1. Nature Commun.：一維半金屬與二維半導(dǎo)體的接觸
二維(2D)半導(dǎo)體由于其優(yōu)良的柵極靜電性，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的溝道長(zhǎng)度調(diào)節(jié)方面具有很好的應(yīng)用前景。然而，由于接觸電阻的急劇增加和納米級(jí)金屬導(dǎo)電性的惡化，測(cè)量它們的接觸長(zhǎng)度仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，清華大學(xué)張躍鋼教授，Yang Wei使用單壁碳納米管電極構(gòu)建了一維半金屬-2D半導(dǎo)體接觸，可以將接觸長(zhǎng)度推到亞2 nm區(qū)域。1）這種1D-2D異質(zhì)結(jié)比2D-2D異質(zhì)結(jié)顯示出更小的范德華能隙，而肖特基勢(shì)壘高度可以通過(guò)柵勢(shì)來(lái)有效地調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)歐姆接觸。2）提出了一種用于分析器件在短接觸極限下的電勢(shì)和電流分布的縱向傳輸線模型，并利用該模型提取了超短接觸的一維接觸電阻率，最低可達(dá)10?6 Ω·cm-2。3）進(jìn)一步證明，具有柵極可調(diào)功函數(shù)的半金屬納米管可以與包括MoS2、WS2和WSe2在內(nèi)的各種二維半導(dǎo)體形成良好的接觸。一維半金屬接觸為未來(lái)納米電子學(xué)的進(jìn)一步小型化奠定了基礎(chǔ)。
Li, X., Wei, Y., Wang, Z. et al. One-dimensional semimetal contacts to two-dimensional semiconductors. Nat Commun 14, 111 (2023).DOI：10.1038/s41467-022-35760-xhttps://doi.org/10.1038/s41467-022-35760-x
2. Nature Commun.：從電化學(xué)反硝化轉(zhuǎn)向合成氨
一氧化氮的去除是一個(gè)重要的環(huán)境問(wèn)題，也是實(shí)現(xiàn)高效CO2電還原的必要前提。為此，電催化反硝化是一條可持續(xù)的途徑。近日，中科院大連化物所Jianping Xiao使用反應(yīng)相圖來(lái)分析不同催化劑下反應(yīng)機(jī)理的演變，并研究 Pd 和 Cu 的電勢(shì)/pH 效應(yīng)。1）研究發(fā)現(xiàn)與 N2O 生產(chǎn)相比，N2 選擇性較低，這與一組實(shí)驗(yàn)一致，從根本上受到兩個(gè)因素的限制。N2OH* 與過(guò)渡金屬的結(jié)合相對(duì)較弱，導(dǎo)致生成的 N2O* 質(zhì)子化速率較低。2）OH* 和 O* 結(jié)合能的強(qiáng)相關(guān)性限制了 N2O* 解離的路徑。盡管不同電位、pH 和 NO 壓力的實(shí)驗(yàn)條件可以略微調(diào)整選擇性，但不足以促進(jìn) N2 選擇性超過(guò) N2O 和 NH3。一個(gè)可能的解決方案是設(shè)計(jì)有例外的催化劑來(lái)打破能量的標(biāo)度特性。
Li, H., Long, J., Jing, H. et al. Steering from electrochemical denitrification to ammonia synthesis. Nat Commun 14, 112 (2023).DOI：10.1038/s41467-023-35785-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-35785-w
3. Nature Commun.：?jiǎn)尉?PdCu 合金納米粒子中 fcc-bcc 相變的動(dòng)力學(xué)
