1. Science: 用于設(shè)計超穩(wěn)定金屬納米催化劑的金屬-載體相互作用的 Sabatier 原理
負(fù)載型納米催化劑的穩(wěn)定性對于應(yīng)對環(huán)境和能源挑戰(zhàn)至關(guān)重要，并且迫切需要基礎(chǔ)理論研究來減輕反復(fù)試驗和加速實驗室到工廠大規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換。有鑒于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李微雪教授等人，報道了金屬—載體相互作用抗燒結(jié)的Sabatier原理，用于穩(wěn)定金屬納米催化劑以防止燒結(jié)。
本文要點：
1）基于 323 個金屬-載體對的動力學(xué)模擬，使用來自 1252 個能量學(xué)數(shù)據(jù)的比例（scaling）關(guān)系，明確了界面作用強弱與燒結(jié)的“火山型”曲線關(guān)系。
2）相互作用太強會觸發(fā)奧斯特瓦爾德熟化，而相互作用太弱會刺激粒子遷移和聚結(jié)。載體的高通量篩選使納米催化劑的耐燒結(jié)性在均質(zhì)載體上達(dá)到塔曼溫度，而在異質(zhì)載體上則遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該溫度。
3）提出了普適的界面作用調(diào)控納米催化劑抗燒結(jié)的Sabatier作用原理。用兩種不同活性的載體打破標(biāo)度關(guān)系，可突破火山型界面能—燒結(jié)動力學(xué)的依賴關(guān)系，可以獲得超穩(wěn)定的納米催化劑。
總之，該工作建立了一般性的催化劑燒結(jié)動力學(xué)模型，對高穩(wěn)定催化體系的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。
SULEI HU et al. Sabatier principle of metal-support interaction for design of ultrastable metal nanocatalysts. Science, 2021.
DOI: 10.1126/science.abi9828
https:/doi.org/10.1126/science.abi9828
2. Science: 亞原子物種通過原子薄膜傳輸：現(xiàn)在和未來的應(yīng)用
原子薄的二維材料為亞原子物種的選擇性傳輸提供了機會。單層石墨烯和六方氮化硼的原始晶格雖然不能滲透氦原子，但允許電子傳輸并允許熱質(zhì)子及其同位素傳輸。有鑒于此，美國范德堡大學(xué)Piran R. Kidambi教授等人，討論了選擇性亞原子物種通過原子薄膜傳輸?shù)倪M(jìn)展及其在能量存儲和轉(zhuǎn)換、同位素分離、原位電子顯微鏡和光譜學(xué)以及未來電子應(yīng)用方面的變革性進(jìn)展的潛力。概述了這些應(yīng)用的技術(shù)挑戰(zhàn)和機遇，并討論了開始商用的成像和光譜學(xué)的早期應(yīng)用，核工業(yè)中的新興應(yīng)用以及未來在電網(wǎng)存儲、清潔/綠色運輸、環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域的前景。
本文要點：
1）綜述了使用石墨烯或六方氮化硼（h-BN）等原子厚度的二維材料分離亞原子物種（包括電子、氫同位素和氣體）的進(jìn)展。探討了大尺寸薄膜的制備及其在能源、顯微鏡和電子學(xué)相關(guān)應(yīng)用中的潛在用途。
2）膜是薄的物理屏障，允許某些物種的運輸，同時限制其他物種。原子級薄的2D材料是結(jié)晶固體，其組成原子鍵合在平面2D片中，為實現(xiàn)允許亞原子物質(zhì)選擇性傳輸?shù)某∧ぬ峁┝藱C會。單層石墨烯和六方氮化硼（h-BN）的原始晶格，對氦等小原子是不可滲透的（在室溫下），但允許依賴能量電子的傳輸和質(zhì)子和氘核的電場驅(qū)動傳輸。
3）亞原子物種通過石墨烯和h-BN選擇性遷移為幾個領(lǐng)域的突破性進(jìn)展提供了潛力。然而，對運輸機制的詳細(xì)見解仍在研究中。高質(zhì)量2D材料的可擴展合成和具有低成本的工藝將它們集成到設(shè)備中是實現(xiàn)大面積應(yīng)用的必要條件。了解可拓展合成過程中不可避免的缺陷的影響，以及由此產(chǎn)生的與原始材料相比運輸特性的差異至關(guān)重要。
PIRAN R. KIDAMBI et al. Subatomic species transport through atomically thin membranes: Present and future applications. Science, 2021.
