1.哈佛&斯坦福Nature：寬頻帶的電光調(diào)制光頻梳
光頻梳由離散的、等間距頻率的光學(xué)分量構(gòu)成，是光通信、精密測量、計時、光譜學(xué)領(lǐng)域十分重要的工具。目前，寬頻帶的光頻梳通常由鎖模激光器或具有三階科爾非線性的、色散控制的諧振腔產(chǎn)生。此外，也可在強二階非線性諧振腔中采用電光（EO）相位調(diào)制來產(chǎn)生光頻梳，這種方法的優(yōu)點是所得光頻梳穩(wěn)定性、可控性優(yōu)異。然而，先前報道的EO光頻梳存在頻帶較窄的問題，原因是自由空間通信系統(tǒng)中EO相互作用弱，且缺乏色散控制。
有鑒于此，哈佛大學(xué)Marko Lon?ar團(tuán)隊和斯坦福大學(xué)Joseph M. Kahn團(tuán)隊利用薄膜鈮酸鋰光子學(xué)平臺搭建了集成的EO光頻梳發(fā)生器，在保證色散控制的前提下，實現(xiàn)了高EO響應(yīng)、極低光損耗、高度共局域的微波場和光場，從而克服了以上限制。實驗所測EO光頻梳的頻率范圍超過整個L波段（超過900個光頻齒，對應(yīng)~10 GHz的跨度），且未來的色散控制可進(jìn)一步產(chǎn)生跨倍頻程的光頻梳。此外，光頻梳發(fā)生器對調(diào)制頻率失諧具有高的耐受性，在橫跨7個數(shù)量級的頻帶范圍內(nèi)（10 Hz-100 MHz）可以很好的控制光頻齒的間隔；利用這個特點，作者在單諧振腔內(nèi)實現(xiàn)了雙頻梳。
這些結(jié)果都證明集成EO光頻梳發(fā)生器能產(chǎn)生頻帶寬、信號穩(wěn)定的梳狀譜。進(jìn)一步地，其優(yōu)異的可重構(gòu)性對于集成的科爾光頻梳是很好的補充，因此能在光譜學(xué)、光通信等領(lǐng)域產(chǎn)生相關(guān)應(yīng)用。
圖1. 集成的EO光頻梳發(fā)生器
圖2. EO雙頻梳
Mian Zhang, Brandon Buscaino, Cheng Wang,Amirhassan Shams-Ansari, Christian Reimer, Rongrong Zhu, Joseph M. Kahn &Marko Lon?ar. Broadband electro-optic frequencycomb generation in a lithium niobate microring resonator. Nature, 2019.
DOI: 10.1038/s41586-019-1008-7
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1008-7
2.巴塞爾大學(xué)Nature Nanotech.：單層MoS2中的自旋極化電子
在低電子密度極限下，庫侖相互作用對于確定理想二維電子氣（2DEG）的基態(tài)至關(guān)重要。在這種情況下，庫侖相互作用主導(dǎo)著單粒子相空間填充。在硅和砷化鎵中，電子通常位于這些低密度下。相反，在過渡金屬二硫族化物（TMD）中，可以在實驗相關(guān)的電子密度下預(yù)測2DEG中的庫侖相關(guān)性。
瑞士巴塞爾大學(xué)JonasGa?l Roch團(tuán)隊研究了TMD二硫化鉬的門控單層中的2DEG。在9.0 T的磁場和電子濃度高達(dá)5×1012 cm-2的情況下，研究人員提出了基態(tài)是自旋極化的證據(jù)。在四個可用導(dǎo)帶中，只有兩個被占用。這兩個帶具有相同的自旋但不同的谷量子數(shù)。研究表明，即使在沒有磁場的情況下也只占用兩個波段。自旋極化隨著2DEG密度的降低而增加，表明庫侖相互作用是對稱性破壞的關(guān)鍵方面。最后提出了交換耦合對齊旋轉(zhuǎn)。波爾半徑非常小，以至于相位空間相距很遠(yuǎn)的電子相互作用也會相互影響。
Roch, J. G., Froehlicher,G., Leisgang, N., Makk, P., Watanabe, K., Taniguchi, T. & Warburton, R. J.Spin-polarized electrons in monolayer MoS2. Nature Nanotechnology,2019.
