1. Science：CVD生長(zhǎng)厘米級(jí)MoSi2N4單層膜
二維材料具有許多新穎的特性，在新材料領(lǐng)域備受關(guān)注。今日，中科院金屬所任文才研究員等人通過(guò)在氮化鉬中引入Si元素以鈍化其表面，實(shí)現(xiàn)了CVD生長(zhǎng)厘米級(jí)MoSi2N4單層膜。1）這種那個(gè)單層膜由N-Si-N-Mo-N-Si-N原子層構(gòu)成，可以將其視為MoN2層被夾在兩個(gè)Si-N雙層之間。2）同時(shí)，二維MoSi2N4帶隙為1.94 eV，具有半導(dǎo)體特性。除此之外，該材料具有高強(qiáng)度以及優(yōu)異的穩(wěn)定性，在環(huán)境條件下可穩(wěn)定存在。3）DFT表明，這一系列單層結(jié)構(gòu)的二維層狀材料種類(lèi)豐富，除半導(dǎo)體，還有可能存在金屬、磁性半金屬等。Yi-Lun Hong et al. Chemical vapor deposition of layered two-dimensional MoSi2N4materials. Science 2020, 369, 670-674.
DOI: 10.1126/science.abb7023https://science.sciencemag.org/content/369/6504/670
2. Nat. Rev. Mater.：鹵化物鈣鈦礦的表面從納米到體相
半導(dǎo)體表面通常在確定其特性方面起關(guān)鍵作用。對(duì)于金屬鹵化物鈣鈦礦，了解表面特征及其對(duì)材料和設(shè)備的影響變得越來(lái)越重要。在低至納米尺度的長(zhǎng)度尺度下，由于高的表面體積比，表面特征在調(diào)節(jié)鈣鈦礦材料的性能方面占主導(dǎo)地位。對(duì)于微米范圍內(nèi)的鈣鈦礦塊狀薄膜，缺陷和結(jié)構(gòu)紊亂很容易在表面形成并影響器件性能。加州大學(xué)洛杉磯分校楊陽(yáng)團(tuán)隊(duì)總結(jié)和評(píng)估了對(duì)鈣鈦礦表面的理解以及改進(jìn)鈣鈦礦材料的表面策略以及鈣鈦礦設(shè)備的效率和穩(wěn)定性方面的最新進(jìn)展。通過(guò)共同努力優(yōu)化工藝技術(shù)，現(xiàn)在可以用單層狀多晶晶粒甚至單晶制造高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。因此，表面缺陷仍然是取得進(jìn)展的主要障礙，這使表面研究走入了鈣鈦礦研究的前沿。Xue, J., Wang, R. & Yang, Y. The surface of halide perovskites from nano to bulk. Nat. Rev. Mater. (2020).https://doi.org/10.1038/s41578-020-0221-1
3. PNAS：受限聚電解質(zhì)中的表面極化效應(yīng)
了解具有不同介電常數(shù)的兩種介質(zhì)界面上的納米尺度相互作用對(duì)于控制許多環(huán)境和生物過(guò)程以及提高儲(chǔ)能設(shè)備的效率至關(guān)重要。近日，美國(guó)西北大學(xué)Monica Olvera de la Cruz報(bào)道了由于介電失配引起的極化效應(yīng)對(duì)限制在兩個(gè)帶電表面之間的聚電解質(zhì)溶液的雙層結(jié)構(gòu)具有顯著的影響。1）研究發(fā)現(xiàn)，在限制面上吸附的聚電解質(zhì)雙層的靜電勢(shì)隨著表面電荷密度的增加而降低，表明存在負(fù)的微分電容。此外，在極化效應(yīng)的存在下，存儲(chǔ)在雙層結(jié)構(gòu)中的靜電能量隨著電荷放大的增加而增強(qiáng)，電荷放大是由于在同電荷表面上吸收的離子。2）由于受限聚電解質(zhì)的構(gòu)象熵、帶電物種之間的庫(kù)侖相互作用和介電常數(shù)較低的表面的排斥力之間的相互作用，所有重要的雙層特性（例如電荷放大，能量存儲(chǔ)和微分電容）在很大程度上取決于聚電解質(zhì)主鏈的柔韌性和溶劑質(zhì)量。
Debarshee Bagchi, et al, Surface polarization effects in confined polyelectrolyte solutions, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020DOI: 10.1073/pnas.2007545117https://www.pnas.org/content/early/2020/07/31/2007545117