DOI: 10.1126/science.abd7687
https://doi.org/10.1126/science.abd7687
3. Sci. Adv.：層狀膠束螺旋自組裝合成多層碳納米球
功能性碳納米球具有非常廣泛的應(yīng)用，但是控制合成在碳納米球中構(gòu)建多孔孔道結(jié)構(gòu)和復(fù)雜多層納米結(jié)構(gòu)仍難以實現(xiàn)，具有非常大的挑戰(zhàn)。有鑒于此，復(fù)旦大學(xué)趙東元、李偉等報道通過層狀膠束螺旋自組裝方法，合成了具有獨特手性特征的多層介孔碳納米球。在這種合成方法中，通過剪切流體驅(qū)動螺旋結(jié)構(gòu)自組裝，這種方法與經(jīng)典的壽命模板法不同。進(jìn)一步的，作者通過雙親性的表面活性劑實現(xiàn)調(diào)控和改變堆疊參數(shù)，因此實現(xiàn)了多種不同結(jié)構(gòu)的孔結(jié)構(gòu)，包括單孔、徑向排列的孔、花狀、多層結(jié)構(gòu)。
本文要點：
1）合成的自支持多層碳納米球具有較高的比表面積（530 m2 g-1），較高的氮含量（6.2 wt. %），豐富的介孔（2.5 nm），因此在K離子電池中表現(xiàn)了優(yōu)異的電化學(xué)性能，實現(xiàn)了較好的倍率充放電性能（在5 A g-1的倍率中，實現(xiàn)了134 mAh g-1），長期電池循環(huán)穩(wěn)定性（2 A g-1倍率進(jìn)行500次電池循環(huán)后容量保持112 mAh g-1）。
2）這種簡單有效的膠束導(dǎo)向自組裝方法能夠促進(jìn)功能性材料的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計和發(fā)展。
Liang Peng et al. Spiral self-assembly of lamellar micelles into multi-shelled hollow nanospheres with unique chiral architecture, Sci. Adv. 2021
DOI: 10.1126/sciadv.abi7403
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abi7403
4. Nature Commun.：鋰金屬電池界面結(jié)構(gòu)動態(tài)變化表征
鋰金屬電極與固態(tài)電解液形成的界面上的動態(tài)行為在全固態(tài)電池的性能起到關(guān)鍵作用，以往的相關(guān)文獻(xiàn)中電池的循環(huán)過程中界面變化過程和現(xiàn)象得到人們從多個角度的微米尺度、納米尺度進(jìn)行機械力學(xué)、化學(xué)異質(zhì)性進(jìn)行表征。有鑒于此，哥倫比亞大學(xué)Lauren Marbella、Daniel Steingart等報道通過operando聲學(xué)透射測試（acoustic）、NMR核磁表征、磁共振成像（MRI）結(jié)合，解釋了界面上多種變化現(xiàn)象（比如接觸電阻、形成裂紋等現(xiàn)象）隨著電池循環(huán)過程中鋰晶體微結(jié)構(gòu)的變化。
本文要點：
1）通過Operando聲學(xué)透射測試，對經(jīng)典的鋰離子電池中電池的模量、密度、膨脹變化現(xiàn)象進(jìn)行表征，聲學(xué)透射使用超聲波區(qū)間的聲波（1-10 MHz）能夠穿透整個電池，同時聲波的速率和振幅與電池內(nèi)部的機械力學(xué)性質(zhì)有關(guān)，鋰金屬在電極上的的剝離和沉積過程可能形成孔洞，導(dǎo)致超聲波的強度發(fā)生損失，導(dǎo)致聲波透射后的強度衰減。
2）通過ssNMR、MRI表征技術(shù)測試，對微結(jié)構(gòu)的形貌、化學(xué)組成進(jìn)行表征。通過這種化學(xué)-機械力學(xué)協(xié)同表征測試，得出了保證化學(xué)結(jié)構(gòu)緊湊（避免鋰金屬沉積和剝離過程形成孔洞）和包含多個電壓極化步驟的界面穩(wěn)定的條件中所需要的最低壓力。測試2-13 MPa區(qū)間的壓力發(fā)現(xiàn)，最低的壓力在2-4 MPa，這個結(jié)果與其他相關(guān)研究結(jié)果相符。
3）通過相關(guān)技術(shù)的結(jié)合，對鋰金屬、Li7La3Zr2O12電解質(zhì)界面動態(tài)過程的影響因素與化學(xué)-機械力學(xué)變化行為作用的相關(guān)，比如在不同壓力和存在電壓極化作用的變化情況進(jìn)行理解。
