1. Nature Mater.：層狀氧化物固相合成中熱力學和動力學的相互作用
在合成無機材料時，反應通常會產生非平衡動力學副產物，而不是熱力學平衡相。了解熱力學和動力學之間的競爭對于合理合成目標材料至關重要。有鑒于此，勞倫斯伯克利國家實驗室Wenhao Sun，Gerbrand Ceder報道了利用原位同步輻射X射線衍射研究了兩層(P2)鈉氧化物Na0.67MO2(M=Co，Mn)的多級晶化途徑。
實驗結果表明，在形成平衡的兩層P2多晶型物之前，通過亞穩的三層O3，O3'和P3相進行了一系列快速的非平衡相變。同時，提出了一個理論框架來合理化實驗觀察到的相變，即使P2是平衡相，粉末前體之間的成分不受限制的反應也有利于非平衡三層中間體的形成。
本文要點：
1）為了了解P2-NaxCoO2的形成，研究人員利用原位同步加速器XRD和差示掃描量熱儀(DSC)觀察到P2層狀金屬氧化物固相陶瓷合成過程中的一系列非平衡三層相。
2）研究人員使用基于粉末前體界面反應模型的從頭算熱力學框架對實驗結果進行了合理的解釋，并提出了控制固相合成中初始相形成的統一原則。
該研究工作闡明了熱力學和動力學之間的微妙競爭關系，為更合理地合成固態陶瓷材料提供了基本的見解。
Bianchini, M., Wang, J., Clément, R.J. et al. The interplay between thermodynamics and kinetics in the solid-state synthesis of layered oxides. Nat. Mater. (2020).
DOI：10.1038/s41563-020-0688-6
https://doi.org/10.1038/s41563-020-0688-6
2. Nature Mater.: 具有半導體性能的中尺度有序二維π共軛聚合物的合成
具有高載流子遷移率和可調帶隙的二維材料因其在納米電子學中的潛在用途而吸引了廣泛的研究。二維π共軛聚合物構成了一個有前途的子類，可以通過改變分子構件來控制能帶結構，同時保留諸如狄拉克錐和高電荷遷移率等關鍵特征。迄今為止，在探索的合成中，二維π-共軛聚合物（2DCPs）應用的主要障礙是小尺寸和高缺陷密度。
近日，加拿大湖首大學M. C. Gallagher, 加拿大國家科學研究所F. Rosei, 麥吉爾大學D. F. Perepichka和意大利CNR的G. Contini等人展示了在Au（111）上制備出具有半導體性能，狄拉克錐結構和平坦帶的中尺度有序π-共軛二維聚合物kagome晶格。
本文要點：
1）通過預熱Au（111）表面上沉積的剛性氮雜三氮烯前體的Ullmann偶聯，制備了中尺度有序的2D CP，域尺寸大于100×100nm2。該方法有利于分子擴散并消除網絡中的空隙。
2）氮雜三氮烯前體在kagome晶格中聚合，這固有地導致狄拉克錐和平坦帶的存在。通過選擇中心原子和橋接基團，可以將2DCP能帶結構調整為Dirac半金屬或半導體，而不會影響網絡形態。
3）研究者使用了D3h對稱的三溴三氧雜氮雜三氮烯（TBTANG）和三溴三氧雜氮雜三氮雜烯（TBTANGO），根據DFT計算，它們預計將分別形成帶隙為1.8和2.4 eV的半導體2DCPs。兩種前體都是三苯胺的衍生物，三苯胺是光電子器件中使用的一種眾所周知的空穴傳輸材料。氧橋（用于TBTANG）或羰基（用于TBTANGO）確保平面幾何形狀，從而改善π共軛，并分別通過給電子或吸電子效應調節電子性質。
這些結果為二維π共軛聚合物狄拉克錐材料的合成及其將其集成到器件中提供了機會。
Synthesis of mesoscale ordered two-dimensional π-conjugated polymers with semiconducting properties, Nature Materials, 2020.
