1. Joule: 通過2D種子誘導(dǎo)生長實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池
從目前的研究來看，在3D鈣鈦礦中加入2D鈣鈦礦可以有效增強(qiáng)3D鈣鈦礦的內(nèi)在穩(wěn)定性，但它不可避免地會降低光電轉(zhuǎn)換效率 (PCE)。北京大學(xué)趙清等人報(bào)道了一種新穎的方式引入了高度取向的2D (BDA)PbI4鈣鈦礦作為種子，以優(yōu)化 3D 鈣鈦礦的生長動(dòng)力學(xué)并使其結(jié)晶直接跨越成核階段。1）2D (BDA)PbI4種子優(yōu)先作為模板外延生長具有所需面取向和堆疊模式的3D鈣鈦礦。2）此外，在完成取向誘導(dǎo)生長后，二維(BDA)PbI4種子進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)榫Ы纭Ｒ虼耍哔|(zhì)量的混合維鈣鈦礦薄膜提供了 23.95%的優(yōu)異PCE，伴隨著0.847的超高FF。3）未封裝的鈣鈦礦太陽能電池 (PSC) 在儲存1,056 小時(shí)后仍保持其原始效率的93%，并在60°C, AM1.5G照明下以最大功率點(diǎn)運(yùn)行500小時(shí)后仍保持其初始效率的91%。Chao Luo, et al. Facet orientation tailoring via 2D-seed- induced growth enables highly efficient and stable perovskite solar cells, Joule, 2021DOI：10.1016/j.joule.2021.12.006https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435121005754
2. JACS：高穩(wěn)定性COF用于液相/氣相色譜手性分離
通過手性固定相進(jìn)行高性能液相色譜或者氣相色譜是手性分離領(lǐng)域最重要的技術(shù)，但是目前沒有能夠同時(shí)用于液相色譜和氣相色譜的手性固定相材料。有鑒于此，上海交通大學(xué)崔勇、云南師范大學(xué)袁黎明等報(bào)道發(fā)展了兩種基于烯烴鏈接結(jié)構(gòu)的COF材料，其中含有手性冠醚結(jié)構(gòu)基團(tuán)在氣相色譜和液相色譜中都能夠手性分離。本文要點(diǎn)：
1）兩種COF材料具有相同的2D層狀多孔結(jié)構(gòu)，但是孔的尺寸不同，這種COF在各種環(huán)境（H2O, 有機(jī)溶劑, 酸, 堿）都表現(xiàn)了高度穩(wěn)定。在COF材料中，手性冠醚官能團(tuán)周期性的分布在COF的孔內(nèi)，能夠通過分子間相互作用的方式識別客體分子。2）以COF作為填料的HPLC和GC表現(xiàn)了非常好的互補(bǔ)性，在廣泛的消旋化合物進(jìn)行手性分離過程中表現(xiàn)了優(yōu)異的分辨率、選擇性、分離耐久性。分離表現(xiàn)的分辨率能夠達(dá)到或者超過大多數(shù)市售手性分離柱，展示了其實(shí)用化前景。本文研究結(jié)果為發(fā)展穩(wěn)定的COF材料用于高性能手性分離色譜提供機(jī)會。Chen Yuan, et al, Are Highly Stable Covalent Organic Frameworks the Key to Universal Chiral Stationary Phases for Liquid and Gas Chromatographic Separations? J. Am. Chem. Soc. 2022DOI: 10.1021/jacs.1c11051https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c11051
3. Angew：金屬簇的電聚合建立通用平臺以增強(qiáng)催化性能
原子級精確的金屬團(tuán)簇作為高效催化劑極具吸引力，但其在催化過程中會遭受連續(xù)的效率失活。近日，鄭州大學(xué)臧雙全教授，Shan Wang報(bào)道了開發(fā)了一種有效策略，該策略通過將金屬簇電聚合（EP）成雜化材料來增強(qiáng)催化性能。1）基于咔唑配體保護(hù)，制備了三種聚合金屬簇雜化材料，即聚-Cu14cba、聚-Cu6Au6cbz和聚-Cu6Ag4cbz。2）與孤立的金屬簇相比，EP后固定在雙咔唑網(wǎng)絡(luò)上的金屬簇顯著提高了其電子轉(zhuǎn)移能力和長期可回收性，從而獲得更高的催化性能。3）作為概念驗(yàn)證，將聚-Cu14cba被用于電催化硝酸鹽(NO3-)還原為氨(NH3)，與具有良好耐久性的Cu14cba相比，其表現(xiàn)出約4倍的NH3產(chǎn)率和約2倍的法拉第效率。類似地，聚-Cu6Au6cbz對化學(xué)戰(zhàn)模擬物降解的光催化效率比相應(yīng)的團(tuán)簇高10倍。Yi-Man Wang, et al, Electropolymerization of Metal Clusters Establishing a Versatile Platform for Enhanced Catalysis Performance, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202114538https://doi.org/10.1002/anie.202114538