DOI: 10.1038/s41565-019-0397-y
https://doi.org/10.1038/s41565-019-0397-y
3.科羅拉多礦業(yè)學(xué)院Nature Energy：發(fā)電和燃料生產(chǎn)！高效可逆的質(zhì)子陶瓷電化學(xué)電池
基于質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池技術(shù)的可逆燃料電池，可以為解決能量儲存和轉(zhuǎn)化問題并為可再生燃料生產(chǎn)提供通用途徑。然而，這兩種技術(shù)都面臨著與成本，耐用性，低往返效率以及將H2O與產(chǎn)品燃料分離的巨大挑戰(zhàn)。
科羅拉多礦業(yè)學(xué)院的Chuancheng Duan和Ryan O'Hayre團(tuán)隊提出了一種可逆的質(zhì)子陶瓷電化學(xué)電池，它基于釔和鐿共摻雜的碳酸鋇鋯酸鹽電解質(zhì)和三重導(dǎo)電氧化物空氣/蒸汽（可逆）電極，解決了諸多上述問題。該可逆質(zhì)子陶瓷電化學(xué)電池實現(xiàn)了高法拉第效率（90-98％），并且可以在電流密度為1,000 mA cm-2時，具有> 97％的總電量-氫能量轉(zhuǎn)換效率（基于H2的較低熱值）。對于使用共同進(jìn)料的CO2以產(chǎn)生CO和CH4,H2O電解獲得甚至更高的效率。該研究展示了可逆的往返（電-氫-電）效率> 75％且穩(wěn)定運行，在1,000小時內(nèi)降解率<30 mV。
Duan, C., Kee, R., Zhu, H., Sullivan, N.,Zhu, L., Bian, L., Jennings, D. & O’Hayre,R. Highly efficient reversible protonic ceramic electrochemical cells for powergeneration and fuel production. Nature Energy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0333-2
https://doi.org/10.1038/s41560-019-0333-2
4.Nature Energy：優(yōu)勢互補，分子&半導(dǎo)體二元p-n結(jié)，高效的CO2還原催化劑
光敏劑吸收太陽光產(chǎn)生電子空穴對，可以用于驅(qū)動高效的水裂解和CO2還原反應(yīng)。盡管近年來在光電催化電池領(lǐng)域取得了很大進(jìn)展，但是尋找一個高效的光陰極用于驅(qū)動CO2還原還是比較困難的。有鑒于此，北卡羅來納大學(xué)教堂山分校的ThomasJ. Meyer 教授課題組成功制備出了一種雙分子的半導(dǎo)體p-n結(jié)用于高效的CO2還原至甲酸。
研究發(fā)現(xiàn)，基于分子與半導(dǎo)體p-n結(jié)之間的動力學(xué)相互作用，兩個光敏單元可以互補的方式吸收可見光，產(chǎn)生高能電子，用于驅(qū)動釕基分子催化劑催化CO2還原。在20小時的連續(xù)輻照過程中，光電陰極可以在- 1.1 mA cm - 2光電流密度下將CO2還原為甲酸鹽，法拉第效率高達(dá)64%。
Bing Shan, Srinivas Vanka, Ting-Ting Li,Ludovic Troian-Gautier, M. Kyle Brennaman, Zetian Mi & Thomas J. Meyer*. Binarymolecular-semiconductor p-n junctions for photoelectrocatalytic CO2 reduction. NatureEnergy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0345-y
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0345-y
5.Nature Catal.：通過顆粒半導(dǎo)體光催化水分解的太陽能氫生產(chǎn)的反應(yīng)系統(tǒng)
使用顆粒半導(dǎo)體材料的光催化水分解是氫生產(chǎn)的簡單方法。然而，開發(fā)完整，實用和可再生的太陽能氫生產(chǎn)工藝仍然存在許多障礙。近日，Kazunari Domen發(fā)表長篇綜述討論了通過水分解進(jìn)行大規(guī)模太陽能氫生產(chǎn)的顆粒光催化劑系統(tǒng)，重點關(guān)注其現(xiàn)狀和潛在影響。根據(jù)太陽能氫生產(chǎn)系統(tǒng)的最大允許成本，討論了實際規(guī)模的太陽能-燃料轉(zhuǎn)換的成本和效率目標(biāo)；以有效的氧化物光催化劑為例，討論了顆粒光催化劑材料的設(shè)計原理；還介紹了構(gòu)建可擴(kuò)展到大面積的光催化反應(yīng)器的方法。最后，作者概述了與開發(fā)有效且廉價的光催化劑系統(tǒng)和潛在有用的分析方法相關(guān)的挑戰(zhàn)。
Hisatomi，K. et al. Reaction systems for solar hydrogen production via watersplitting with particulate semiconductor photocatalysts. Nature Catalysis, 2019.
