1. 道法自然，江雷/陳華偉Nat. Mater.：發(fā)現(xiàn)超快速水捕獲和運輸
在自然界中，有很多神奇的材料天然就具有微納米結(jié)構(gòu)，能夠允許水的定向運輸和捕獲。陳華偉和江雷院士團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)在瓶子草毛狀體的表面，水的運輸速度比在仙人掌脊柱和蜘蛛絲上的速度快三個數(shù)量級左右，這種優(yōu)異的性能來源于瓶子草毛狀體獨特的多級次微通道結(jié)構(gòu)。研究表明，具有兩種不同高度類型的肋條規(guī)則地分布在毛狀體錐體周圍，其中兩個相鄰的高肋形成了包含1-5個低肋的大通道，低肋限定較小的基通道，導(dǎo)致產(chǎn)生了兩種連續(xù)但不同的水輸送模式。建模和實驗測試表明，這種受生物啟發(fā)的多級次微通道中的超快速水輸送機制有望在微流體應(yīng)用中發(fā)揮巨大的潛力。
Chen H, Ran T, Gan Y, et al. Ultrafastwater harvesting and transport in hierarchical microchannels[J]. Nature Materials, 2018.
DOI: 10.1038/s41563-018-0171-9
https://www.nature.com/articles/s41563-018-0171-9
2. 劉洪陽/馬丁JACS：單原子Pd用于乙炔選擇性氫化
中科院沈陽金屬研究所劉紅陽課題組和北京大學(xué)馬丁課題組成功在缺陷態(tài)的石墨烯上負(fù)載原子級Pd催化劑，實現(xiàn)了乙炔90%高選擇性氫化制乙烯。表征發(fā)現(xiàn)，單原子Pd通過與石墨烯缺陷周圍的C相互作用，從而內(nèi)嵌其中。如此特殊的結(jié)構(gòu)成功降低了C2H4*組分的吸附力，這對加氫反應(yīng)的選擇性起到了至關(guān)重要的作用。
Huang F, Liu H, Ma D, et al. Atomically dispersed Pd on nanodiamond/graphene hybrid for selective hydrogenation of acetylene[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.
DOI: 10.1021/jacs.8b07476
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b0747
3.南開大學(xué)AM：多級次銀納米線-石墨烯載體實現(xiàn)高性能鋰金屬復(fù)合負(fù)極
金屬鋰負(fù)極是下一代高能量密度電池的不二之選，但是其商業(yè)化應(yīng)用由于長期循環(huán)性能不佳和受限的充放電倍率而受到阻礙。近日，南開大學(xué)的梁嘉杰教授團(tuán)隊將雙層網(wǎng)狀銀納米線組裝在交聯(lián)石墨烯骨架中構(gòu)建了一種三維多孔結(jié)構(gòu)的金屬鋰負(fù)極載體，這種設(shè)計能夠有效促進(jìn)鋰金屬電池的充放電倍率的提高和長期循環(huán)穩(wěn)定性的改善。優(yōu)化材料組分與多級次雙層網(wǎng)絡(luò)的有機結(jié)合能夠為金屬鋰的沉積提供快速連續(xù)的電子通道和無勢壘成核位點。這種結(jié)構(gòu)還表現(xiàn)出杰出的機械性能來支撐大載量的金屬鋰的沉積，同時可以緩沖長期重復(fù)沉積/剝離過程中的內(nèi)部應(yīng)力。因此，采用這種多級次載體的復(fù)合負(fù)極能夠促使對稱電池在40 mA/cm2的電流密度下順利的循環(huán)超過1000周而極化電壓小于120 mV。將其與NCM523匹配組裝成全電池后的電化學(xué)性能也十分優(yōu)異。
Xue P, Liu S, et al. A Hierarchical Silver-Nanowire–Graphene Host Enabling Ultrahigh Rates and Superior Long-Term Cycling of Lithium-Metal Composite Anodes[J]. Advanced Materials, 2018.
DOI: 10.1002/adma.201804165
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201804165?af=R
4. 湖南大學(xué)AM：核殼型PbSe@CsPbBr3線異質(zhì)結(jié)構(gòu)的外延生長
Fan, C.等人利用化學(xué)氣相沉積途徑，成功地制備出CsPbBr3包覆PbSe線的核殼異質(zhì)結(jié)構(gòu)。PbSe線尖端的Pb顆粒催化劑為CsPbBr3的原位快速生長提供成核位點。CsPbBr3殼體沿著PbSe線從尖端到底部的定向生長。光譜等表征手段揭示從殼到核的有效光生載流子轉(zhuǎn)移的機制。基于異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光電探測器在405 nm光照下展示出高達(dá)4.7×104 AW-1的響應(yīng)度，并且在近紅外光激發(fā)下具有波長相關(guān)的光電流極性。
Fan C, et al. Controllable Epitaxial Growth of Core-Shell PbSe@CsPbBr3 Wire Hetero structures[J]. Advanced Materials, 2018.