4. Angew：PET和CO2催化轉(zhuǎn)化為高價(jià)值化學(xué)品
市場的巨大需求導(dǎo)致塑料產(chǎn)量的快速增長，塑料已經(jīng)造成了全球性的廢物問題。迫切需要開發(fā)新的、高效的塑料報(bào)廢處理策略。聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）是最常用的聚酯塑料。目前，為了回收PET，人們已經(jīng)開發(fā)了三種主要方法：物理方法(例如，廢塑料的熔融)、化學(xué)方法(例如，PET的化學(xué)反應(yīng))和焚燒能量回收。近日，北京大學(xué)馬丁教授，王蒙，紐黑文大學(xué)Dequan Xiao報(bào)道了提出了一種將PET轉(zhuǎn)化為高價(jià)值化學(xué)品（例如DMCD）的簡單策略，方法是克服涉及的反應(yīng)熱力學(xué)限制，并使用CO2(廢氣)作為溶劑前體。1）CO2加氫和PET甲醇分解的協(xié)同耦合具有有趣的雙重促進(jìn)作用。PET的存在促進(jìn)了CO2加氫反應(yīng)，其產(chǎn)物甲醇被PET甲醇原位消耗。而在在CO2加氫催化劑的存在下，由于產(chǎn)物（DMT）可以進(jìn)一步加氫，促進(jìn)了PET的甲醇裂解。與解偶聯(lián)反應(yīng)相比，這種一鍋催化工藝顯著提高了CO2加氫或PET甲醇分解的產(chǎn)率達(dá)2~7倍。2）研究人員提供了一種新的策略來同時(shí)回收聚酯和二氧化碳這兩種具有挑戰(zhàn)性的化學(xué)廢物。同時(shí)，雙促進(jìn)催化工藝適用于商業(yè)PET廢料和其他聚酯塑料，在這些塑料中，使用相同的催化劑可以進(jìn)一步加氫降解產(chǎn)物。同時(shí)，該策略對聚酯廢棄物的報(bào)廢處理具有一定的通用性和實(shí)用性。這項(xiàng)工作有望啟發(fā)人們設(shè)計(jì)更具協(xié)同耦合的、具有雙重促進(jìn)作用的催化反應(yīng)，從而為將廢塑料或二氧化碳轉(zhuǎn)化為高價(jià)值化學(xué)品提供實(shí)用的解決方案。Yinwen Li, et al, Catalytic Transformation of PET and CO2 into High-Value Chemicals, Angew. Chem. Int. Ed. 2022DOI: 10.1002/anie.202117205https://doi.org/10.1002/anie.202117205
5. AM：二芳酰亞胺超分子的高結(jié)晶度誘導(dǎo)強(qiáng)內(nèi)電場助力光催化析氧
近年來，新興的光催化劑可以有效地將水分解為氫氣和氧氣，實(shí)現(xiàn)太陽能的可持續(xù)轉(zhuǎn)化。水氧化反應(yīng)是光催化水分解的基本半反應(yīng)。然而，由于四電子轉(zhuǎn)移反應(yīng)，水氧化成為反應(yīng)速率決定步驟。而緩慢的反應(yīng)，高效催化劑的缺乏，使得水氧化的研究進(jìn)展緩慢。毫無疑問，光催化水分解的大規(guī)模應(yīng)用還有很長的路要走。近日，清華大學(xué)朱永法教授報(bào)道了采用咪唑溶劑法合成了一種高結(jié)晶度的苝酰亞胺超分子光催化劑（PDI-NH）。該催化劑在400 nm處表現(xiàn)出突破性的析氧速率（40.6 mmol g-1 h-1），表觀量子產(chǎn)率為10.4%，是低晶態(tài)PdI-NH的1353倍。1）高結(jié)晶結(jié)構(gòu)來自于在熔融的咪唑溶劑中通過π-π堆積和氫鍵的有序自組裝過程。此外，優(yōu)異的性能歸功于它的高結(jié)晶度所產(chǎn)生的強(qiáng)大的內(nèi)電場，這大大加快了電荷的分離和轉(zhuǎn)移。2）更重要的是，PDI-NH相當(dāng)穩(wěn)定，可以重復(fù)使用50 h以上，不會影響性能。總之，這種具有較強(qiáng)內(nèi)建電場的結(jié)晶PDI-NH為光催化析氧提供了新的思路，為有機(jī)光催化劑的設(shè)計(jì)提供了新的視角。Yuqiang Sheng, et al, High Photocatalytic Oxygen Evolution via Strong Built-in Electric Field induced by High Crystallinity of Perylene Imide Supramolecule, Adv. Mater. 2022DOI: 10.1002/adma.202102354https://doi.org/10.1002/adma.202102354