DOI: 10.1038/s41929-019-0242-6
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0242-6
6.鮑哲南&左景林&李承輝Nature Commun.：配位化學(xué)與可修復(fù)高分子聚合物的完美結(jié)合
材料的機械性能和動態(tài)自修復(fù)性能之間常常存在著取舍。有鑒于此，美國斯坦福大學(xué)鮑哲南教授、南京大學(xué)左景林教授和南京大學(xué)李承輝教授等人利用熱力學(xué)穩(wěn)定而動力學(xué)不穩(wěn)定的配位化合物成功解決了這個難題。該研究中用到的鋅-Hbimcp 配位鍵不僅具有較大的締合常數(shù)(2.2×1011)，而且可以經(jīng)歷快速可逆的分子內(nèi)和分子間配體交換過程。基于此，制備出的Zn(Hbimcp)2-PDMS聚合物具有良好的拉伸性能(高達(dá)2400%的應(yīng)變)，具有29.3 MJm?3的高韌性，在室溫下可以實現(xiàn)自修復(fù)。
Jian-Cheng Lai, Xiao-YongJia, Da-Peng Wang, Yi-Bing Deng, Peng Zheng, Cheng-Hui Li*, Jing-LinZuo* & Zhenan Bao*. Thermodynamically stable whilst kinetically labile coordination bonds lead to strong and tough self-healing polymers. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09130-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09130-z
7.陳煒&韓禮元Nature Commun.：化學(xué)惰性鉍界面層，提高鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性
長期穩(wěn)定性仍然是阻礙鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）商業(yè)化的關(guān)鍵問題。分子和離子的擴(kuò)散導(dǎo)致光伏器件性能的不可逆地降解。華中科大陳煒聯(lián)合上海交大的韓禮元團(tuán)隊報道了一種通過半金屬鉍界面層提高穩(wěn)定性PSCs的簡便策略。鉍膜既可以防止鈣鈦礦外部水分的侵入，又可以保護(hù)金屬電極免受碘腐蝕。基于鉍界面的器件在受到濕度，熱和光應(yīng)力時,表現(xiàn)出極大改善的穩(wěn)定性。未封裝的器件在黑暗環(huán)境中保持其初始效率的88％超過6000 小時；在85 ℃熱老化和關(guān)照在氮氣氛中500小時后，器件分別保持其初始效率的95％和97％。
Wu, S., Chen, R., Zhang, S., Babu, B. H.,Yue, Y., Zhu, H., Yang, Z., Chen, C., Chen, W., Huang, Y., Fang, S., Liu, T.,Han, L. & Chen, W. A chemically inert bismuth interlayer enhances long-termstability of inverted perovskite solar cells. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09167-0
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09167-0
8.南京大學(xué)&中科大Nature Commun.：Ag-CsPbBr3雜化納米晶體中高效等離子體-熱電子轉(zhuǎn)換
具有強激子-等離子體耦合的混合金屬/半導(dǎo)體納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)可應(yīng)用與熱載流子光電器件。然而，基于該概念的器件的性能受到金屬/半導(dǎo)體界面處等離子體-熱電子轉(zhuǎn)換效率低的限制。南京大學(xué)Chunfeng Zhang和Zhenda Lu聯(lián)合中科大的Min Xiao團(tuán)隊報道了在鈣鈦礦組成的混合金屬半導(dǎo)體納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)中，界面熱激發(fā)轉(zhuǎn)移的效率可以顯著提高。在Ag-CsPbBr3納米晶體中，等離子體激元誘導(dǎo)的熱電子和共振能量轉(zhuǎn)移過程都可以在小于100 fs的時間尺度上發(fā)生，量子效率分別為50±18％和15±5％。這里觀察到的顯著高的熱電子轉(zhuǎn)移效率可歸因于與常規(guī)系統(tǒng)相比增加的金屬/半導(dǎo)體耦合。研究表明，金屬和鈣鈦礦半導(dǎo)體的混合結(jié)構(gòu)可能是實現(xiàn)高效等離子體激發(fā)誘導(dǎo)的熱載流子裝置的優(yōu)秀候選者。