DOI: 10.1038/s41563-020-0682-z
https://www.nature.com/articles/s41563-020-0682-z
3. Nature Energy：化學計量甲烷在常溫下光化學循環轉化為乙烷
甲烷的活化和利用是現代科學研究面臨的主要挑戰之一。甲烷是一種制造增值燃料和化學品的重要原料。然而，目前大多數工藝都需要過高的反應溫度，并且表現出不足的選擇性。
有鑒于此，法國里爾大學Vitaly V. Ordomsky，Andrei Y . Khodakov報道了使用銀-雜多酸-二氧化鈦納米復合材料，在室溫下甲烷轉化為乙烷的光化學循環策略，該化合物具有高選擇性（超過90％），顯著的C2H6產率（超過9％），高量子效率（QE 在362 nm處為3.5％）和出色的穩定性。
本文要點：
1）研究人員在間歇式光反應器中研究了TiO2、磷鎢酸(HPW)和含不同金屬的HPW/TiO2復合材料上甲烷的光化學轉化。由于反應器內的氣相只含甲烷，不含氧氣或其他氣體，因此，甲烷氧化成CO2的氧氣來源是由光反應器中存在的固體(TiO2、HPW等)。研究發現，含HPW/TiO2復合材料的甲烷轉化可制得C2H6和CO2。同時，Pt和Ag基HPW/TiO2納米復合材料具有較高的產率和乙烷選擇性。此外，與Pt和Au基催化劑相比，Ag-HPW/TiO2具有更高的乙烷選擇性和甲烷轉化率。在Ag-HPW/TiO2納米復合材料上，甲烷偶聯合成乙烷和丙烷的總選擇性大于90%。
2）研究人員通過TEM、STEM-HAADF、STEM-EDX表征了Ag-HPW/TiO2樣品。結果表明，樣品具有平均尺寸為30-40 nm的不規則形貌的TiO2微晶。STEM-EDX圖表明，在TiO2晶體上形成了一層薄薄的HPW(1-2 nm)。同時，極小的銀納米顆粒(可能以氧化銀的形式存在)平均直徑為1.9 nm，均勻分散在HPW/TiO2表面。
3）研究表明，乙烷合成涉及化學計量甲烷與高度分散的銀陽離子物種的反應。在反應過程中，光敏的陽離子銀物種被還原為銀金屬。同時，分散在覆蓋TiO2的HPW層中的銀離子是甲烷偶聯為乙烷所必需的。此外，該納米復合材料可以通過在室溫下暴露于空氣中，并通過輻照進行可逆再生。
該研究提出了一種可行的光化學循環策略，用于甲烷在常溫照射下選擇性準定量合成乙烷和高級烴。
Yu, X., Zholobenko, V.L., Moldovan, S. et al. Stoichiometric methane conversion to ethane using photochemical looping at ambient temperature. Nat. Energy (2020)
DOI：10.1038/s41560-020-0616-7
https://doi.org/10.1038/s41560-020-0616-7
4. Nature Commun.：硼酸催化的二醇糖基化反應
內消旋-二醇(meso-diol)的化學消旋化反應對精確和高效合成手性分子有非常高的活性，但是雖然酶催化的糖基化反應在自然界中廣泛存在，目前內消旋-二醇的糖基化反應仍沒有較好的方法，因此慶應大學Daisuke Takahashi, Kazunobu Toshima等報道了一種高效的通過1，2-順式-二醇糖基化反應，反應中通過硼酸催化生成內消旋肌醇（myo-inositol）1,3,5-orthoesters方法，并通過DFT計算對該反應進行了預測。結果顯示該內消旋-二醇在糖基的C2位點顯示了較高的立體選擇反應性。此外，這種方法能夠應用于磷脂酰肌醇甘露糖苷核心結構、糖基磷脂酰肌醇核心結構的合成，抗生素中LLBM-782組分中的β-甘露糖苷的合成。
本文要點：
實現了對二醇的對映選擇性消旋的1,2-順式-糖基化反應，通過硼酸催化劑和1,2-anhydro donors配合實現了有效的反應。這種合成策略在將來的應用可能涵蓋多種糖苷的合成過程。
Masamichi Tanaka, et al. Diastereoselective desymmetric 1,2-cis-glycosylation of meso-diols via chirality transfer from a glycosyl donor, Nature Commun 2020, 11, 2431
DOI：10.1038/s41467-020-16365-8
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16365-8
5. Nature Commun.：~80 nm寬激光的納米力學探測器
光學方法對運動變化過程檢測在檢測領域中大量應用，最近微型/納米級的光動力系統得到開發，并成功應用于芯片力學檢測平臺，對緊湊集成的光學運動傳感器的發展起到重要引領作用。但是目前這些系統中通常應用較窄的和噪聲較低的激光，因此對運動過程監測受到較大約束。