6. AM: 無滯后的水凝膠
機(jī)械能的彈性儲存和釋放一直是人類歷史上許多發(fā)展的關(guān)鍵。沒有滯后現(xiàn)象的彈性一直是一個(gè)難以實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)，尤其是在大變形時(shí)。鑒于此，中科院化學(xué)所邱東、馬薩諸塞大學(xué)阿默斯特分校Thomas P. Russell等人使用含水量為96%的低交聯(lián)密度聚丙烯酰胺水凝膠，以超支化二氧化硅納米顆粒（HBSP）為主要連接點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了無滯后材料。1）即使在 5000 次循環(huán)后，應(yīng)力-應(yīng)變曲線在應(yīng)變比為 4 時(shí)的不變性也證明了這些復(fù)合水凝膠的無疲勞特性。2）在應(yīng)變比為 7 時(shí)，僅觀察到 1.3% 的滯后。觀察到斷裂時(shí)的應(yīng)變比顯著增加，為11.5。這些彈性水凝膠的獨(dú)特特性體現(xiàn)在在對循環(huán)荷載下的動(dòng)態(tài)變形的高保真檢測上，這種檢測頻率范圍很廣，其他材料難以實(shí)現(xiàn)。Meng, X., et al., Hysteresis-Free Nanoparticle-Reinforced Hydrogels. Adv. Mater. 2021, 2108243.https://doi.org/10.1002/adma.202108243
7. AM：具有形變誘導(dǎo)可重排結(jié)構(gòu)的可伸展超兩親表面的制備
在柔性電子產(chǎn)品、人造皮膚和紡織品敷料中，需要具有高變形抗力的可伸縮超疏水表面來實(shí)現(xiàn)疏液性能。然而，要制造機(jī)械堅(jiān)固的超兩親涂層，使其在高度拉伸狀態(tài)下保持其超液體排斥性能，是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性的工作。基于此，中國科學(xué)院化學(xué)研究所劉杰研究員報(bào)道了開發(fā)了一種可伸展的超兩親表面，在拉伸過程中微結(jié)構(gòu)可以重新排列，以保持穩(wěn)定的超兩親性，即使在高拉伸應(yīng)變下也是如此。1）這種表面是以聚二甲基硅氧烷(PDMS)層為粘結(jié)劑，在預(yù)拉伸的基材(如順式-1，4-聚異戊二烯)上噴涂有機(jī)硅納米絲所制備。2）在隨后的氟化后，該表面對水和正十六烷的超疏水性保持到至少225%的拉伸應(yīng)變。在拉伸過程中，結(jié)合的PDMS層和可重新排列的結(jié)構(gòu)最大限度地提高了表面的變形抗力。即使在1000次拉伸-釋放循環(huán)后，表面的超兩親性和表面形態(tài)仍保持不變。3）利用上述優(yōu)點(diǎn)，研究人員設(shè)計(jì)了一套液體操作系統(tǒng)，它有望為生化檢測和芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)制造可重復(fù)使用的低成本平臺。這項(xiàng)研究為研究人員提供了利用可拉伸的超雙疏表面來制造低成本、可重復(fù)使用和可編程的基于液滴的微流體系統(tǒng)的潛力，將有助于研究多液滴的反應(yīng)或相互作用。Xiaoteng Zhou, et al, Fabrication of Stretchable Superamphiphobic Surfaces with Deformation-Induced Rearrangeable Structures, Adv. Mater. 2022DOI: 10.1002/adma.202107901https://doi.org/10.1002/adma.202107901
8. AM：WS2xSe2-2x螺旋納米片合金界面的電子性質(zhì)和載流子動(dòng)力學(xué)
二維(2D)合金不同組成疇界面的電學(xué)性質(zhì)是其光學(xué)、電學(xué)和光電子學(xué)應(yīng)用的關(guān)鍵。了解界面電子結(jié)構(gòu)和載流子動(dòng)力學(xué)對于設(shè)計(jì)和制造使用這些合金的器件至關(guān)重要。基于此，天津理工大學(xué)劉紅軍教授，湖南大學(xué)Xiaoli Zhu報(bào)道了以WS2和WSe2粉末為原料，采用物理氣相沉積（PVD）方法制備了WS2xSe2-2x螺旋納米片（0<x<1），并對其非線性光學(xué)、電子性質(zhì)以及ws和wse界面上的載流子動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。< span=""></x<1），并對其非線性光學(xué)、電子性質(zhì)以及ws和wse界面上的載流子動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了研究。