金屬和金屬合金中兩種最常見(jiàn)的晶體結(jié)構(gòu)是體心立方 (bcc) 和面心立方 ( fcc ) 結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)之間的相變?cè)谀陀煤凸δ苄越饘俸辖鸬纳a(chǎn)中起著重要作用。盡管它們具有技術(shù)意義，但由于與探索這些過(guò)程相關(guān)的挑戰(zhàn)，這種相變的細(xì)節(jié)在很大程度上是未知的。基于此，新加坡國(guó)立大學(xué)Utkur Mirsaidov使用原位加熱透射電子顯微鏡描述了 PdCu 合金納米粒子 (NPs) 中 fcc 到 bcc 相變的納米級(jí)細(xì)節(jié)。1）觀察表明，bcc 相總是從 fcc NP 的邊緣成核，然后通過(guò)形成一個(gè)獨(dú)特的幾個(gè)原子范圍的相干 bcc-fcc 界面在 NP 中傳播。2）值得注意的是，該界面充當(dāng) bcc 相成核的中間前體相。這些對(duì) fccto-bcc 相變的見(jiàn)解對(duì)于理解一般的固體 - 固體相變很重要，并且可以幫助定制金屬及其合金的功能特性。
Jiang, Y., Duchamp, M., Ang, S.J. et al. Dynamics of the fcc-to-bcc phase transition in single-crystalline PdCu alloy nanoparticles. Nat Commun 14, 104 (2023).DOI：10.1038/s41467-022-35325-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-022-35325-y
4. Nature Commun.: 通過(guò)隨機(jī)粒子鍵合構(gòu)建大塊超穩(wěn)定玻璃
玻璃科學(xué)的最新突破是通過(guò)物理氣相沉積技術(shù)合成了超穩(wěn)定玻璃。這些樣品顯示出增強(qiáng)的熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性，對(duì)基礎(chǔ)科學(xué)和技術(shù)應(yīng)用具有重要意義。然而，氣相沉積技術(shù)僅限于原子、聚合物和有機(jī)玻璃形成劑，只能生產(chǎn)薄膜樣品。近日，巴黎文理研究大學(xué)Francesco Zamponi通過(guò)提出一種隨機(jī)鍵合方法克服了上述幾個(gè)問(wèn)題，其中凍結(jié)相鄰粒子對(duì)子集之間的距離。1）隨機(jī)鍵合在數(shù)學(xué)上類似于隨機(jī)釘扎，我們將在數(shù)值上證明它滿足安靜凍結(jié)的要求，從而產(chǎn)生接近平衡的鍵合系統(tǒng)配置，但不會(huì)破壞與隨機(jī)釘扎相反的平移不變性。因此，這種方法允許生成具有廣泛可調(diào)穩(wěn)定性的大量分子系統(tǒng)（例如，二聚體、三聚體和聚合物）的平衡玻璃構(gòu)型。最重要的是，這種方法可以在真實(shí)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中實(shí)施，例如具有DNA 接頭和聚合物 的路徑，即可以通過(guò)外部參數(shù)修改組成粒子之間的相互作用的系統(tǒng)。2）在介紹了這種新方法之后，研究人員展示了計(jì)算機(jī)模擬的結(jié)果，這些結(jié)果通過(guò)確定簡(jiǎn)單玻璃形成劑的加熱冷卻循環(huán)的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性和應(yīng)力應(yīng)變測(cè)量的機(jī)械穩(wěn)定性來(lái)證明隨機(jī)鍵合的有效性。此外，表明生成的配置接近平衡，因此在數(shù)值精度內(nèi)未檢測(cè)到老化。最后，討論了該方法的實(shí)驗(yàn)可行性。
Ozawa, M., Iwashita, Y., Kob, W. et al. Creating bulk ultrastable glasses by random particle bonding. Nat Commun 14, 113 (2023).DOI: 10.1038/s41467-023-35812-whttps://doi.org/10.1038/s41467-023-35812-w
5. Science Advances：中性條件下持續(xù)600小時(shí)太陽(yáng)能水分解的半導(dǎo)體-電解質(zhì)動(dòng)態(tài)界面
