1. Chem. Rev.: 復合固體中的可移動離子
固態基體中的快速離子傳導為使用固體電解質(SEs)的各種電化學系統奠定了基礎,其中包括固態電池(SSBs),固體氧化物燃料電池(SOFCs)和多樣化的氣體傳感器。
本文要點:
1)在缺陷化學和界面反應的背景下,討論了CSEs中離子電導率相對于其單相母體得到提高的起源。
2)表征技術作為理解離子是如何與其復合環境相互作用的一種手段,研究人員還總結了在不同時空尺度上探索離子輸運動力學的表征技術。
3)最后研究人員還展望了關于CSEs未來研究的一些關鍵主題:
ZheyiZou, et al. Mobile Ions in Composite Solids. Chem. Rev. 2020.
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00760.
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00760
2. Angew綜述: 增強Pt基電催化劑的氧還原活性: 從理論到實際
鉑基電催化劑被認為是促進氧還原反應(ORR)的最有希望的選擇之一,而使其成功應用的關鍵因素是減少所需的鉑含量。
有鑒于此,加拿大滑鐵盧大學陳忠偉,河南師范大學白正宇,美國阿貢國家實驗室陸俊綜述了使ORR活性增強和持續的理論機理,以及使用Pt基電催化劑實現增強ORR的各種實用方法。
文章要點:
1)首先闡明鉑表面上的ORR機理,并基于中間體及其結合能分析速率確定關鍵步驟。
2)將活性增強的理論機制分為兩個方面(最大程度地增加Pt原子在氧氣中的暴露并調整Pt原子的電子結構),并回顧每個方面的特定作用如何改變Pt位點的性質,從而改變其ORR性能。
3)綜述了實現這些效果的各種實用方法(分為尺寸減小,形狀控制和消除核心Pt),重點是這些方法如何改變與ORR機理相關的電子結構和化學結合能。
4)提出了關于ORR未來研究方向的觀點,這些方向有望進一步增強基于Pt的ORR電催化劑活性以及應對關于PEMFC的挑戰。
Ma,Z., et al, Enhancing Oxygen Reduction Activity of Pt‐based Electrocatalysts: from Theoretical Mechanisms to PracticalMethods. Angew. Chem. Int. Ed.., 2020
DOI:
https://doi.org/10.1002/anie.202003654
3. Angew: 電解質溶劑化處理可實現性能優異的室溫鈣金屬電池
多價離子電池(Mg,Ca,Zn,Al等)在未來儲能應用中占有舉足輕重的地位。
本文要點:
1)通過操縱鈣離子的溶劑化結構,在室溫下實現了鈣金屬的可逆沉積與溶解,能顯著提高鈣金屬負極可逆性。
2)LiBH4鹽的添加顯著降低了第一個溶劑化鞘中Ca2+的配位數,從而降低了電解質的溶劑化能。
3)使用Ca(BH4)2-LiBH4-THF電解質在恒電流測試條件下首周庫倫效率高達99.1%,并且在200個循環中表現非常穩定。
ShuhongJiao, et al. Electrolyte Solvation Manipulation Enables Unprecedented Room‐Temperature Calcium Metal Batteries, Angew. Chem. 2020
DOI:10.1002/ange.202002274
https://doi.org/10.1002/ange.202002274
4. AM: 納米纖維素基功能材料: 在自下而上的制備過程中利用結構-性能關系
使用自下而上的制造策略來概括在自然界(如木材、鹿角、骨頭和絲綢)中發現的精確的層次結構本身就是一個挑戰。
有鑒于此,瑞士國家聯邦實驗室EMPA的Gustav Nystr?m等人,綜述了納米纖維素基功能材料的制備研究進展。
本文要點:
1)介紹了通過各種制造技術將納米纖維素組織成仿生排列,多孔和纖維狀材料的方法。
2)面臨的挑戰包括:
3)盡管納米纖維素作為自下而上合成策略的基本結構單元具有巨大的內在潛力,但由于需要在納米和微米尺度上實現近乎完美的組織,因此要提高納米纖維素基功能材料的性能仍然具有挑戰性。
總之,該工作有助于促進納米纖維素基功能材料的制備和開發。
KevinDe France et al. Functional Materials from Nanocellulose: Utilizing Structure–Property Relationships in Bottom‐UpFabrication. Advanced Materials, 2020.