Chang, W., May, R., Wang, M. et al. Evolving contact mechanics and microstructure formation dynamics of the lithium metal-Li7La3Zr2O12 interface. Nat Commun 12, 6369 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-26632-x
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26632-x
5. Nature Commun.：CO2還原為CH4中富Cu單位點的結(jié)晶多孔催化劑的配位環(huán)境相關(guān)的選擇性
二氧化碳（CO2）電化學(xué)還原為高附加值化學(xué)品是能源轉(zhuǎn)化領(lǐng)域中最有前途和最具挑戰(zhàn)性的研究課題之一。在電化學(xué)CO2還原（ECR）產(chǎn)品中，碳?xì)浠衔铮貏e是C2H4和CH4，由于其與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施的兼容性以及有望替代化石燃料而引起了人們的極大關(guān)注。近日，南京師范大學(xué)蘭亞乾教授報道了開發(fā)了一種高度共軛的類石墨烯配體（二苯并[g，p]chrysene-2,3,6,7,10,11,14,15-辛醇，8OH-DBC）和Cu節(jié)點組成的Cu基導(dǎo)電金屬-有機骨架（cMOF）用于CO2還原的有效電催化劑。
本文要點：
1）研究人員以8OH-DBC和醋酸銅為共軛配體，在N,N-二甲基甲酰胺和水的混合溶劑中，在85 °C下用溶劑熱法合成了Cu-DBC電催化劑。研究發(fā)現(xiàn)，高度共軛的有機配體賦予了Cu-DBC獨特的氧化還原性能和導(dǎo)電性。
2）豐富、均勻分布的Cu-O4位點有利于高選擇性、高效的ECR制取CH4。在低還原電位（?0.9 V）下，部分電流密度達(dá)到?162.4 mA cm?2，CH4 FE高達(dá)80%，是CO2還原為CH4的最佳Cu基電催化劑之一。
3）研究人員根據(jù)結(jié)晶多孔催化劑的結(jié)構(gòu)特征，考察了單一Cu位點的配位環(huán)境與其電還原催化選擇性的關(guān)系。通過電催化測試和計算研究，進(jìn)一步系統(tǒng)地分析了Cu-DBC催化劑對ECR制CH4反應(yīng)的特殊性和詳細(xì)的催化機理。
本研究為結(jié)構(gòu)明確的ECR催化劑的設(shè)計提供了一種平臺，并為構(gòu)建高效的ECR催化劑提供了一定基礎(chǔ)。
Zhang, Y., Dong, LZ., Li, S. et al. Coordination environment dependent selectivity of single-site-Cu enriched crystalline porous catalysts in CO2 reduction to CH4. Nat Commun 12, 6390 (2021)
DOI：10.1038/s41467-021-26724-8
https://doi.org/10.1038/s41467-021-26724-8
6. Nature Commun.：苯二銨的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體提高鈣鈦礦太陽能組件性能
有機鹵化物鹽鈍化被認(rèn)為是減少最先進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 缺陷的重要策略。然而，這種策略不可避免地會形成平面內(nèi)有利的二維 (2D) 鈣鈦礦層，電荷傳輸受損，尤其是在熱條件下，阻礙了光伏性能和器件的放大。為了克服這一限制，華北電力大學(xué)Yong Ding, Songyuan Dai, 洛桑聯(lián)邦理工Paul J. Dyson和Mohammad Khaja Nazeeruddin以及考納斯技術(shù)大學(xué)Kasparas Rakstys等人研究了由（亞苯基）二（乙基銨）碘化物 (PDEAI2) 的鄰位、間位和對位異構(gòu)體形成的二維鈣鈦礦的能壘，其設(shè)計用于定制缺陷鈍化。
本文要點：