目前埃因霍溫科技大學Tianran Liu等成功制備了一個納米力學檢測器件，通過較寬的光（~80 nm）就能夠很好的工作，這種器件平臺集成了三維定向耦合器、雙通道波導光電二極管，展現了較小的位移不精確（45 fm/Hz1/2），同時動態變化范圍達到＞30 nm。這種寬光學帶寬避免了對激光的精細調節，并且為納米力學探測器件的發展展現了發展前景。
本文要點：
1）制備的器件在＞50 dB動態位移變化過程中的精確度達到30 fm Hz-1/2，并且激光的帶寬可以寬達＞80 nm，避免了對高質量激光的需求，并且該器件不會受到激光頻率的作用產生噪聲。
2） 器件的結構：在SiO2基底上制備InP膜，隨后在InP膜上集成激光檢測器等組分，波導通過220 nm后的InGaAsP犧牲層將InP電極分開，在器件上部修飾330 nm厚的p摻雜InP膜和20 nm厚的p-InGaAs，InP膜的下面是220 nm厚的非摻雜InP和50 nm厚n-InP層雙層材料。
Tianran Liu, et al. Integrated nano-optomechanical displacement sensor with ultrawide optical bandwidth，Nature Commun. 2020, 11, 2407
DOI：10.1038/s41467-020-16269-7
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16269-7
6. Nature Commun.：SnS材料面內鐵電性能研究
二維范德瓦爾斯鐵電材料目前在納米電子學領域展現出具有較好的應用潛力，雖然目前在低至單層二維材料的面外（out-of-plane）鐵電轉換材料中取得了一些進步，但是目前還沒有開發出單層二維面內（in-plane）鐵電材料。目前東京大學Kosuke Nagashio等在毫米大小的單層SnS材料中發現了面內鐵電性能，SnS是一種具有奇/偶相關特性的二維材料，只有當SnS材料的奇數（odd-number）層中心對稱效應被破壞，SnS才會表現出鐵電性能。但是當SnS的層數低于15層，奇數和偶數層的SnS都能體現較強的室溫鐵電性能。這個結果說明，通過控制多層SnS的堆疊順序，能很好的調控鐵電性質。本工作為開發納米尺度界面內鐵電平臺提供了經驗。
本文要點：
材料合成。通過分子束外延生長方法生長SnS材料，但是簡單的氣相沉積方法無法控制材料的層數，因此作者通過在PVD生長過程中控制SnS脫附過程，在控制生長過程中的壓力和溫度，實現了精確控制SnS的層數/厚度。通過極性Raman、SHG光譜測試，結果顯示SnS和Ag電極之間的強Schottky接觸抑制了SnS材料中電流的流通，進而低于15層的SnS在室溫中產生鐵電性能。本工作說明，通過調節多層SnS的堆疊順序，有效的控制二維材料的鐵電性能。通過調控SnS中產生鐵電性能，SnS將來可能應用于熱電和壓電器件中。作者發現9層SnS材料的矯頑電場達到~25 kV cm-1，這個數值和塊體SnS材料的柵極引發的非中心對稱數值可比擬（~10.7 kV cm-1）。這個數值比單層SnS材料的理論計算值（1.8×103 kV cm-1）更低。這種區別通常可能是由于SnS和基底之間熱擴散系數不同導致SnS中存在移動疇壁或晶格應變導致。
Naoki Higashitarumizu, et al. Purely in-plane ferroelectricity in monolayer SnS at room temperature. Nature Commun. 2020, 11, 2428
DOI：10.1038/s41467-020-16291-9
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16291-9
7. Nature Commun.: CO2催化加氫制甲醇過程中銅和鋅之間的獨特相互作用
盡管在將CO2化學轉化為甲醇的化學領域中進行了大量工作，但是Cu / ZnO催化劑的高活性性質，包括反應機理和催化劑活性位點的結構，仍然是激烈爭論的主題。瑞士保羅謝勒研究所Maxim Zabilskiy和Jeroen A. van Bokhoven等人通過使用高壓操作技術、結構分析和電鏡觀察以及理論建模，揭示了CO2催化加氫制甲醇過程中銅和鋅之間的獨特相互作用。
本文要點：
1）提供了直接的證據甲酸鋅是可觀察到的主要反應中間體，在氫存在下可轉化為甲醇。
2）銅-鋅合金在反應條件下會氧化成甲酸鋅，氧化鋅和金屬銅。鋅和銅相之間的緊密接觸促進了甲酸鋅的形成以及其被氫氫化成甲醇的能力。
Maxim Zabilskiy, et al. The unique interplay between copper and zinc during catalytic carbon dioxide hydrogenation to methanol, Nat. Commun., 2020.