DOI:10.1002/adma.202000657
https://doi.org/10.1002/adma.202000657
5. AEM: 集成有機光伏和超級電容器的高效超柔性光電充電系統
由光伏電池和能量存儲單元組成的集成式光充電設備具有靈活且生物相容等特點,這可以為下一代可穿戴電子設備或生物醫學設備提供獨立的電源。
本文要點:
1) 光電充電設備的總效率接近6%,厚度小于50 μm。
2)該器件還具有出色的操作穩定性(100個充電/放電循環一周后,效率保持96%以上)和機械堅固性(在2mm半徑處彎曲5000次后,效率保持94.66%),從而提供了高功率以及用于柔性和可穿戴電子設備的長期運行能源。
RuiyuanLiu et al. An Efficient Ultra‐Flexible Photo‐Charging System IntegratingOrganic Photovoltaics and Supercapacitors,AEM,2020.
DOI:10.1002/aenm.202000523.
https://doi.org/10.1002/aenm.202000523
6. ACS Nano: 氮化碳空心納米調節器同時實現超聲、熒光、紅外熱成像協同PTT/PDT
“智能”納米抗癌藥物在根除腫瘤方面目前效率有限,因此需要開發理想的具有診斷和治療作用的納米藥物。
本文要點:
1)輻照后, R-NCNP納米調節器顯示出對水分子顯著的催化分解作用,由于C3N4殼層的存在,導致氧水平持續升高,從而促進腫瘤氧合,緩解腫瘤缺氧。
2)所產生的氧泡用作回聲源,觸發組織阻抗失配,從而增強回聲信號的產生,使其成為可激光激活的超聲成像劑。
3)此外,封裝的光敏劑和C3N4層狀光敏劑同時被激活,以最大限度地提高ROS的產量,實現了用于增強PDT的三重光敏劑混合納米系統。
4)有趣的是,N-GQDs賦予R-NCNP納米調節器光熱效應,使其顯示出可觀的光熱結果和紅外熱成像(IRT)。
5)重要的是,進一步的分析表明,聚合物修飾的R-NCNPs主動靶向特定的腫瘤組織,并顯示出三模態US/IRT/FL成像輔助的PTT/PDT協同作用,用于實時監測腫瘤消融和療效評估。
XingZhang, et al. Carbon Nitride Hollow Theranostic Nanoregulators ExecutingLaser-Activatable Water Splitting for Enhanced Ultrasound/Fluorescence Imagingand Cooperative Phototherapy, ACS Nano, 2020.