4. Matter：氧化石墨烯負(fù)載的Ag納米粒子的分子結(jié)構(gòu)促進(jìn)末端炔烴的CO2轉(zhuǎn)化
通過(guò)直接C–H鍵活化將末端炔烴與CO2進(jìn)行羧基化是用于CO2轉(zhuǎn)化極具吸引力的方法，但面臨巨大挑戰(zhàn)和困難。近日，國(guó)家納米科學(xué)中心唐智勇研究員報(bào)道了通過(guò)簡(jiǎn)單的在氧化石墨粉末中引入對(duì)叔丁基苯胺，然后局部生長(zhǎng)納米銀（Ag NPs），成功制備出一種高效催化劑（Ag/tert-GO）。1）相對(duì)于著名的Hammer方法，該剝離氧化石墨粉末的策略具有廉價(jià)、綠色和高效等特性，并且所制備出的超薄tert-GO納米片具有高質(zhì)量。2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，將Ag/tert-GO催化劑用于催化各種末端炔烴的CO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在溫和的條件下表現(xiàn)出通用性和高活性。3）理論計(jì)算表明，Ag NPs周?chē)氲孽０奉?lèi)化合物能夠有效地捕獲CO2，同時(shí)為進(jìn)行羧化反應(yīng)提供了合適的微環(huán)境。這種基于分子水平的自下而上的結(jié)構(gòu)為開(kāi)發(fā)下一代2D材料負(fù)載的催化劑具有重要意義。
Xiaofei Zhang, et al, Boosting CO2 Conversion with Terminal Alkynes by Molecular Architecture of Graphene Oxide-Supported Ag NanoparticlesXiaofei Zhang, Matter, 2020DOI：10.1016/j.matt.2020.07.022https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.07.022
5. Matter：以RuO2@TiO2為基準(zhǔn)以標(biāo)準(zhǔn)化光催化析氧速率
在不同的光催化裝置上進(jìn)行光催化性能的定量比較在技術(shù)上具有挑戰(zhàn)性。近日，德國(guó)馬克斯·普朗克研究所Bettina V. Lotsch報(bào)道了結(jié)合相對(duì)和最佳光子效率的概念，利用光沉積在P25-TiO2光催化劑的RuO2作為內(nèi)部基準(zhǔn)材料，進(jìn)行光催化活性的標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)針對(duì)P25-TiO2光催化劑的析氧反應(yīng)（OER）的可重復(fù)性進(jìn)行了優(yōu)化。1）研究人員確定了一套確保可靠量化光催化OER的通用過(guò)程，包括光反應(yīng)器設(shè)計(jì)、光催化劑分散和控制由犧牲電子受體引起的寄生反應(yīng)。2）研究人員通過(guò)光學(xué)建模和測(cè)量相結(jié)合的方法來(lái)量化基準(zhǔn)吸收光和散射光（分別為λ=300-500 nm的入射光子的7.6%和81.2%)，而不僅僅是入射光（≈AM 1.5G)，以估計(jì)其內(nèi)部量子效率（16%）。
Hugo A. Vignolo-Gonza ′lez, et al, Toward Standardized Photocatalytic Oxygen Evolution Rates Using RuO2@TiO2 as a Benchmark, Matter, 2020DOI：10.1016/j.matt.2020.07.021https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.07.021
6. Angew：活化改性金屬-載體相互作用提高Ru/γ-Al2O3催化劑的環(huán)氧甲烷化活性
Ru/Al2O3是一種用于甲烷化反應(yīng)的高度穩(wěn)定但活性較低的催化劑。近日，德國(guó)烏爾姆大學(xué)Ali M. Abdel-Mageed ，Jürgen Behm報(bào)道了一種有效改善CO2/H2混合物甲烷化反應(yīng)性能的有效方法。1）通過(guò)在還原反應(yīng)氣體中進(jìn)行高溫處理，研究人員制備了具有活性高、出色穩(wěn)定性的Ru/γ-Al2O3催化劑。2）Operando/原位光譜和STEM成像顯示，伴隨著Ru納米顆粒的扁平和高堿性氧化鋁中心的形成，CO和CO2甲烷化的活性分別提高了5倍和14倍。3）研究人員提出金屬-載體相互作用（MSIs）的活化修飾闡明了活性提高的原因，由于還原氣氛中對(duì)Al2O3表面的反應(yīng)性修飾和Ru納米粒子的熱遷移率增加，使得MSIs轉(zhuǎn)移到修飾的表面位置。該研究工作有望作為還原氣氛反應(yīng)中改性氧化鋁負(fù)載貴金屬催化劑的通用策略。
