1. Nat. Rev. Mater.：分析光伏太陽能電池技術(shù)現(xiàn)狀
光伏（PV）技術(shù)的快速發(fā)展需要被重新評估其性能和未來發(fā)展?jié)摿Α＝眨?strong style="margin: 0px; padding: 0px;">牛津大學(xué)Pabitra K. Nayak等人分析了基于單晶GaAs，Si，GaInP和InP，多晶硅以及多晶CdTe和CuInxGa1-xSe2薄膜的電池和模塊的進展。此外，研究人員還分析了最近出現(xiàn)的鹵化鉛鈣鈦礦的光伏發(fā)展，以及可持續(xù)硫族化合物，有機光伏和量子點技術(shù)的顯著改進。
除了功率轉(zhuǎn)換效率之外，研究人員還考慮了影響每種類型電池功率輸出的多種因素，并注意到對PV相關(guān)材料和界面的光電質(zhì)量的控制以及新材料特性的發(fā)現(xiàn)的改進。通過比較不同技術(shù)的光伏電池參數(shù)，研究人員評估了每種技術(shù)在不久的將來可以取得的進展。雖然無法預(yù)測準(zhǔn)確或革命性的發(fā)展，但技術(shù)之間經(jīng)常發(fā)生交叉融合，使得一種類型電池的成就成為其他類型電池進化發(fā)展的指標(biāo)。
Nayak, P. K. et al. Photovoltaic solar celltechnologies: analysing the state of the art. Nature Reviews Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41578-019-0097-0
https://www.nature.com/articles/s41578-019-0097-0
2. Nature Chem.：手性超分子凝膠領(lǐng)域獲得最新進展
英國杜倫大學(xué)Jonathan W. Steed團隊設(shè)計合成了一種非手性五脲雙吡啶衍生物，并模擬淀粉蛋白形成、聚集與編織過程，成功實現(xiàn)了非手性化合物在DMF溶劑中納米尺度上的螺旋編織自組裝。
研究工作重點研究了螺旋手性如何影響手性編織的拓撲結(jié)構(gòu)與凝膠纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的連接方式，并采用編織理論（Braid theory）深入探討了凝膠纖維編織的可行性，確定了最有利的編織拓撲結(jié)構(gòu)，科學(xué)地解釋了同手性（Homochiral）和異手性（Heterochiral）螺旋結(jié)構(gòu)間相互作用差異。研究發(fā)現(xiàn)，只有拓撲結(jié)構(gòu)上最簡單的編織結(jié)構(gòu)才能形成，而且少量的手性模板物質(zhì)可有效誘導(dǎo)整個體系的手性。該研究工作被視為微觀尺度上非手性化合物形成分子聚集體以及手性聚集體纖維編織機理研究的典型范例，并為超分子手性自組裝的深入理解提供重要參考。
圖1 膠凝劑結(jié)構(gòu)
圖2 凝膠纖維結(jié)構(gòu)與編織缺陷
圖3 分子凝膠纖維編織的拓撲結(jié)構(gòu)
Christopher D.Jones, Henry T. D. Simmons, Kate E. Horner, Kaiqiang Liu, Richard L. Thompson& Jonathan W. Steed. Braiding, branching and chiral amplification ofnanofibres in supramolecular gels. Nature Chemistry, 2019.
DOI: 10.1038/s41557-019-0222-0
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0222-0
相關(guān)報道：
https://www.newscientist.com/article/2195598-a-gel-made-from-urea-has-molecules-that-resemble-friendship-bracelets/
3. Nature Commun.：螞蟻巢狀多孔硅的可擴展合成用于鋰離子電池負極
華中科技大學(xué)霍開富團隊報道了一種低成本和可擴展的自上而下技術(shù)，N2中對Mg-Si合金進行熱氮化，然后在酸性溶液中去除Mg3N2副產(chǎn)物，最終得到螞蟻巢狀微尺度多孔硅（AMPSi），用于LIB中的高性能負極。同步輻射斷層掃描重建圖顯示AMPSi具有3D互連Si納米韌帶和類似天然螞蟻巢的雙連續(xù)納米多孔網(wǎng)絡(luò)。
廈門大學(xué)張橋保（共同通訊作者）提供原位TEM表征，原位TEM表明，寬度為幾十納米的Si納米韌帶可在鋰化/脫鋰期間可逆地膨脹/收縮而不粉化，并且Si納米韌帶的體積膨脹可通過周圍的孔隙可逆地向內(nèi)呼吸從而導(dǎo)致可忽略的顆粒水平向外膨脹。
AMPSi集成了納米級和微米級Si的內(nèi)在優(yōu)點，具有0.84 g cm-3的高振實密度和小的比表面。在涂覆5-8 nm厚的碳層以改善導(dǎo)電性之后，碳涂層多孔硅負極在2100 mA g-1下提供1271 mAh g-1的高容量，1000次循環(huán)后容量保持率為90％，在5.1mAh cm-2的高面積容量下具有17.8％的低電極膨脹。具有預(yù)鋰化硅負極和Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2正極的全電池具有502 Wh Kg-1的高能量密度和400次循環(huán)后84％的容量保持率。
Weili An, Biao Gao, Shixiong Mei, Ben Xiang,Jijiang Fu, Lei Wang, Qiaobao Zhang, Paul K. Chu, Kaifu Huo. Scalable synthesisof ant-nest-like bulk porous silicon for high-performance lithium-ion batteryanodes. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09510-5