1）用空間位阻最大的原位異構(gòu)體處理不僅可以防止表面二維鈣鈦礦膜的形成，即使在高溫下也是如此，而且可以最大限度地提高對淺層和深層缺陷的鈍化效果。隨后的 PSC 實現(xiàn)了23.9%的效率，并具有長期運行穩(wěn)定性（超過 1000 h）。
2）重要的是，通過旋涂法制備的鈣鈦礦太陽能電池組件在 26 cm2的活性面積上實現(xiàn)了21.4%的效率，這是目前組件最高效率。
Liu, C., Yang, Y., Rakstys, K. et al. Tuning structural isomers of phenylenediammonium to afford efficient and stable perovskite solar cells and modules. Nat. Commun. 12, 6394 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-26754-2
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26754-2
7. Nature Commun.：半導(dǎo)體界面無能量電荷損失傳輸新理論
能級排列理論廣泛應(yīng)用于理解太陽能轉(zhuǎn)化和存儲（包括量子點敏化電池、太陽能電池、光電催化等）領(lǐng)域中的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)界面電荷傳輸。但是這些半導(dǎo)體形成的異常高開路電壓、電荷分離效率無法通過經(jīng)典能級排列理論進(jìn)行解釋。有鑒于此，南京大學(xué)羅文俊等報道發(fā)展了一種法拉第結(jié)理論解釋半導(dǎo)體界面上能量不變化的電荷轉(zhuǎn)移過程，這種法拉第結(jié)將電子和離子傳輸結(jié)合，對只包含電子轉(zhuǎn)移的經(jīng)典理論進(jìn)行改進(jìn)。
本文要點：
1）通過這種新發(fā)展的法拉第結(jié)界面電荷傳輸理論，能夠很好的解釋目前相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)的異常電荷轉(zhuǎn)移現(xiàn)象，此外這種法拉第結(jié)理論中表現(xiàn)出的非能量衰減電荷轉(zhuǎn)移為設(shè)計和實現(xiàn)高開路電壓的太陽能轉(zhuǎn)換器件提供幫助和機會，為實現(xiàn)超越能帶理論中的Shockley-Queisser提供可行。
Chen, M., Dong, H., Xue, M. et al. Faradaic junction and isoenergetic charge transfer mechanism on semiconductor/semiconductor interfaces. Nat Commun 12, 6363 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-26661-6
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26661-6
8. Chem. Rev.: 可持續(xù)能源的均相催化:氫和甲醇經(jīng)濟，生物質(zhì)燃料及相關(guān)主題
隨著世界承諾大幅減少碳排放，對可持續(xù)和清潔能源的需求現(xiàn)在變得比以往任何時候都更加重要。這包括能量載體的生產(chǎn)和儲存，其中大部分涉及催化反應(yīng)。
有鑒于此，以色列魏茨曼科學(xué)研究所David Milstein教授、印度科學(xué)教育研究所Prosenjit Daw和英國圣安德魯斯大學(xué)Amit Kumar等人，綜述了近年來均相催化劑在可持續(xù)能源新應(yīng)用領(lǐng)域的研究進(jìn)展。
本文要點：
1）該工作的一個主要內(nèi)容是儲氫，因為最近報道了幾種有效的均相催化劑，用于（脫）氫轉(zhuǎn)化，有希望實現(xiàn)氫經(jīng)濟。另一個內(nèi)容是甲醇經(jīng)濟。詳細(xì)討論了用于從CO2、CO 和 HCOOH 生產(chǎn)甲醇的均相催化劑。此外，還討論了從生物質(zhì)或低級烷烴生產(chǎn)常規(guī)燃料（高級烷烴，如柴油、蠟）的催化方法。還有一部分專門用于使用均相催化劑從CO和 H2 生產(chǎn)乙二醇的介紹。結(jié)構(gòu)明確的過渡金屬配合物，特別是鉗形配合物，由于其高活性和良好的機理而被更詳細(xì)地討論。