光電化學(xué)(PEC)水分解在pH中性電解液中的作用越來(lái)越引起人們對(duì)能源需求可持續(xù)性的關(guān)注。近日，內(nèi)蒙古大學(xué)武利民教授，Lei Wang，Jinlu He提出了一種通過(guò)調(diào)整中性電解液的組成來(lái)原位形成NiB層的策略，從而提高了BiVO4光陽(yáng)極的PEC性能。1）NiB/BiVO4在1.23 VRHE下的光電流密度為6.0 mA cm?2，在1 sun太陽(yáng)光下的起始電勢(shì)為0.2 VRHE。該光陽(yáng)極在中性電解液中具有600小時(shí)以上的光穩(wěn)定性。2）電解液中添加Ni2+能有效地抑制NiB的溶解，加速光生電荷轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)水氧化動(dòng)力學(xué)。具有B-─-O鍵的硼酸鹽物種通過(guò)加速質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移而促進(jìn)了催化劑的活性。兩種物質(zhì)的協(xié)同作用抑制了BiVO4的表面電荷復(fù)合，抑制了BiVO4的光腐蝕。
Rui-Ting Gao, et al, Dynamic semiconductor-electrolyte interface for sustainable solar water splitting over 600 hours under neutral conditions, Sci. Adv. 9, eade4589 (2023)DOI: 10.1126/sciadv.ade4589https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ade4589
6. Matter綜述：來(lái)自可再生自然資源的可持續(xù)生物塑料用于食品包裝
食品包裝是塑料最終用途的主要部門之一。生物塑料是從農(nóng)作物、木漿和草本纖維等自然可再生資源中生產(chǎn)的。近日，美國(guó)東北大學(xué)Hongli Zhu綜述了利用天然資源進(jìn)行食品包裝生物塑料的合理設(shè)計(jì)。1）考慮的生物塑料性能包括熱性能、機(jī)械性能、耐氧/耐濕性能和生物降解性。作者討論了生物塑料的降解性和處理生物塑料廢物的技術(shù)。對(duì)生物塑料可持續(xù)性的各個(gè)方面(如環(huán)境概況、技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析和社會(huì)影響)進(jìn)行了調(diào)查。2）作者討論了生物塑料應(yīng)用的主要挑戰(zhàn)，如低斷裂應(yīng)變和較差的阻隔性能。此外，還討論了克服生物塑料力學(xué)性能的緩解方法，如添加增塑劑。生物塑料的性能可以與化石塑料相媲美。在大多數(shù)食品包裝應(yīng)用中，生物塑料可以作為傳統(tǒng)塑料的替代品，由于其可生物降解性，可以減少碳足跡和對(duì)環(huán)境的影響。
Xianhui Zhao, et al, Sustainable bioplastics derived from renewable natural resources for food packaging, Matter, 2023DOI: 10.1016/j.matt.2022.11.006https://doi.org/10.1016/j.matt.2022.11.006
7. EES：使用界面氧化還原介體的高性能全固態(tài)Li2S電池
基于硫化鋰正極的全固態(tài)鋰-硫電池已經(jīng)成為下一代儲(chǔ)能候選電池，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁┍蠕囯x子電池更高的理論能量密度，并且有可能實(shí)現(xiàn)無(wú)陽(yáng)極電池設(shè)計(jì)。然而，由于離子和電子輸運(yùn)的限制以及電荷的高活化勢(shì)壘，固態(tài)Li2S的正極動(dòng)力學(xué)受到阻礙。近日，滑鐵盧大學(xué)Linda F. Nazar報(bào)道了一種封裝的Li2S正極設(shè)計(jì)，在該設(shè)計(jì)中，30 nm厚的外層LiVS2外殼作為L(zhǎng)i2S芯的電荷載流子(Li+和e-)的傳輸載體。1）研究發(fā)現(xiàn)，VS2(一旦在外表面脫氫)是Li2S?S轉(zhuǎn)化的固-固界面介體。通過(guò)采用這種核殼結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)金屬、離子導(dǎo)電的LiVS2外殼和絕緣Li2S內(nèi)核之間的緊密接觸。這有助于在正極復(fù)合材料與銀輝石電解液混合后，通過(guò)電子和離子通道滲入。LiVS2提供的雙功能行為改善了固態(tài)硫電化學(xué)的陰極動(dòng)力學(xué)，使鋰硫電池能夠在合理的高電流密度(高達(dá)3 mA?cm-2)下充電。2）采用這種方法，在中等電流密度1 mA?cm-2和活性物質(zhì)負(fù)載量2.0 mgLi2S+LiVS2?cm-2的條件下，全固態(tài)Li-S電池可以循環(huán)1000次以上，同時(shí)在室溫下保持了近80%的初始容量。在4和6mgLi2S+LiVS2?cm-2的中等負(fù)荷下，電池還顯示出極長(zhǎng)的循環(huán)壽命。高負(fù)載電池(10 mg?cm-2)在60 °C時(shí)的面積容量>5 mA?h?cm-2，但循環(huán)壽命有限。這些研究為全固態(tài)Li-S正極結(jié)構(gòu)的定制設(shè)計(jì)提供了洞察力。