DOI: 10.1038/s41467-020-16342-1
https://www.nature.com/articles/s41467-020-16342-1
8. AM: 無金屬氫鍵聚合物模擬貴金屬電催化劑
用于電化學制氫反應（HER）的最活躍，最有效的催化劑是鉑基材料，但其增加了制氫的成本，從而限制了廣泛采用。林茨約翰·開普勒大學Philipp Stadler等人介紹了一種非金屬的有機電催化劑，展示出比擬鉑的優異的HER性能。
本文要點：
1）該催化劑通過高功函數并結合氫鍵來模擬鉑的表面，從酶學啟發而來的這些基序在這里被用作選擇性反應中心。
2）酮胺氫鍵基序加快了質子還原成分子氫的速率確定步驟。酮胺官能化聚合物與鉑具有某些關鍵特性：相似的功函數以及出色的電化學穩定性和化學穩定性。這些特性可證明該材料連續HER運行一周，而沒有明顯的降解或與載體電極的分層。
3）研究者也進行了大規模的連續電解，使用2.3 mg的聚合物電催化劑在不到9小時的時間內產生了1 L的凈分子氫。
Halime Coskun, et al. Metal‐Free Hydrogen‐Bonded Polymers Mimic Noble Metal Electrocatalysts, Adv. Mater,. 2020.
DOI: 10.1002/adma.201902177
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902177
9. AM: 多室管狀微馬達，以增強局部主動傳遞
具有空間分辨隔室的管狀微電機被提供用于有效的特定地點貨物輸送，其具有后端鋅（Zn）推進劑發動機段和預先裝載貨物的明膠段，其進一步由pH響應帽保護。多室微電機顯示出強大的胃動力推進力，其壽命可調，具體取決于Zn段長度。這種推進通過推動和撞擊前端貨物段到胃壁上來顯著增強馬達在胃組織中的分布和保留。一旦微馬達穿透胃粘膜（pH≥6)，其pH響應帽溶解，促進了自主局部貨物的釋放。加州大學圣地亞哥分校Joseph Wang和張良方等人系統地測試和討論了制造過程，物理化學性質和推進行為。
本文要點：
1）增強保留。使用老鼠模型，裝載有模型貨物的多室馬達與單室馬達相比，顯示出均勻的貨物分布以及在胃襯里中大約四倍增強的保留，同時沒有顯示明顯的毒性。
2）組合治療。除了基于明膠的隔室之外，治療有效載荷還可以加載到pH響應性帽中，導致同時遞送和順序釋放雙重貨物以進行組合治療。總體而言，這種多室微馬達系統提供了獨特的功能和優勢，將進一步推動合成微馬達的開發，用于生物醫學貨物的主動運輸和局部遞送。
Esteban‐Fernández de ávila, et al. Multicompartment Tubular Micromotors Toward Enhanced Localized Active Delivery. Adv. Mater. 2020, 2000091.