2）通過交叉烷烴轉(zhuǎn)化和烷烴-烯烴偶聯(lián)的方法進(jìn)行烷烴升級，為從CH4等生物質(zhì)生產(chǎn)燃料提供了機會。然而，由于與 CH4 的 C-H 活化以及進(jìn)一步的偶聯(lián)反應(yīng)具有高勢壘。開發(fā)含地球豐富金屬配合物的烯烴/烷烴復(fù)分解催化劑也將是一個突破，并將提高基于復(fù)分解反應(yīng)的各種過程的可持續(xù)性。
3）提出了在相對溫和的條件下實現(xiàn)均相催化的重大挑戰(zhàn)，以發(fā)展可持續(xù)能源載體：(1)不使用添加劑直接將CO2加氫為CH3OH；(2)“廢”B-N燃料(如氨基硼烷、硼嗪、多氨基硼烷)直接加氫成“帶電”B-N燃料(胺硼烷)；(3) (3)開發(fā)甘油/聚酯儲氫劑，同時有利于氫經(jīng)濟和循環(huán)經(jīng)濟；(4)不使用添加劑或特殊溶劑直接將CO2加氫為HCOOH；(5)乙醇升級制高級醇(如辛醇-十六醇)；(6)不使用化學(xué)計量添加劑，H2催化芳基醚(模型木質(zhì)素化合物)的C-O裂解；(7)甲烷升級和甲烷直接部分氧化制甲醇(CH4+ 1/2O2→CH3OH)，收率高、選擇性高；(8) 使用地球豐富金屬催化劑的烷烴脫氫/復(fù)分解反應(yīng)。
Amit Kumar et al. Homogeneous Catalysis for Sustainable Energy: Hydrogen and Methanol Economies, Fuels from Biomass, and Related Topics. Chem. Rev., 2021.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.1c00412
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00412
9. Angew：利用重原子效應(yīng)增強CsLu2F7:Yb/Er納米探針中的染料-三重態(tài)敏化上轉(zhuǎn)換發(fā)射
在生物應(yīng)用領(lǐng)域中備受關(guān)注的鑭系(Ln3+)元素?fù)诫s的上轉(zhuǎn)換(UC)納米探針具有吸收截面小和發(fā)光強度弱等不足。中科院福建物構(gòu)所陳學(xué)元研究員構(gòu)建了一系列具有可控合成、基于CsLu2F7:Yb/Er納米晶體（NCs）的Ln3+摻雜UC納米探針,它可通過重原子效應(yīng)以有效提高IR808從單線態(tài)激發(fā)態(tài)到三重激發(fā)態(tài)的系統(tǒng)交叉(ISC)效率（99.3%）。
本文要點：
1）由于IR808具有高效的三重態(tài)敏化效率，因此IR808修飾的CsLu2F7:Yb/Er NCs的最佳UC發(fā)光強度（808 nm激發(fā)）可提高1309倍。該增強因子相比于NaYF4:Yb/Er NCs而言高出了一個數(shù)量級以上。
2）得益于強烈的染料-三重態(tài)敏化的UCL，該納米探針可以通過808-nm/980-nm雙重激發(fā)比率策略下以對細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的次氯酸鹽進(jìn)行敏感檢測，由此表明該納米探針在監(jiān)測活細(xì)胞生物分子和生化過程方面具有的很好的應(yīng)用潛力。
Peng Zhang. et al. Enhancing Dye-Triplet-Sensitized Upconversion Emission Through Heavy Atom Effect in CsLu2F7:Yb/Er Nanoprobes. Angewandte Chemie International Edition. 2021
DOI: 10.1002/anie.202112125
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202112125
10. AM：一種具有超塑性、超快自愈合和磁響應(yīng)行為的高度剛性和可伸縮的DNA液晶有機凝膠