Huang, X., Li, H., Zhang,C., Tan, S., Chen, Z., Chen, L., Lu, Z., Wang, X. & Xiao, M. Efficientplasmon-hot electron conversion in Ag–CsPbBr3 hybrid nanocrystals. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09112-1
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09112-1
9.明尼蘇達(dá)大學(xué)Nature Commun.：光伏電池中激子傳輸?shù)膬?nèi)在測量
有機光伏電池對激子捕獲具有部分敏感性，這是表征激子擴(kuò)散的有效手段。雖然器件光電流譜可以用于提取激子擴(kuò)散長度，但是該方法經(jīng)常受到未知的界面復(fù)合損失的限制。明尼蘇達(dá)大學(xué)的Zhang等人解決了這個限制并證明了一種普適性的基于器件的光電流比測量方法，以提取固有的擴(kuò)散長度。由于界面損失不是活性層特定的，因此供體和受體材料內(nèi)部量子效率的比率可以抵消界面損失。研究表明，該測量允許提取關(guān)于激子弛豫和電荷分離過程的相關(guān)信息。通過測量發(fā)光和暗色材料，小分子和聚合物活性材料，以及半導(dǎo)體量子點的激子傳輸來證明該方法的普適性。因此，該研究展示了一種廣泛適用的基于器件的方法來探測內(nèi)在活性材料的激子擴(kuò)散長度。
Zhang, T., Dement, D. B., Ferry, V. E. &Holmes, R. J. Intrinsic measurements of exciton transport in photovoltaiccells. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09062-8
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09062-8
10.張華AM：MOF用于太陽能水蒸發(fā)生產(chǎn)純凈水！
太陽熱水蒸發(fā)是一種很有前景的凈水生產(chǎn)方法，已引發(fā)廣泛的關(guān)注。然而，具有高的水蒸氣生成能力和抗油污能力的太陽能水蒸發(fā)器卻未見報道。近日，新加坡南洋理工大學(xué)張華教授團(tuán)隊及其合作者，報道了一種基于金屬有機框架的多級結(jié)構(gòu)材料（MHS），該材料同時具有高的太陽光吸收能力、超親水、水下超疏油等性能。基于該材料組建的凈水裝置的太陽熱水蒸發(fā)速率達(dá)1.50 kg m?2 h?1。更重要的是，該材料具有抗油污能力，對含油的水也具有高的蒸發(fā)性能。
Qinglang Ma, Hua Zhang,* et al. MOF-Based Hierarchical Structures for Solar-Thermal Clean WaterProduction.Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201808249
https://doi.org/10.1002/adma.201808249
11. Angew.綜述：混合型羅丹明熒光團(tuán)用于可見光-近紅外區(qū)的生物成像
熒光團(tuán)和探針對于研究復(fù)雜生命系統(tǒng)中基因表達(dá)、蛋白質(zhì)表達(dá)和分子相互作用的位置以及動力學(xué)來說是非常有用的。羅丹明染料常被用作生物標(biāo)記和熒光成像。迄今為止，它們的吸收光譜和發(fā)射光譜已擴(kuò)展到整個近紅外區(qū)域(650-950 nm)，為實時監(jiān)測生物分子的產(chǎn)生、轉(zhuǎn)運和定位提供了非常合適的光學(xué)窗口。南京工業(yè)大學(xué)李林教授團(tuán)隊和黃維院士團(tuán)隊綜述了熒光團(tuán)從被發(fā)現(xiàn)以來至今的研究進(jìn)展，并提出了調(diào)節(jié)熒光團(tuán)的吸收和發(fā)射光譜以產(chǎn)生特定的紅移轉(zhuǎn)變的策略；解釋了如何從混合型羅丹明染料中獲得更大的斯托克斯位移和雙發(fā)射的途徑；提出根據(jù)酰胺基的烷基化、氧雜蒽中氧的取代和與其他熒光基團(tuán)的雜化等結(jié)構(gòu)特征來將這些混合型熒光團(tuán)進(jìn)行分類的方法。