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09510-5
4. Nature Commun.：溫和條件下直接將CO和H2O轉(zhuǎn)化為液體燃料
盡管近年來在C1化學(xué)和CO2轉(zhuǎn)化方面取得了巨大的進展，然而發(fā)展新的碳資源轉(zhuǎn)化方法，尤其是在溫和條件下（低溫下、使用溫和溶劑等）高選擇性生產(chǎn)的液體燃料仍然是一個挑戰(zhàn)。近日，北京大學(xué)馬丁、復(fù)旦大學(xué)曹勇及天津工業(yè)大學(xué)尹振等多團隊合作，發(fā)展了一條新穎的低耗能的在溫和條件下（≤200 °C；H2O溶液）直接將CO和H2O轉(zhuǎn)化為液體燃料（液體烴類等）的催化路線，其中H2O是液體燃料生產(chǎn)的氫源和溶劑。該反應(yīng)的催化過程的關(guān)鍵是高效串聯(lián)催化劑Pt-Mo2C/C+Ru/C的構(gòu)建。該催化劑可直接將水相中的CO和H2O轉(zhuǎn)化為液態(tài)烴，200 ℃時，C5+碳氫化合物產(chǎn)率達8.7 mol -CH2- molRu?1 h–1，選擇性達68.4%。
Yao Xu, Jing Li, Zhen Yin*, Yong Cao*, DingMa*, et al. Direct conversion of CO and H2O into liquid fuels undermild conditions. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09396-3
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09396-3
5. Nature Commun.：單原子Ni-N-S物種錨定在多孔碳納米片高效OER
開發(fā)低成本的電催化劑取代昂貴的Ir基材料是OER的關(guān)鍵。近日，浙江大學(xué)侯陽、德累斯頓工業(yè)大學(xué)馮新亮等多團隊合作，報道了一種原子級分散的Ni與N、S配位的化合物錨定在多孔碳納米片上的催化劑。該催化劑具有高的OER活性和穩(wěn)定性，在堿性介質(zhì)中，電流密度10 mA cm?2時，過電位僅1.51 V，Tafel斜率為45 mV dec?1，優(yōu)于所有已報道的過渡金屬和/或雜原子摻雜碳電催化劑和標(biāo)準(zhǔn)Ir/C催化劑。進一步實驗和理論計算表明，高分散的S|NiNx物種是OER的活性中心。作者通過球差校正掃描透射電鏡和同步輻射X射線吸收光譜學(xué)確定了S|NiNx中心在C基質(zhì)的原子級結(jié)構(gòu)。該材料與Fe2O3納米片陣列組成的材料能實現(xiàn)高活性的太陽能驅(qū)動的氧氣生產(chǎn)。
Yang Hou*, Ming Qiu, Xinliang Feng*, et al.Atomically dispersed nickel- nitrogen-sulfur species anchored on porous carbonnanosheets for efficient water oxidation. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09394-5
https://doi.org/10.1038/s41467-019-09394-5
6. Nature Commun.：通過自旋電子和鐵電極化調(diào)節(jié)提高多鐵性氧化物的析氧效率
調(diào)節(jié)催化劑的電子結(jié)構(gòu)是提高氧氣釋放效率最有效的策略。近日，YalinLu等人利用鐵電極化來提高析氧效率，而不僅僅是調(diào)整電子結(jié)構(gòu)。研究人員通過在具有原位生長的BiCoO3的多鐵性層狀鈣鈦礦Bi5CoTi3O15上得到了證實。由于電子調(diào)節(jié)和鐵電極化的疊加效應(yīng)，所制備的多鐵電催化劑比基準(zhǔn)IrO2更有效。該工作不僅展示了低成本和高效率的OER電催化劑，而且還通過考慮自旋和極化自由度，為多組分電催化材料系統(tǒng)提供了策略設(shè)計。
Li, X. et al. Enhancingoxygen evolution efficiency of multiferroic oxides by spintronic and ferroelectric polarization regulation. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-09191-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09191-0.pdf
7. Acc. Chem. Res.：三芳基胺超分子聚合物：結(jié)構(gòu)，動力學(xué)和功能
三芳基胺（TAA）衍生物代表圍繞三苯胺（TPA）核心構(gòu)建的眾所周知的一類有機分子。其由于具有電活性和光活性材料的特性而備受關(guān)注。TAA的超分子聚合物的主要特征是TAA單元的柱狀填充，其中心氮原子的共線排列。該超分子結(jié)構(gòu)主要通過TAA的苯基之間的π-π堆積相互作用和由其側(cè)向酰胺基團提供的氫鍵的組合來穩(wěn)定。
斯特拉斯堡大學(xué)Nicolas Giuseppone團隊詳細描述了迄今為止已在文獻中發(fā)表的各種柱狀TAA結(jié)構(gòu)。特別是，重點介紹了TAA的精確分子性質(zhì)如何影響其主要包裝的精細局部變化，以及它們在較高長度范圍內(nèi)的各種等級組織。然后，描述了根據(jù)TAA分子結(jié)構(gòu)和施加在系統(tǒng)上的環(huán)境條件提出的超分子聚合機理。最終，證明TAA超分子聚合物為許多有趣的功能特性提供了原始平臺，包括離子，電子和光子傳輸特性。
Moulin, E., Armao, J. J. & Giuseppone, N.Triarylamine-Based Supramolecular Polymers: Structures, Dynamics, and Functions.Accounts of Chemical Research, 2019.
DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00536
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00536
8. ACS Nano：可擴展的星形納米平臺用于成像指導(dǎo)的腫瘤光熱治療
將成像技術(shù)與治療相結(jié)合對于腫瘤的治療來說具有重要意義。而集診斷、成像和治療功能于一體的的多功能納米材料則非常滿足這一條件。國家納米科學(xué)中心李一葉副研究員團隊、趙宇亮院士團隊和聶廣軍研究員團隊合作設(shè)計了一個基于聚多巴胺包覆金納米星(GNS@PDA)的納米平臺，該平臺可以實現(xiàn)多種功能的擴展，進而可用于多種成像指導(dǎo)的腫瘤光熱治療。
該納米平臺可以支持計算機斷層掃描/光聲/雙光子發(fā)光/紅外熱等四模態(tài)成像，并能進一步結(jié)合成纖維細胞活化蛋白(FAP，一種在大多數(shù)腫瘤中高度表達的蛋白酶)激活的近紅外熒光成像和Fe3+核磁共振成像對腫瘤進行綜合診斷。此外，GNS@PDA也具有良好的光熱性能和腫瘤積累效率。在多模態(tài)成像的精確指導(dǎo)下，GNS@PDA在異種移植小鼠模型中可以對體積較大的實體腫瘤(200 mm3)進行有效的光熱治療。
Han, X.J., Nie, G.J., Zhao, Y.L. et al. AnExtendable Star-Like Nanoplatform for Functional and Anatomical Imaging-GuidedPhotothermal Oncotherapy. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.8b09607
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b09607
9. AEM：快速水溶液噴涂制造NiOx并用于鈣鈦礦太陽能電池
斯坦福大學(xué)Reinhold H. Dauskardt課題組通過快速水溶液噴涂法制備NiOx 空穴傳輸層，并應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池，斷裂能（Gc）提高5倍（熱機械穩(wěn)定性的主要指標(biāo)）。NiOx薄膜與二元鈣鈦礦具有較好的相容性。噴涂NiOx的鈣鈦礦太陽能電池顯示出更高的光伏性能，82％的填充因子和17.7％的效率。同時穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)異。
Scheideler, W. J., Rolston, N., Zhao, O.,Zhang, J. & Dauskardt, R. H. Rapid Aqueous Spray Fabrication of RobustNiOx: A Simple and Scalable Platform for Efficient Perovskite Solar Cells. Advanced Energy Materials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201803600
https://doi.org/10.1002/aenm.201803600
10. Nano Energy：柔性云母鈣鈦礦太陽能電池
有機金屬鹵化物鈣鈦礦特別適用于柔性太陽能電池應(yīng)用。然而，將現(xiàn)有高效鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的技術(shù)轉(zhuǎn)移到柔性基板上是具有挑戰(zhàn)性的，需要材料組合、器件結(jié)構(gòu)和工藝處理的重新開發(fā)。近日，Jinjin Zhao、Ying-Hao Chu以及Jiangyu Li成功開發(fā)了基于云母基板的高度柔性、穩(wěn)定和高效的PSC，其最高轉(zhuǎn)換效率（PCE）達到18.0％，在5000次大彎曲循環(huán)后仍然保持超過原始PCE的91.7％。
這種優(yōu)異性能的得益于無機、透明的云母基板在高溫下具有化學(xué)惰性和穩(wěn)定性，因此開發(fā)用于玻璃基高效鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的工藝技術(shù)可以很容易地轉(zhuǎn)移到云母基板上。此外，層狀云母襯底具有很高的柔韌性，ITO的范德華外延生長減弱了對PSC的機械約束，因此，即使在大的彎曲變形下也可以減小器件中的應(yīng)變。研究人員相信無機柔性云母基板可用作與玻璃基板兼容的高效PSC平臺，從而大幅加速柔性PSC的開發(fā)。
Jia,C. et al. Highly flexible, robust, stable and high efficiencyperovskite solar cells enabled by van der Waals epitaxy on micasubstrate. Nano Energy, 2019.
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.03.053
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519302484