Chun Yuen Kwok, et al, High-Performance All-Solid-State Li2S Batteries Using an Interfacial Redox Mediator, Energy Environ. Sci., 2023https://doi.org/10.1039/D2EE03297J
8. EES: 有序陣列輔助有機(jī)胺鹽在多孔性碘化鉛中的全方位擴(kuò)散助力兩步沉積大面積鈣鈦礦型太陽(yáng)電池
傳統(tǒng)的兩步連續(xù)沉積法制備的鈣鈦礦薄膜存在大量的缺陷和過(guò)量的PbI2，這主要是由于形成致密的PbI2層和不完全的固液反應(yīng)所致。結(jié)果表明，PbI2物種的存在對(duì)功率轉(zhuǎn)換效率(PCE)有一些積極的影響，但過(guò)量PbI2的隨機(jī)分布會(huì)對(duì)器件的穩(wěn)定性造成不利影響。近日，南昌大學(xué)陳義旺教授，Licheng Tan論證了將丁二酰胺(SA)添加劑與納米印跡技術(shù)相結(jié)合來(lái)制備具有有序陣列結(jié)構(gòu)的多孔PbI2層的可行性，1）它可以限制PbI2陣列中的有機(jī)胺鹽，促進(jìn)PbI2陣列的全方位擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)充分轉(zhuǎn)化為鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。從而獲得了效率為23.56%、在空氣中(相對(duì)濕度為50±5%)具有良好的長(zhǎng)期濕度穩(wěn)定性(1800 h后保持~90%的效率)的無(wú)封裝器件(有效面積為0.04 cm2)。2）此外，制作的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(1.01 cm2)和組件(14.63 cm2)分別獲得了21.57%和16.42%的令人印象深刻的效率。這項(xiàng)工作為兩步連續(xù)沉積法從實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)展到大規(guī)模制造高性能鈣鈦礦型光伏器件鋪平了道路。
Jiacheng He, et al, Omnidirectional Diffusion of Organic Amine Salts Assisted by Ordered Arrays in Porous Lead Iodide for Two-Step Deposited Large-Area Perovskite Solar Cells, Energy Environ. Sci., 2023https://doi.org/10.1039/D2EE03418B
9. AM：鈦酸鹽鈣鈦礦中的高熵增強(qiáng)微波衰減
高熵氧化物(HEO)將多種主要陽(yáng)離子結(jié)合到單相晶體中，并與不同的金屬離子相互作用，擴(kuò)展了可用成分的邊界和前所未有的性能。近日，復(fù)旦大學(xué)車仁超教授，David Wei Zhang，內(nèi)蒙古大學(xué)武利民教授報(bào)道了一種高熵穩(wěn)定的(Ca0.2Sr0.2Ba0.2La0.2Pb0.2)TiO3鈣鈦礦，其有效吸收帶寬(90%吸收)比BaTiO3提高了近兩倍。1）結(jié)果表明，熵組態(tài)的調(diào)節(jié)可以產(chǎn)生明顯的晶界、氧缺陷和超致密的扭曲晶格。這些特性導(dǎo)致了強(qiáng)烈的界面極化和缺陷誘導(dǎo)的極化，從而協(xié)同貢獻(xiàn)了介電衰減性能。2）此外，高熵鈣鈦礦中強(qiáng)烈的晶格扭曲產(chǎn)生的大應(yīng)變?yōu)殡娮虞d流子提供了不同的輸運(yùn)方式。電子全息術(shù)定量驗(yàn)證了高熵增強(qiáng)的正負(fù)電荷在晶界和應(yīng)變集中位置的積累，導(dǎo)致了異常的介電極化損耗。這一研究為設(shè)計(jì)強(qiáng)吸波材料以滿足先進(jìn)集成電子學(xué)日益苛刻的要求開(kāi)辟了一條有效的途徑。此外，研究工作也為通過(guò)熵工程改善HEO的其他有趣性質(zhì)提供了一個(gè)范例。