<>1）二次諧波測試表明，這些納米薄片表現(xiàn)出很強(qiáng)的層相關(guān)非線性光學(xué)效應(yīng)。原子分辨掃描隧道顯微鏡(STM)和光譜(STS)測量表明，S和Se原子分布不均勻，形成WS疇、WSE疇和缺陷相關(guān)區(qū)域。2）原子STM圖像和STS圖顯示，在WS/WSE界面處的電子散射增強(qiáng)了局域態(tài)密度，為在泵浦-探測光譜測量中觀察到的與S/Se比率相關(guān)的壽命提供了詳細(xì)的納米尺度解釋。這項(xiàng)工作使用具有高時(shí)間和空間分辨率的最先進(jìn)的方法，為2D合金材料提供了有價(jià)值的界面表征。Jiangbo Peng, et al, Electronic Properties and Carrier Dynamics at the Alloy Interfaces of WS2xSe2-2x Spiral Nanosheets, Adv. Mater. 2022DOI: 10.1002/adma.202107738https://doi.org/10.1002/adma.202107738
9. Nano Lett.：金原子促進(jìn)Si(111)上Pb原子單層的宏觀超導(dǎo)性
超導(dǎo)材料的使用是發(fā)展量子技術(shù)最有前途的策略之一。納米級超導(dǎo)行為的研究對減小超導(dǎo)器件的尺寸至關(guān)重要。近日，巴黎文理研究大學(xué)Stéphane Pons等研究發(fā)現(xiàn)添加少量Au原子對在Si(111)上生長的Pb單層中原子級薄的超導(dǎo)性具有大的影響。1）原位宏觀電子傳輸測量表明，與原始Pb/Si(111)相比，超導(dǎo)性在更高的溫度下具有體現(xiàn)，并且表現(xiàn)出更加急劇的超導(dǎo)到零電阻的過渡。2）掃描隧道顯微鏡和光譜研究表明，Au原子修飾Pb/Si(111)的原子臺階邊緣，并連接相鄰原子階面的電子庫。跨邊緣的超導(dǎo)相關(guān)性的傳播得到增強(qiáng)，促進(jìn)了階面之間的相干性并促進(jìn)了更高溫度下的宏觀超導(dǎo)性。該工作的報(bào)道開辟了在原子尺度上設(shè)計(jì)和控制Josephson結(jié)的新方法。Denis S. Baranov, et al. Gold Atoms Promote Macroscopic Superconductivity in an Atomic Monolayer of Pb on Si(111). Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03595https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03595
10. Nano Lett.：通過Geode工藝控制亞100 nm分辨率半導(dǎo)體納米線的組成
半導(dǎo)體納米線是未來電子、光子、能源和生物應(yīng)用有前景的構(gòu)建單元。因此，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模和納米級成分控制的半導(dǎo)體納米線制備工藝的開發(fā)至關(guān)重要。近日，佐治亞理工學(xué)院Michael A. Filler等研究了中空微膠囊內(nèi)三種類型的半導(dǎo)體納米線的氣一液一固生長：nominally intrinsic Si (i-Si)、磷調(diào)控Si (i-Si/n-Si)和異質(zhì)結(jié)構(gòu)SiGe合金(SixGe1-x/SiyGe1-y)納米線。1）Geode工藝在微膠囊粉末的大內(nèi)表面積上實(shí)現(xiàn)納米線生長，提高了半導(dǎo)體納米線制備的可擴(kuò)展性，同時(shí)保持納米級可設(shè)計(jì)性。微膠囊壁引入的熱量和質(zhì)量傳輸限制可以忽略不計(jì)，從而能夠在微膠囊內(nèi)實(shí)現(xiàn)和傳統(tǒng)平面基底上生長納米線相同程度的成分控制。高效的熱量和質(zhì)量傳輸還最大限度地減少了在具有不同直徑和壁厚的微膠囊中生長的納米線的結(jié)構(gòu)變化。2）合成的微晶棒含有致密的單晶納米線網(wǎng)絡(luò)，因此可以使通過傳統(tǒng)的拉曼光譜來評估它們的結(jié)晶度。實(shí)驗(yàn)表明，空心微膠囊內(nèi)合成的SixGe1-x/SiyGe1-y納米線的成分控制與平面基底上合成的的基本沒有區(qū)別。對于SixGe1–x/SiyGe1–y納米線，作者展示了至少16個(gè)片段的控制，片段長度低于75 nm，納米線到納米線的片段長度變化小于6%。該工作表明Geode工藝在可擴(kuò)展合成具有可控成分的半導(dǎo)體納米線方面具有重大前景。Maritza Mujica, et al. Programming Semiconductor Nanowire Composition with Sub-100 nm Resolution via the Geode Process. Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02545https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02545