Shilong Chen, et al, Raising the COx Methanation Activity of a Ru/γ-Al2O3 Catalyst by Activated Modification of Metal-Support Interactions, Angew. Chem. Int. Ed.DOI：10.1002/anie.202007228https://doi.org/10.1002/anie.202007228
7. Angew：利用雙模態(tài)MRI/近紅外成像對(duì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療效果進(jìn)行時(shí)空?qǐng)?bào)告
難以對(duì)體內(nèi)羥基自由基(?OH)的療效進(jìn)行反饋的是化學(xué)動(dòng)力學(xué)治療面臨的主要瓶頸之一。華東理工大學(xué)郭志前教授設(shè)計(jì)了一種新的基于芬頓反應(yīng)的納米診療藥物NQ-Cy@Fe&GOD，它可將雙模態(tài)近紅外(NIR)熒光和磁共振成像(MRI)信號(hào)創(chuàng)新性地結(jié)合在一起，用于對(duì)腫瘤內(nèi)?OH介導(dǎo)的治療效果進(jìn)行時(shí)空?qǐng)?bào)告。1）NQ-Cy@Fe&GOD產(chǎn)生的MRI信號(hào)可以對(duì)芬頓反應(yīng)催化劑氧化鐵納米粒子(IONPs)的劑量分布進(jìn)行高空間分辨率的示蹤，同時(shí)其熒光信號(hào)可以對(duì)?OH介導(dǎo)的治療反應(yīng)進(jìn)行高時(shí)空分辨率的量化。2）在細(xì)胞和荷瘤小鼠模型上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NQ-Cy@Fe&GOD可以成功地監(jiān)測(cè)IONPs的細(xì)胞內(nèi)釋放和?OH誘導(dǎo)的NQO1酶，從而可對(duì)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的治療效果進(jìn)行時(shí)空?qǐng)?bào)告，以對(duì)這一依賴(lài)劑量的治療過(guò)程進(jìn)行調(diào)控。這一策略將MRI和熒光成像方式巧妙地連接起來(lái)，為準(zhǔn)確評(píng)估瘤內(nèi)原位產(chǎn)生的?OH開(kāi)辟了一條新的途徑。
Yiyu Ma. et al. Spatio-Temporally Reporting Dose-Dependent Chemotherapy via Uniting Dual-Modal MRI/NIR Imaging. Angewandte Chemie International Edition. 2020DOI: 10.1002/anie.202009380https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202009380
8. AM：階梯型單層石墨烯的室溫大磁阻
無(wú)序感應(yīng)磁阻（MR）效應(yīng)在低垂直磁場(chǎng)中為二次方，在高場(chǎng)中為線性。這種效應(yīng)對(duì)技術(shù)應(yīng)用十分重要，尤其是在2D材料（例如石墨烯）中，因?yàn)樗诩{米級(jí)空間分辨率的磁傳感器領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用。然而，由于難以控制無(wú)序的空間分布并難以在單層體系中提高M(jìn)R靈敏度，因此基于這種效應(yīng)實(shí)現(xiàn)石墨烯磁性傳感器是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，新加坡國(guó)立大學(xué)Ariando Ariando等研究發(fā)現(xiàn)階梯型單層石墨烯在9 T時(shí)的室溫總MR高達(dá)5000％。1）通過(guò)將單層石墨烯層壓在階梯型基底（例如TiO2端接的SrTiO3）上，與常規(guī)的單層石墨烯器件相比，其MR普遍提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。2）令人驚訝的是，即使在≈1012cm-2的高載流子密度下，階梯型石墨烯中也可以實(shí)現(xiàn)> 1000％的巨大MR。3）對(duì)各種氧化物基和非氧化物基平臺(tái)表面上單層石墨烯的MR的系統(tǒng)研究表明，平臺(tái)結(jié)構(gòu)是驅(qū)動(dòng)MR增強(qiáng)的主要因素。該工作通過(guò)在階梯型基底對(duì)應(yīng)變進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，為定制2D材料的物理特性開(kāi)辟了一條新途徑。