DNA基凝膠是一種很有吸引力的材料，可以實現(xiàn)直觀的合理設(shè)計，響應(yīng)外部的物理化學(xué)刺激，并顯示出巨大的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用潛力。然而，其相對較差的機械性能大大限制了它們的技術(shù)應(yīng)用，后者通常需要機械完整性和可調(diào)性。基于此，清華大學(xué)劉凱教授，中科院長春應(yīng)化所Fan Wang，荷蘭Zernike先進(jìn)材料研究所Andreas Herrmann報道了基于DNA與含有柔性烷基鏈的表面活性劑的靜電絡(luò)合作用，成功地開發(fā)了一類具有向列有序的新型DNA 液晶（LC）有機凝膠。所獲得的材料在有機溶劑中溶脹時形成超分子LC有機凝膠，并表現(xiàn)出顯著的延展性、變形性、剛度、韌性和可塑性。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，這種DNA表面活性劑軟質(zhì)材料可以拉伸到初始長度的300倍以上，而不會斷裂。此外，網(wǎng)絡(luò)的超分子性質(zhì)可以使其在環(huán)境條件下在3 s內(nèi)快速自愈合，恢復(fù)其機械性能。這是首次實現(xiàn)了在極短的時間內(nèi)自愈合的凝膠。同時，由于液晶結(jié)構(gòu)的形成，DNA凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的機械性能，極限拉伸強度在MPa范圍內(nèi)，彈性模量超過20 MPa，韌性高達(dá)18 MJ m-3，可與共價交聯(lián)聚合物凝膠相媲美。
2）研究發(fā)現(xiàn)，磁性納米顆粒可以混合到這些堅韌的DNA-LC有機凝膠中，而不會影響向列相中間相的形成。通過將磁性納米顆粒與有機凝膠基質(zhì)混合，可以方便地獲得復(fù)合DNA材料，從而獲得磁場誘導(dǎo)的驅(qū)動。
這些發(fā)現(xiàn)對DNA凝膠在智能材料和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有很大的促進(jìn)作用。
Zhuojun Meng, et al, Highly stiff and stretchable DNA liquid crystalline organogels with super plasticity, ultrafast self-healing and magnetic response behaviors, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202106208
https://doi.org/ 10.1002/adma.202106208
11. AM：3D打印固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體作為適用于觸覺應(yīng)用的通用構(gòu)件
通過3D打印將柔軟的導(dǎo)電材料塑造成優(yōu)先的構(gòu)筑單元，在從觸覺設(shè)備到生物電子學(xué)的眾多應(yīng)用中都具有極大的吸引力。典型的軟性和導(dǎo)電材料是水凝膠/離子凝膠。然而，3D打印水凝膠/離子凝膠仍然存在一個根本的瓶頸：由于水凝膠/離子凝膠內(nèi)液體的蒸發(fā)和泄漏，導(dǎo)致其電-機械性能的穩(wěn)定性有限。雖然光固化無液體離子導(dǎo)電彈性體可以繞過這些限制，但相關(guān)的光固化過程比較繁瑣，因此打印質(zhì)量相對較差。
基于此，香港城市大學(xué)王鉆開教授報道了提出了一種簡單可行的策略，通過開發(fā)一種快速光固化的固態(tài)導(dǎo)電離子彈性體（SCIE），能夠?qū)崿F(xiàn)具有從微電路到懸垂晶格的任意結(jié)構(gòu)的軟離子導(dǎo)體的高分辨率3D打印。
本文要點：
1）研究人員通過對離子單體、光引發(fā)劑、交聯(lián)劑、納米填料和光吸收劑的合理選擇，設(shè)計了3D可打印的SCIE。首先，由丙烯酸（AAC）和氯化膽堿（CCL）絡(luò)合物制成的離子單體是一種固態(tài)離子骨架，不需要像傳統(tǒng)離子導(dǎo)電材料那樣需要液體和額外的導(dǎo)電添加劑(如無機鹽和離子液體)，就能提供優(yōu)異的導(dǎo)電性。其次，選擇了苯基雙(2,4,6-三甲基苯甲酰基)氧膦（PPO）作為高效光引發(fā)劑來引發(fā)SCIE的快速聚合。第三，我們選擇聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）作為交聯(lián)劑，共價連接離子型單體，形成彈性固態(tài)聚合物骨架。同時，由于存在豐富的非共價相互作用位點，納米粘土被用作非共價交聯(lián)，以進(jìn)一步改善SCIE的力學(xué)性能。最后，采用蘇丹I作為光吸收劑，誘導(dǎo)了SCIE的聚合，緩解了聚合引起的局部高溫，有利于實現(xiàn)高分辨率的3D打印。