Biao Zhao, et al, High-Entropy Enhanced Microwave Attenuation in Titanate Perovskites, Advanced Materials. 2023DOI: 10.1002/adma.202210243https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202210243
10. AM：用于安全鋰金屬電池的熱響應(yīng)電解質(zhì)
探索先進(jìn)的策略來(lái)減輕熱失控的鋰金屬電池（LMBs）是至關(guān)重要的。近日，清華大學(xué)張強(qiáng)教授，東南大學(xué)Xin-Bing Cheng設(shè)計(jì)了一種具有熱響應(yīng)特性的新型電解質(zhì)體系，以大大提高1.0 Ah LMBs的熱安全性。1）具體而言，引入碳酸乙烯酯(VC)和偶氮二異丁腈作為熱響應(yīng)溶劑，以提高固體電解質(zhì)界面(SEI)和電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性。2）首先，與常規(guī)電解質(zhì)中廣泛獲得的無(wú)機(jī)組分相比，在SEI中與熱響應(yīng)電解質(zhì)一起形成了豐富的聚(VC ),其對(duì)六氟磷酸鋰更熱穩(wěn)定。這將熱安全的臨界溫度(明顯自發(fā)熱的開(kāi)始溫度)從71.5 ℃提高到137.4 ℃，當(dāng)電池溫度異常升高時(shí)，剩余的VC溶劑可以聚合成聚(VC)。3）聚(VC)不僅可以作為阻擋層防止電極之間的直接接觸，而且可以固定游離的液體溶劑，從而減少電極和電解質(zhì)之間的放熱反應(yīng)。因此，LMBs的內(nèi)部短路溫度和“燃點(diǎn)”溫度(熱失控的起始溫度)從126.3 ℃和100.3 ℃大幅提高到176.5 ℃和203.6 ℃。這項(xiàng)工作為通過(guò)在商用電解質(zhì)中添加各種熱響應(yīng)溶劑來(lái)追求熱穩(wěn)定的LMBs提供了新的見(jiàn)解。
Feng-Ni Jiang, Thermoresponsive Electrolytes for Safe Lithium Metal Batteries ， Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202209114https://doi.org/10.1002/adma.20220911411. ACS Nano: 八面體分子篩中陽(yáng)離子吸附/交換機(jī)制基于MnO2的八面體分子篩（OMSs）由于其微孔隧道骨架能夠吸附和交換各種離子，特別是陽(yáng)離子，在去離子、地球化學(xué)和儲(chǔ)能領(lǐng)域得到了廣泛研究。溫州大學(xué)袁一斐、王舜等人揭示了OMS材料中離子吸附和交換原理的復(fù)雜性，并進(jìn)一步激發(fā)OMS框架的結(jié)構(gòu)/組成修飾，增強(qiáng)其在各個(gè)領(lǐng)域中的功能。1) 隨著Ag+離子交換時(shí)間的增加，K-OMS-2中的Ag+含量逐漸增加，而K+含量逐漸降低，證實(shí)了Ag+?K+陽(yáng)離子直接交換機(jī)制的存在。此外，還有另一種具有Ag+在不排出K+的情況下進(jìn)入K-OMS-2隧道的機(jī)制，這可能導(dǎo)致Mn價(jià)態(tài)的降低。這一機(jī)制的發(fā)現(xiàn)不僅有助于基本理解OMSs隧道內(nèi)的間離子反應(yīng)，而且還指出了通過(guò)簡(jiǎn)單的組成控制可能調(diào)節(jié)Mn價(jià)態(tài)和OMS的電子結(jié)構(gòu)。2) 發(fā)現(xiàn)一種可以調(diào)控的原子占位模式，例如，經(jīng)過(guò)Ag+?K+交換后，當(dāng)少量的Ag+進(jìn)入二氧化錳晶格，Ag+排布具有周期性，而當(dāng)大量的Ag+進(jìn)入二氧化錳晶格，這種周期性被破壞。
Chenghang Li, et al. Atomic Mechanisms of Cation Adsorption/Exchange in Octahedral Molecular Sieves. ACS nano, 2022.https://doi.org/10.1021/acsnano.2c10682.