Junxiong Hu, et al. Room‐Temperature Colossal Magnetoresistance in Terraced Single‐Layer Graphene. Adv. Mater., 2020DOI: 10.1002/adma.202002201https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202002201
9. AM：不定碳對(duì)MoS2單層中缺陷形成的影響
在二硫化鉬(MoS2)單分子層上形成凹坑是光電、催化和生物應(yīng)用的理想。熱氧化是在單層MoS2上產(chǎn)生凹坑的潛在可擴(kuò)展方法，并而且凹坑被認(rèn)為優(yōu)先形成于未配位的位點(diǎn)周?chē)缌蚩瘴弧Ｈ欢瑢?duì)二硫化鉬單分子層熱氧化的研究沒(méi)有考慮到在高溫下普遍存在并與氧相互作用的不定碳(C)的影響。原位TEM已用于研究在沒(méi)有氣體存在的情況下，MoS2單層中2H和1T相之間的相變，裂紋和凹坑的形成以及原子和硫空位的遷移。然而，沒(méi)有報(bào)道在氣體存在下單層MoS2在原子水平上的原位TEM表征。有鑒于此，美國(guó)斯坦福大學(xué)Xiaolin Zheng等人，研究了不定碳對(duì)熱氧化過(guò)程中MoS2單分子層上凹坑形成的影響。1）結(jié)合在O2環(huán)境下的原位環(huán)境透射電子顯微鏡（ETEM）和DFT計(jì)算單層MoS2中不同位點(diǎn)上的氧原子的吸附能，以研究原子水平上通過(guò)熱氧化單層MoS2中凹坑的形成機(jī)理。2）原位環(huán)境透射電子顯微鏡測(cè)量結(jié)果表明，凹坑的形成優(yōu)先在不定形C納米顆粒和MoS2之間的界面處，而不僅僅是硫空位。3）密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，C/MoS2界面有利于氧原子的動(dòng)力學(xué)順序吸附。總之，該工作證明了不定碳對(duì)單層MoS2上凹坑的形成具有重要作用，對(duì)于高性能MoS2材料的設(shè)計(jì)制備具有重要的指導(dǎo)意義。
Sangwook Park et al. Effect of Adventitious Carbon on Pit Formation of Monolayer MoS2. Advanced Materials, 2020.DOI: 10.1002/adma.202003020https://doi.org/10.1002/adma.202003020
10. AM綜述：體異質(zhì)結(jié)在有機(jī)光伏、光探測(cè)器和光催化中的應(yīng)用
由于有機(jī)半導(dǎo)體不能有效屏蔽電荷，因此需要能量補(bǔ)償才能有效地光生自由電荷載流子。這對(duì)于實(shí)現(xiàn)有機(jī)太陽(yáng)能電池的高功率轉(zhuǎn)換效率至關(guān)重要。先前的基于異質(zhì)結(jié)的太陽(yáng)能電池由于諸如激子離解效率差，光子收集受限和重組損失高等限制因素而只能實(shí)現(xiàn)相對(duì)中等的效率（不足4％）。體異質(zhì)結(jié)（BHJ）的發(fā)展極大克服了這些問(wèn)題，使得有機(jī)光伏的性能得到顯著提高，目前已實(shí)現(xiàn)超過(guò)18%的轉(zhuǎn)換效率。有鑒于此，英國(guó)倫敦帝國(guó)理工學(xué)院Andrew Wadsworth，阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)Iain McCulloch綜述了用于太陽(yáng)能電池、光探測(cè)器和光催化應(yīng)用的最佳體異質(zhì)結(jié)的設(shè)計(jì)和工程策略。1）作者總結(jié)了改進(jìn)的體異質(zhì)結(jié)OPV的半導(dǎo)體設(shè)計(jì)和器件工程進(jìn)展。