優化與含氧中間體的結合能具有重要意義。
有鑒于此，格里菲斯大學的姚向東等人合作，綜述了原子配位結構促進ORR的H2O2選擇性的研究進展，提出了M-N-C(M=Mn，Fe，Co，Ni，Cu)作為活性位點的本質。
本文要點：
1）首先，他們介紹了Jiajian Gao 等對M-N-C位點在ORR選擇性的研究工作。M-N-C(M=Mn，Fe，Co，Ni，Cu)均可作為ORR活性位點，其ORR轉移電子數與金屬位點種類有關。ORR電化學測試結果表明，與其他M-N-C相比，固定在N摻雜石墨烯中的Co SACs（Co-N-C）具有高催化產H2O2活性，在0.1M HClO4溶液中，在0.6V下電流密度達到1mA cm-2，法拉第效率大于90%），與貴金屬催化劑活性相當。密度泛函理論計算表明，從Mn到Cu，*OOH，*O，*OH的結合能一般隨M原子中價電子數的增加而增加。
2）缺陷工程策略也可以（包括雙空位缺陷(DV)，單一空位缺陷(SV)，邊緣缺陷）對M-N-C位點進行調節。此外，缺陷的高密度分布為原子金屬-金屬協同作用提供了可能性，從而提高了催化活性，完全改變了反應途徑。
1.Yi Jia et al. Atom-Coordinated Structure Triggers Selective H2O2Production. Chem, 2020.
DOI:10.1016/j.chempr.2020.02.011
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.02.011
2.Jiajian Gao et al. Enabling Direct H2O2 Productionin Acidic Media through Rational Design of Transition Metal Single AtomCatalyst. Chem, 2020.
DOI:10.1016/j.chempr.2019.12.008
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.12.008
10. MaterialsToday：紗線也能儲能？使用MXene涂層紗線的3D編織儲能紡織品
基于紡織品的儲能設備有望替代商用智能服裝中笨重且不舒適的電池。基于纖維和紗線的超級電容器，已該領域占主導地位，已證明約4 cm以下長度的紗線具有出色的電化學性能，但由于電阻增加，紗線生產長度有限。有鑒于此，德雷塞爾大學Genevieve Dion與Yury Gogotsi設計了一種新型的可穿戴儲能器件結構——三維編織超級電容器，并對其進行了原型設計，旨在利用編織織物的結構來提高長紗線電極的性能。
本文要點：
1）使用紗線涂覆平臺，將Ti3C2Tx MXene涂覆在棉紗（1層和2層）和復絲尼龍纖維上，制備了數十米的Ti3C2Tx涂層紗線電極。這項工作證明了MXene涂層紗線自動化生產的可行性，可以使用紡織工業中現有的涂層工藝對其進行復制。
2）涂布后，使用市售的Shima Seiki 3D編織機將紗線編織到紡織品儲能裝置中。這些裝置被編織在一起；電極被編織在絕緣紗的兩邊，作為較大織物上一小塊區域的一部分。
3）研究了編織結構和幾何結構對電化學性能的影響，以嘗試生產具有能量和能量密度的實用化儲能紡織品。最后，在選定器件設計方案后，將三個器件編織在一起，演示了一個紡織儲能器件的工作原型。利用這項工作中使用的工藝，自動化紗線涂層、工業編織技術和紡織超級電容器可以被快速設計、編程、原型化，并實現批量生產。
這是第一篇研究工業相關編織參數的工作，這項工作在設計基于MXene紗線的紡織超級電容器時，可以規模化連續生產無限長度的紗線。
ArianaLevitt et al. 3D knitted energy storage textiles using MXene-coatedyarns. Mater. Today 2020.
DOI:10.1016/j.mattod.2020.02.005.
https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.02.005