DOI: 10.1002/adma.201804707
https://doi.org/10.1002/adma.201804707
5. JACS：三維幾何結(jié)構(gòu)的電催化納米粒子作為納米酶
酶的特征是具有活躍的位點，它可以被嵌入蛋白質(zhì)外殼內(nèi)來產(chǎn)生一個具有高反應(yīng)頻率的納米結(jié)構(gòu)。Benedetti等人用帶有孤立底物通道的PtNi納米粒子來增加氧還原反應(yīng)的電催化活性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)PtNi納米粒子具有油胺封頂層，它會阻擋參與催化反應(yīng)的表面。因此氧化還原主要發(fā)生在通道內(nèi)，這也就提供了一種被限制的納米級別的反應(yīng)體積。與未蝕刻的納米粒子相比，這種納米酶的氧還原反應(yīng)活性提高了3.3倍，而與具有相互連通孔隙的介孔PtNi納米粒子相比，其反應(yīng)活性也增加了2.1倍。
Benedetti T M, Andronescu C, etal. Electrocatalytic nanoparticles that mimic the three dimensional geometric architecture of enzymes: Nanozymes[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.
DOI: 10.1021/jacs.8b08664
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b08664
6. 樊春海＆趙春常Nano Lett.：H2S激活的近紅外II區(qū)熒光納米材料用于癌癥光熱治療
近紅外（NIR）II區(qū)熒光試劑對深層組織光熱療法（PTT）有很大的應(yīng)用價值，但也仍然受到PTT固有的非特異性和毒性問題的困擾。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，Shi等人開發(fā)了一種硫化氫（H2S）激活的納米光熱劑（Nano-PT）用于特定位點的NIR-II區(qū)熒光導(dǎo)向的結(jié)腸直腸癌（CRC）治療。體內(nèi)研究表明，這種納米探針會在富含H2S 的CRC組織中被激活，而在正常組織中則是非功能性的。Nano-PT的不僅具有比傳統(tǒng)熒光探針更深層的組織滲透能力，而且能產(chǎn)生高NIR吸收從而在NIR激光照射下進(jìn)行有效的光熱轉(zhuǎn)換。實驗利用這一Nano-PT在腫瘤小鼠建立了NIR-II區(qū)成像指導(dǎo)的PTT，使得腫瘤完全被治愈。這一研究為探索癌癥生物標(biāo)志物激活的PTT提供了新的思路。
Shi B, Yan Q, et al. Hydrogen Sulfide-Activatable Second Near-Infrared Fluorescent Nanoassemblies for Targeted Photothermal Cancer Therapy[J]. Nano Letters, 2018.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b02767
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.8b02767
7.武漢大學(xué)AFM：肽基多功能納米材料用于腫瘤成像和治療
在過去的十年中，肽基納米材料被認(rèn)為是用于腫瘤成像和治療的生物醫(yī)學(xué)材料中的關(guān)鍵一員。由于其優(yōu)良的生物相容性、多樣的生物活性、潛在的生物降解性、特殊的生物識別能力以及易于化學(xué)改性的特點，使得目前對多肽和肽衍生物的研究得到了快速的發(fā)展。Zhang等人綜述概述了目前有關(guān)肽基多功能納米材料的設(shè)計和它們在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的發(fā)展現(xiàn)狀，重點介紹了在不同治療方法中對它們的巧妙應(yīng)用。
Zhang C, Wu W, et al.Peptide-Based Multifunctional Nanomaterials for Tumor Imaging and Therapy[J]. Advanced Functional Materials, 2018.
DOI: 10.1002/adfm.201804492
https://doi.org/10.1002/adfm.201804492
8.孟慶波&李玉良AEM：石墨炔摻雜提高鈣鈦礦太陽能電池的水穩(wěn)定性
孟慶波和李玉良課題組將Graphdiyne（GDY）引入到鈣鈦礦膜中，以構(gòu)建用于平面鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的鈣鈦礦/石墨烯（PVSK GDY）本體異質(zhì)結(jié)。該PVSK/GDY異質(zhì)結(jié)可以提供額外的傳輸通道以促進(jìn)激子分離并促進(jìn)光生電子提取，進(jìn)而提高光生電流。同時，GDY的引入可以鈍化晶界和界面以有效地抑制載流子復(fù)合，獲得更高的填充因子。最終實現(xiàn)高達(dá)20.54％的效率。此外，這種PVSK/GDY異質(zhì)結(jié)的鈣鈦礦膜有優(yōu)異的水穩(wěn)定性。
Li H, Zhang R, et al.Graphdiyne-Based Bulk Heterojunction for Efficient and Moisture-Stable Planar Perovskite Solar Cells[J]. Advanced Energy Materials, 2018.
DOI: 10.1002/aenm.201802012
https://doi.org/10.1002/aenm.201802012
9. AEM：自組裝空穴傳輸層用于高效鈣鈦礦光伏器件
基于鈣鈦礦的太陽能電池（PSCs）的空前出現(xiàn)伴隨著對用于電荷選擇性接觸的合適材料的深入研究。Magomedov, A.等人在倒置PSC器件中首次使用自組裝單層（SAM）作為無摻雜劑空穴傳輸層，效率高達(dá)17.8％，平均填充因子接近80 %，并且未檢測到寄生吸收。通過簡單地將基板浸入新型分子V1036的溶液中，由其的膦基基團(tuán)錨定結(jié)合到ITO表面來實現(xiàn)SAM的形成。
Magomedov A, Al-Ashouri A, etal. Self-Assembled Hole Transporting Monolayer for Highly Efficient Perovskite Solar Cells[J]. Advanced Energy Materials, 2018.