包括：i）用于塊體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池中的聚合物：富勒烯共混物；ii）高性能體異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池非富勒烯受體的開(kāi)發(fā)。2）作者總結(jié)了有機(jī)半導(dǎo)體共混物中相分離的熱力學(xué)研究。包括：i）最佳體異質(zhì)結(jié)形態(tài)與材料的關(guān)系；ii）從鑄態(tài)到優(yōu)化形態(tài)：凝固動(dòng)力學(xué)與加工策略；iii）合理預(yù)測(cè)配料的選擇與優(yōu)化；iv）體異質(zhì)結(jié)的熱穩(wěn)定性考慮因素。3）作者總結(jié)了體異質(zhì)結(jié)對(duì)電荷轉(zhuǎn)移態(tài)的影響。包括：i）CT狀態(tài)與非輻射電壓損失；ii）PM6：Y6基太陽(yáng)能電池；iii）電荷載流子的遷移和重合。4）作者總結(jié)了用于有機(jī)光電探測(cè)器和光催化中的體異質(zhì)結(jié)的研究進(jìn)展。5）作者最后展望了BHJ在替代有機(jī)電子技術(shù)（例如光電探測(cè)器和有機(jī)光催化系統(tǒng)）中的潛在應(yīng)用。
Andrew Wadsworth, et al, The Bulk Heterojunction in Organic Photovoltaic, Photodetector, and Photocatalytic Applications, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202001763https://doi.org/10.1002/adma.202001763
11. AM：具有優(yōu)異機(jī)械和摩擦學(xué)性能的自組裝結(jié)構(gòu)
從天然材料中汲取靈感，可以通過(guò)構(gòu)建可以更好地適應(yīng)和控制內(nèi)部應(yīng)力的矩陣體系結(jié)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)復(fù)合材料。盡管最近通過(guò)在主體多層復(fù)合材料中引入定向纖維和板材成功合成了用于局部增強(qiáng)的人工組件，但對(duì)決定力學(xué)性能的因素缺乏基本的了解。此外，設(shè)計(jì)有助于提高電阻和能量耗散的構(gòu)造塊和界面也極具挑戰(zhàn)性近日，中科院化學(xué)所王鐵研究員，國(guó)科大Zhenjie Xue報(bào)道了對(duì)兩種高度定向、自組織的膠體氧化銪納米片(Eu2O3 NSTs)在增強(qiáng)機(jī)械和摩擦學(xué)性能方面進(jìn)行了比較。1）研究人員采用具有面陣和互鎖結(jié)的NST超結(jié)構(gòu)，并合成了單晶NSTs（sNSTs）和缺陷晶體NSTs（fNSTs）作為構(gòu)建塊。這種方法基于通過(guò)氣液界面自組裝技術(shù)以及在正己烷中溫和蒸發(fā)膠體溶液來(lái)精確控制乙二醇表面的NST相互作用。然后，成功將自組裝的NST薄膜轉(zhuǎn)移到全硅支撐的襯底上。2）研究人員采用峰值力定量納米機(jī)械作圖(PF-QNM)、原子力顯微鏡(AFM)單點(diǎn)壓痕(SPI)和納米壓痕測(cè)量?jī)x(NMI)這三種方法來(lái)測(cè)量材料的機(jī)械性能。利用側(cè)向力顯微鏡（LFM）對(duì)材料的摩擦學(xué)性能進(jìn)行了測(cè)試。3）研究發(fā)現(xiàn)，氧化銪納米片排列在互鎖結(jié)的超結(jié)構(gòu)中，這些超結(jié)構(gòu)在結(jié)點(diǎn)處抵抗滑動(dòng)，從而與傳統(tǒng)的由平行納米片形成的面對(duì)面超結(jié)構(gòu)相比，提高了納米片組件的機(jī)械性能。此外，通過(guò)采用無(wú)定形結(jié)構(gòu)的有缺陷的晶體納米片不同于單晶納米片用以揭示構(gòu)件的晶體起源，結(jié)果顯示，前者表現(xiàn)出優(yōu)異的機(jī)械增強(qiáng)性和改善的耐磨性。Zhenjie Xue, et al, Mechanical and Tribological Performances Enhanced by Self-Assembled Structures, Adv. Mater. 2020
DOI: 10.1002/adma.202002004https://doi.org/10.1002/adma.202002004