Wang, L.L., Du, W. Li, L., Huang, W. et al. Hybrid RhodamineFluorophores in the Visible–NIR Region for Biological Imaging. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201901061
http://dx.doi.org/10.1002/anie.201901061
12. Nano Lett.：利用抗癌藥物對siRNA進(jìn)行疏水化處理實現(xiàn)非陽離子納米載體介導(dǎo)的遞送
小干擾RNA (siRNA)具有較高的分子量、負(fù)電荷和親水性等特性，因此需要使用陽離子聚合物和脂基納米載體對其進(jìn)行遞送，而這些載體都具有潛在的細(xì)胞毒性，限制了其臨床應(yīng)用。華南理工大學(xué)楊顯珠教授團(tuán)隊和王均教授團(tuán)隊合作報告了一種通過疏水化處理來改變siRNA分子固有特性的簡便策略。實驗發(fā)現(xiàn)siRNA與鹽酸阿霉素(DOX·HCl)的簡單混合就可以形成疏水的復(fù)合物，并很容易封裝進(jìn)非陽離子的PEG-b-PLA膠束中進(jìn)行遞送。除了用于遞送DOX·HCl外，該策略還可以推廣到其他具有較大疏水結(jié)構(gòu)域的鹽酸化的抗癌藥物。這一工作有效地避免了使用陽離子納米載體，為siRNA的遞送提供了新的更安全的途徑。
Xu, C.F., Yang, X.Z., Wang, J. et al. Facile Hydrophobization of siRNA with Anticancer Drug for Non-Cationic Nanocarrier-Mediated Systemic Delivery. Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00657
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00657
13.李玉良院士團(tuán)隊Nano Energy：石墨炔基異質(zhì)結(jié)用于水裂解，還是原位生長的好！
近日，中科院化學(xué)所李玉良院士團(tuán)隊采用原位生長法成功合成出石墨炔包覆的氮化鈷納米片，并用于堿性環(huán)境下高效的水裂解催化劑。研究表明，在氮化鈷表面的引入石墨炔，可以極大地提高催化劑的催化性能和穩(wěn)定性。在1.0M KOH環(huán)境下，10mAcm?2時其HER和OER的過電位分別為70mV和260mV，該催化性能明顯優(yōu)于商業(yè)Pt/C以及RuO2的催化性能。
Yan Fang, Yurui Xue*, Lan Hui, Huidi Yu,Yuxin Liu, Chengyu Xing, Fushen Lu, Feng He*, Huibiao Liu, Yuliang Li*. In situgrowth of graphdiyne based heterostructure: Toward efficient overall watersplitting. Nano Energy, 2019.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.03.022
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.03.022
14.孫世剛院士Nano Energy：鎂Vs鈷，鈉離子電池更青睞誰？
考慮到成本經(jīng)濟(jì)效益，Mg元素經(jīng)常被摻雜到鈉離子正極材料以提高其電化學(xué)性能。有鑒于此，廈門大學(xué)孫世剛院士團(tuán)隊深入研究了鎂和鈷在P2-型層狀鈉離子電池正極材料中的作用。研究發(fā)現(xiàn)，相較于鈷，鎂的摻雜可以減緩復(fù)合材料晶胞參數(shù)的變化，同時可以有效抑制副反應(yīng)的發(fā)生。進(jìn)一步原位EIS實驗表明，相較于鈷而言，鎂的摻雜增強了界面電導(dǎo)率。
Yanfen Wen，JingjingFan，Chenguang Shi，Peng Dai，Yuhao Hong，Ruixiang Wang，Lina Wu，Zhiyou Zhou，JuntaoLi，Ling Huang，Shi-Gang Sun*.Probing into the working mechanism of Mg versus Co in enhancing theelectrochemical performance of P2-Type layered composite forsodium-ion batteries. Nano Energy, 2019.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.02.074
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.02.074