11. Nano Lett.：用二氧化硅涂層調(diào)節(jié)和定向控制金納米棒的電子發(fā)射
介電涂層提供了一種控制源自納米等離激元系統(tǒng)的熱載流子發(fā)射的通用方法，以用于新興的納米催化和光電陰極應(yīng)用，其均勻涂層用作調(diào)節(jié)劑，非均勻涂層提供定向光電流控制。然而，通過致密和介孔二氧化硅(SiO2)涂層的電子發(fā)射機(jī)理需要進(jìn)一步研究。近日，科羅拉多大學(xué)博爾德分校David J. Nesbitt，伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校Catherine J. Murphy等對單個(gè)金納米棒的光電發(fā)射與致密/介孔二氧化硅涂層厚度的函數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。1）金納米結(jié)構(gòu)上致密涂層的研究闡明了短（~1 nm）衰減長度是導(dǎo)致通過二氧化硅導(dǎo)帶的傳輸嚴(yán)重降低的原因。2）相比之下，介孔二氧化硅的透射率要高得多，作者通過一個(gè)簡單的幾何模型定量地概括了通過納米級多孔通道的電子逃逸概率。3）最后，具有涂層缺陷的納米棒的光電子速度圖成像(VMI)研究證實(shí)光發(fā)射優(yōu)先通過較薄的區(qū)域發(fā)生，這說明了在納米尺度上設(shè)計(jì)光電流分布的新機(jī)遇。Fabio Medeghini, et al. Regulating and Directionally Controlling Electron Emission from Gold Nanorods with Silica Coatings. Nano Lett., 2021DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03569https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c03569
12. ACS Nano：自組裝鹵化物鈣鈦礦量子點(diǎn)中激子的機(jī)械光學(xué)調(diào)制和載流子復(fù)合
半導(dǎo)體納米晶體和有機(jī)分子的機(jī)械調(diào)制光學(xué)特性對于機(jī)械光學(xué)和光機(jī)械裝置很有價(jià)值。具有優(yōu)異光學(xué)和電子特性的鹵化物鈣鈦礦有望用于此類應(yīng)用。北海道大學(xué)Vasudevanpillai Biju等人報(bào)道了自組裝甲脒溴化鉛 (FAPbBr3) 量子點(diǎn)的機(jī)械變化激子和光致發(fā)光。1）合成后的量子點(diǎn)（直徑 3.6 nm）顯示藍(lán)色發(fā)射和短光致發(fā)光壽命（2.6 ns），形成20-300 nm 2D和3D自組裝體，在溶液或薄膜中具有強(qiáng)的綠色發(fā)射。量子點(diǎn)的藍(lán)色發(fā)射和較短的光致發(fā)光壽命不同于組件的延遲（約 550 ns）綠色發(fā)射。2）研究人員以不同于自組裝的方式考慮單個(gè)量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和激子特性。單個(gè)量子點(diǎn)的藍(lán)色發(fā)射和短壽命與激子的弱介電屏蔽或強(qiáng)量子限制一致。組件的紅移發(fā)射和長光致發(fā)光壽命表明強(qiáng)介電屏蔽削弱了量子限制，允許激子分裂成自由載流子、擴(kuò)散和陷阱。延遲發(fā)射表明擴(kuò)散和解陷載流子的非雙生重組。3）有趣的是，通過施加橫向機(jī)械力（約 4.65 N），自組裝的綠色發(fā)射藍(lán)移。相應(yīng)地，光致發(fā)光壽命減少1個(gè)數(shù)量級。這些光致發(fā)光變化表明量子點(diǎn)自組裝的機(jī)械解離和機(jī)械控制的激子分裂和復(fù)合。4）鹵化物鈣鈦礦的機(jī)械變化發(fā)射顏色和壽命對于機(jī)械光學(xué)和光機(jī)械開關(guān)和傳感器具有開發(fā)潛力。Zhijing Zhang, et al. Mechano-optical Modulation of Excitons and Carrier Recombination in Self-Assembled Halide Perovskite Quantum Dots, ACS Nano 2022https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04944