DOI: 10.1002/adma.202000091
https://doi.org/10.1002/adma.202000091
10. ACS Nano：Cu@BN復合材料合成和其在智能玻璃上的應用
Cu納米線材料網絡具有取代ITO作為先進光電子學器件透明電極的潛力，但是Cu電極在大氣環境中容易發生降解，這阻礙了其實際應用，目前廈門大學蔡端俊、李森森等通過低壓氣相沉積外延生長方法在Cu納米線網絡上生長少量原子層結構的h-BN材料，得到的材料在高濕度（RH 95 %）、真空條件的900 ℃高溫、NaOH/H2O2溶液中保持了較好的穩定性。得到的Cu納米線材料顯示了高通光性能（~93 %）、高導電性（60.9 Ω/sq）。通過將Cu@h-BN納米線和液晶材料結合制備了一種智能隱私玻璃，實現了在0.26 s內實現快速透明到不透明的轉變。此外，該玻璃具有阻擋中紅外光線的作用，實現了節能作用。以上發現說明這種Cu@h-BN材料在高性能的電子器件和光電器件中有廣泛的應用前景。
本文要點：
1）制備反應。CuCl2·2H2O和Ni(acac)2在油胺中混合，在180 ℃中加熱4 h，降至室溫后加入己烷溶劑得到Cu納米線材料。將納米線通過硝酸纖維素膜過濾，隨后將含有Cu納米線網絡的硝酸纖維素放置于各種基底上，隨后加壓處理15 s，將硝酸纖維素膜從基底上剝離，實現了將Cu納米線網絡轉移到SiO2，石英，PET薄膜上。
2）在Cu上負載原子層厚度的h-BN。在900 ℃中通過H2/Ar載氣攜帶borazane作為反應氣。在900 ℃ 10-4 Torr中反應1 min實現了負載原子層厚度的BN。隨后從加熱區快速脫離實現快速冷卻。通過循環多次反應，控制BN厚度。
3）智能轉變玻璃。將8 μm厚的間隔物放置在兩個Cu@h-BN導電玻璃之間，隨后在真空氣氛中緊密放置3 min，隨后通過UV光照射2 min；隨后將PDLC聚合物在85 ℃中注射到兩塊導電玻璃之間；最后將Ag負載到邊緣作為電極。
Guozhen Liu, et al. Cu Nanowires Passivated with Hexagonal Boron Nitride - An Ultra-Stable, Selectively Transparent Conductor，ACS Nano 2020
DOI：10.1021/acsnano.0c00109
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c00109
11. Small：高效NIR鈣鈦礦光電探測器
三陽離子混合金屬鹵化物鈣鈦礦是重要的光電材料，因為它們具有高的光子至電子轉換效率，低激子結合能和良好的熱穩定性。然而，由于鈣鈦礦在較長的波長（尤其是在帶邊附近和在帶隙波長附近）在較長波長處的固有吸收較弱，因此在近紅外（NIR）中光子至電子的轉換效率較低。中國科學院長春光學精密機械與物理研究所于偉利，郭春雷（羅徹斯特大學）和Subhash C. Singh（羅徹斯特大學）等人設計并制造了等離子體功能化的鈣鈦礦光電探測器（PD）。
本文要點：
1）其中將鈣鈦礦（（Cs0.06FA0.79MA0.15）Pb（I0.85Br0.15）3）活性材料旋涂在金屬表面上。領結結納米天線（BNA）陣列基板。在785 nm激光照射下，在鈣鈦礦的帶狀邊緣附近，與基于Si/SiO2的正常PD相比，基于BNA的等離子PD的光響應增強了約2962％。
2）此外，等離子PD的檢測值為1.5×1012，外部量子效率高達188.8％，是正常PD的30倍以上。等離子體PD性能的強勁提升歸因于通過局部表面等離子體共振的耦合，BNA陣列周圍的電場增強。演示的BNA-鈣鈦礦設計還可以用于增強其他光電器件的性能，并且該概念可以擴展到具有不同活性材料的其他光譜區域。
Bin Wang et al. Boosting Perovskite Photodetector Performance in NIR Using Plasmonic Bowtie Nanoantenna Arrays，Small, 2020.
DOI：10.1002/smll.202001417.
https://doi.org/10.1002/smll.202001417