DOI:10.1021/acsnano.9b08737
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08737
7. ACS Nano: Au(111)上厘米級單層MoS2單晶的外延生長
二維(2D)半導體過渡金屬二硫化物(TMDs)已引起了下一代納米電子學和光電子學中極大的關注,以用于將器件尺寸減小至十納米。
有鑒于此,北京大學,北京石墨烯研究院張艷峰教授,陳清教授,清華-伯克利深圳學院鄒小龍副教授報道了通過熔化和固化商業Au箔,獲得了在晶片上單層MoS2單晶在鄰近Au(111)薄膜上的外延生長。
文章要點:
1)使用Au(111)單晶作為生長模板,該模板是通過將商用Au箔在W箔上熔化并重新固化而獲得的。
2)使用原子級到厘米級的表征技術表明,MoS2具有單向對齊和無縫拼接。
3)通過利用現場掃描隧道顯微鏡表征與第一性原理計算相結合,發現MoS2單層成核主要受Au(111)上臺階的引導,這導致MoS2沿<110>臺階邊緣高度定向生長。
這項工作為MoS2單層的實際應用和2D電子產品的大規模集成邁出了重要的一步。
PengfeiYang, et al, Epitaxial Growth of Centimeter-Scale Single-Crystal MoS2 Monolayeron Au (111), ACS Nano, 2020
DOI:10.1021/acsnano.0c01478
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01478
8. National Science Review(NSR): 具有分層孔的異質空心殼有效地順序收集太陽光
在自然界中,光的順序采集廣泛存在于能進行產氧性光合作用的大型單細胞原核生物比如藍細菌中,以最大程度地吸收光并提高光合作用效率。
受自然界的啟發,南京郵電大學黃維院士,中國科學院過程工程研究所,國科大王丹研究員報道了首次實現了具有光連續捕獲能力的異質空心多殼結構(HoMSs)的設計和合成。
文章要點:
1)提出了從外殼到內殼以及從單個納米顆粒亞基的外部到內部的順序吸收光的新概念,可以有效地改善光吸收,減少光熱轉換并減少載流子重組,從而顯著提高光轉換效率。
2)4S-TCHoMSs和3S-CFHoMSs增強了光催化水分解性能,具有增強的順序集光能力和其他結構優勢包括:
YanzeWei, et al, Efficient sequential harvesting of solar light by heterogeneoushollow shells with hierarchical pores, National Science Review, 2020
DOI:
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa059
9. Small: 具有定向載流子遷移的非對稱Au-ZnO納米棒陣列的增強型壓電光電催化
由于有限的光利用和快速的載流子重組,當前的光催化半導體通常具有低催化性能。
文章要點:
1)報道了在FTO基板上垂直對齊的Asy-Au-ZnO納米棒陣列的制造過程。
2)ZnO納米棒陣列的俯視圖和橫截面掃描電子顯微鏡(SEM)圖像顯示,ZnO納米棒在FTO基板上均勻且垂直對齊。
3)除了貴金屬/半導體肖特基結的常規特性外,合理設計的異質結構還具有其他一些優點:
總之,該研究為光催化和壓電催化的協同作用設計獨特的不對稱納米結構開辟了一條新途徑。
Xiang,D., et al, Enhanced Piezo‐Photoelectric Catalysis with Oriented Carrier Migration inAsymmetric Au?ZnO Nanorod Array. Small 2020,
DOI:
https://doi.org/10.1002/smll.201907603
10. Biomaterials: 具有最佳熒光亮度的AIEgen用于熒光成像癌癥手術
NIR熒光成像指導的癌癥手術已用于臨床,開發高亮度和穩定的NIR熒光團對于實現有效的生物成像和圖像指導的手術至關重要,同時具有高吸收系數和光致發光量子產率(PLQY)的有機近紅外(NIR)發射器是生物醫學成像的理想之選,但由于這兩個方面通常是矛盾的,因此鮮有報道。
為此,香港科技大學唐本忠教授和南開大學丁丹研究員團隊近日報道了一種蜻蜓形的近紅外聚集誘導發光分子(AIEgen),具有最佳熒光亮度(高吸收系數和PLQY),可用于精確的熒光成像指導的癌癥手術。
本文要點:
1)這種新型AIEgen(PTZ-BT-TPA)與廣泛研究的基于四苯乙烯的AIEgen不同,它具有帶有振動替代物的共軛結構,其中良好的共軛有利于強吸收,而分子振動則可以產生AIE信號。
2)高亮度和穩定的AIE納米顆粒保證了高效的體外細胞成像和體內腫瘤成像。
總之,該項研究工作開發的新型AIEgen,促進了對具有最佳熒光亮度的NIR熒光團的研究,在生物醫學的應用中具有巨大潛力。
Ji Qi et al. Dragonfly-shaped near-infrared AIEgen with optimalfluorescence brightness for precise image-guided cancer surgery. Biomaterials.2020.
https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2020.120036