DOI: 10.1002/aenm.201801892
https://doi.org/10.1002/aenm.201801892
10. Nano Energy：鋰電池中層狀正極材料快速充放電狀態(tài)下的化學(xué)機械相互作用
形貌缺陷會導(dǎo)致長期以及劇烈的電池性能突變。這些形貌缺陷牽涉到多維度下與材料內(nèi)部機械應(yīng)力相關(guān)的化學(xué)-機械偶聯(lián)相互作用。由結(jié)構(gòu)各向異性、化學(xué)和充電態(tài)的不均勻性誘發(fā)的機械應(yīng)力會通過形成裂紋的方式 ，同時會逐漸破壞離子電子的擴(kuò)散通道，創(chuàng)造出新的界面副反應(yīng)。當(dāng)前對于機械化學(xué)相互作用的理解一直停留在描述水平上，因此對其進(jìn)行量化或建模是十分重要的。Liu等系統(tǒng)地研究了在快速充電狀態(tài)下NCM622材料二級顆粒介觀尺度下形貌缺陷的演變。他們借助先進(jìn)的同步輻射X射線斷層掃描技術(shù)，無損地穿透二級顆粒的內(nèi)部體積，并量化了裂紋形成的形貌結(jié)果，如孔隙率和內(nèi)部表面積等。研究發(fā)現(xiàn)，顆粒內(nèi)部離子電導(dǎo)率和電子電導(dǎo)率的不匹配會造成整個二級顆粒上充電態(tài)的不均勻分布。
Xia S, Mu L, et al. Chemomechanical Interplay of Layered Cathode Materials undergoing Fast Charging in LithiumBatteries[J]. Nano Energy, 2018.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2018.09.051
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518306955?dgcid=rss_sd_all
11.Energy Storage Materials：為鋰金屬電池設(shè)計剛?cè)岵?jì)的保護(hù)層
合理的設(shè)計具有低阻抗、高機械強度、良好界面相容性的人工保護(hù)層對于抑制鋰枝晶的生長十分迫切。浙江大學(xué)的陸盈盈教授團(tuán)隊近日報道了一種采用浸漬鑄造方法制備的2.5微米厚的鋰化Nafion-LiCl界面膜（NLI）。這種柔軟的界面膜能偶提供快速地離子通道和良好的界面相容性，同時其內(nèi)部LiCl可以作為機械模量增強劑來抵抗嚴(yán)重的界面波動、抑制鋰枝晶的生長。憑借以上優(yōu)良的性質(zhì)，這種NLI膜能夠確保Li-Li對稱電池在8 mA/cm2的高電流密度下正常工作，鈦酸鋰和磷酸鐵鋰全電池同時也能夠?qū)崿F(xiàn)超長的循環(huán)壽命。
Li S, Fan L, Lu Y, et al. Rational Design of Robust-Flexible Protective Layer for Safe Lithium Metal Battery[J]. Energy Storage Materials, 2018.
DOI: 10.1016/j.ensm.2018.09.015
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829718309012?dgcid=rss_sd_all
12.胡勇勝JMCA：抑制P2型鐵基鈉離子電池正極材料的電壓衰降
含F(xiàn)e、Mn等元素正極材料的可充鈉離子電池是未來大規(guī)模儲能設(shè)備的有力競爭者。然而，P2型鐵基正極材料在電池工作過程中會經(jīng)歷嚴(yán)重的電壓下降，這是Fe3+向相鄰的四面體位點遷移造成的。在本文中，胡勇勝研究員等制備了兩種Cu元素?fù)诫s的鐵基層狀氧化物正極材料Na0.7[Cu0.15Fe0.3Mn0.55]O2 和 Na0.7[Cu0.2Fe0.2Mn0.6]O2。他們利用原位XRD、X射線PDF、軟硬X射線吸收光譜等手段發(fā)現(xiàn)，鐵基層狀氧化物正極材料的電壓下降是由動力學(xué)原因造成的。動態(tài)相變可由更高的截止電壓而引發(fā)，同時部分不可逆的Fe遷移也會造成電壓下降。通過向晶格中摻入過量的Cu元素，可以在保持材料晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時抑制Fe的不可逆遷移。此外，Cu元素的引入還會通過過渡金屬元素與配位氧原子之間的關(guān)聯(lián)帶來額外的容量，因而補償了惰性非純相摻雜造成的容量損失。
Xu S, Wu J, et al. Suppressing the Voltage Decay of Low-Cost P2-Type Iron Based Cathode Materials for Sodium-ion Batteries[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2018.
DOI: 10.1039/C8TA07933A
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/TA/C8TA07933A#!divAbstract