2）與傳統(tǒng)的打印的離子導(dǎo)電材料不同，基于SCIE的印刷構(gòu)建塊不僅具有高分辨率的結(jié)構(gòu)（甚至?50 μm懸垂晶格），而且還具有許多令人興奮的性能，如高楊氏模量、良好的伸長性、在廣泛的溫度范圍內(nèi)優(yōu)異且持續(xù)的導(dǎo)電性，以及即使在80%壓縮下循環(huán)10000次也具有良好的彈性和抗疲勞能力。
3）研究人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，打印的基于SCIE的構(gòu)筑單元可以被塑造成具有增強傳感性能的3D柔性觸覺傳感器。例如，基于印刷陀螺儀的壓阻傳感器和基于間隙的觸覺傳感器的靈敏度分別比它們笨重的同類產(chǎn)品高3.7倍和44倍。同時，觸覺傳感器的最佳靈敏度也比基于離子導(dǎo)電水凝膠/彈性體的傳感器高出數(shù)倍。此外，3D打印呈現(xiàn)的多種多樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與高導(dǎo)電性和親水性等固有特性的耦合使SCIE具有許多潛在的應(yīng)用，包括機械超材料、細(xì)胞流體和軟機器人。
Chao Zhang, et al, 3D printed, solid-state conductive ionoelastomer as a generic building block for tactile applications, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202105996
https://doi.org/10.1002/adma.202105996
12. Nano Letters：讓陶瓷纖維薄膜變?nèi)嶙冺g
陶瓷納米纖維薄膜以其獨特的輕質(zhì)化、低導(dǎo)熱率、耐高溫、耐腐蝕及耐震動等優(yōu)點，可解決目前高溫隔熱防護(hù)產(chǎn)品存在的重量大、低厚度下隔熱性差、抗震性不足等瓶頸問題，吸引了科研工作者的廣泛關(guān)注。然而與大多數(shù)陶瓷材料一樣，陶瓷納米纖維材料普遍具有脆性，存在可操作性差、彎曲形變時易斷裂、機械穩(wěn)定性差、極端溫度下長時間暴露會出現(xiàn)嚴(yán)重的強度退化等缺陷，極大制約了其在個體防護(hù)、航空航天、能源環(huán)保等領(lǐng)域的實際應(yīng)用。有鑒于此，西安工程大學(xué)張坤等人提出了一種有效增強陶瓷納米纖維膜的技術(shù)，該技術(shù)開發(fā)的柔性陶瓷納米纖維薄膜兼具優(yōu)異的力學(xué)性能和隔熱防寒性能。
文章要點：
1）本研究首先利用靜電紡絲和高溫煅燒技術(shù)，通過調(diào)節(jié)纖維及晶粒尺寸，制備了具有一定柔性的陶瓷納米纖維薄膜，其纖維間僅靠物理力堆積成膜，在拉伸過程中纖維易出現(xiàn)大面積滑移，從而會造成拉伸強度較低、實際使用過程中易破裂等影響產(chǎn)品性能的缺陷問題。基于此，研究人員通過原位交聯(lián)復(fù)合技術(shù)首次將蒙脫土納米片狀晶體引入陶瓷納米纖維膜中，利用大面積納米片層結(jié)構(gòu)穩(wěn)固無規(guī)取向納米纖維，實現(xiàn)了纖維膜整體拉伸強度的顯著提升。
2）基于上述兼具良好柔性和拉伸強度的全陶瓷納米纖維膜，進(jìn)一步考察了其在極端溫度下的機械穩(wěn)定性，該纖維膜在極低（-196℃）及超高溫（1000℃）條件下均表現(xiàn)出極好的柔韌性能。同時，蒙脫土片層結(jié)構(gòu)的引入也實現(xiàn)了纖維膜隔熱防寒性能的顯著提升，其導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.026 W m?1 K?1，并展示了其在1000℃高溫下對人體的防護(hù)效果。該項研究提出了一種陶瓷納米纖維膜的增強策略，推動了陶瓷納米纖維在極端環(huán)境領(lǐng)域的實際應(yīng)用。
這一研究對于增強無機納米纖維薄膜力學(xué)性能并促進(jìn)其實際應(yīng)用具有重要科學(xué)意義。論文的通訊作者為西安工程大學(xué)張坤副教授，第一作者為毛雪博士。
Xue Mao, et al, An Efficient Strategy for Reinforcing Flexible Ceramic Membranes, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02657
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c02657
