諾獎(jiǎng)得主在石墨烯中發(fā)現(xiàn)量子流體
早在1963年，科學(xué)家就假定存在一種電子流動(dòng)形成的量子流體：這種量子流體來(lái)源于導(dǎo)電材料中的電子彼此之間的強(qiáng)烈相互作用，電子可以在比人類頭發(fā)寬度短一百倍的尺度上像水一樣流動(dòng)。
2019年4月12日，曼徹斯特大學(xué)A. K. Geim（石墨烯諾獎(jiǎng)得主）、D. A. Bandurin團(tuán)隊(duì)以及加州大學(xué)伯克利分校Feng Wang團(tuán)隊(duì)在Science發(fā)表文章，分別獨(dú)立報(bào)道了在石墨烯中實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到二維電子流體的現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)揭示了在水中無(wú)法觀察到的量子流體流動(dòng)，可能會(huì)產(chǎn)生新的量子材料和電子學(xué)。同時(shí)，斯坦福大學(xué)Andrew Lucas教授還專門發(fā)表一篇展望文章，對(duì)石墨烯量子流體及最新發(fā)現(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)闡述。這項(xiàng)成果為凝聚態(tài)物理和材料科學(xué)帶來(lái)了全新的可能。我們可以設(shè)計(jì)電子流體來(lái)創(chuàng)造新型熱電材料，將電流轉(zhuǎn)換為熱電流（反之亦然），創(chuàng)造優(yōu)異的介觀導(dǎo)體，或創(chuàng)造太赫茲輻射來(lái)解決應(yīng)用物理學(xué)在諸多工業(yè)應(yīng)用中的長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。
參考文獻(xiàn)：
1. Patrick Gallagher, FengWang et al. Quantum-criticalconductivity of the Dirac fluid ingraphene. Science 2019, 364, 158-162.
https://science.sciencemag.org/content/364/6436/158
2. A. I. Berdyugin, S. G. Xu,A. K. Geim, D. A. Bandurin et al. Measuring Hallviscosity of graphene’selectron fluid. Science 2019, 364, 162-165.
https://science.sciencemag.org/content/364/6436/162
3. Andrew Lucas. An exoticquantum fluid in graphene. Science 2019, 364, 125.
https://science.sciencemag.org/content/364/6436/125
磷烯納米帶的實(shí)驗(yàn)合成新策略
理論計(jì)算預(yù)測(cè)，磷烯納米帶具有比磷烯更優(yōu)異的性質(zhì)，可能具有塞貝克效應(yīng)，室溫磁性，拓?fù)湎嘧?，大激子分裂和自旋密度波等等特性，有望在熱電器件，光催化水分解，太?yáng)能電池，電池，電子和量子信息技術(shù)等應(yīng)用中大展拳腳。開發(fā)一種可以批量制備、大范圍精確控制尺寸的制備方法，是磷烯納米帶研究領(lǐng)域的關(guān)鍵問(wèn)題。
英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院Christopher A. Howard課題組報(bào)道了一種通過(guò)離子剪切塊體黑磷晶體新策略，實(shí)現(xiàn)了大量制備高品質(zhì)單個(gè)磷烯納米帶。本文所提出的制備方法主要分為兩個(gè)步驟：1）首先，通過(guò)低溫氨化方法（Li / P的摩爾比為1/8）將鋰離子嵌入到塊狀黑磷晶體中；2）然后，將所得化合物浸入非質(zhì)子溶劑中并機(jī)械攪拌，即可產(chǎn)生穩(wěn)定的磷烯納米帶分散液。這種自上而下的工藝所制得的磷烯納米帶典型寬度為4-50 nm，主要是單層厚度，長(zhǎng)度可達(dá)75 μm，縱橫比可達(dá)1,000。納米帶是原子級(jí)扁平的單晶，僅以Z字形結(jié)晶取向排列。
參考文獻(xiàn)：
Mitchell C. Watts, ChristopherA. Howard et al. Production of phosphorene nanoribbons. Nature2019,568,216–220.
https://www.nature.com/articles/s41586-019-1074-x
讓MOF像生物一樣進(jìn)化
金屬有機(jī)骨架（MOFs）是一類多孔結(jié)晶材料，在儲(chǔ)氣，分離，催化和傳感方面具有巨大潛力，但是MOF中的仿生分層結(jié)構(gòu)以及空間排列卻很少被研究，源于缺乏合理有效的合成策略。研究者們迫切需要開發(fā)新的高效方法來(lái)制備具有可控大小和數(shù)量的分層多孔金屬有機(jī)管，用于水吸附，催化，儲(chǔ)存等諸多應(yīng)用。
美國(guó)德克薩斯A&M大學(xué)周宏才教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一例類似生物多重進(jìn)化的MOF組裝：簡(jiǎn)單調(diào)整合成溫度，通過(guò)自模板，自修復(fù)和定向進(jìn)化（多螺旋和多隧道式）產(chǎn)生了一系列分層多級(jí)的MOF超結(jié)構(gòu)。這種簡(jiǎn)便的策略為MOF生長(zhǎng)和定向進(jìn)化機(jī)理提供了新的見(jiàn)解，該多隧道材料的定向組裝在水收集和運(yùn)輸，多組分藥物傳遞，異相催化等諸多領(lǐng)域具有廣闊前景。
參考文獻(xiàn)：
Liang Feng, Jia-Luo Li, GregoryS. Day, Xiu-Liang Lv, and Hong-Cai Zhou*. Temperature-Controlled Evolution of Nanoporous MOFCrystallites into Hierarchically Porous Superstructures. Chem, 2019.
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30107-X
深低溫超彈性三維石墨烯材料
具有較大可逆形變功能的彈性材料在各種工程應(yīng)用中具有廣泛需求。然而，當(dāng)溫度顯著降低時(shí)，材料延展性或彈性通常會(huì)受到損害。到目前為止，還沒(méi)有材料能夠?qū)崿F(xiàn)在外太空等深低溫下具有高彈性。南開大學(xué)陳永勝團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種三維交聯(lián)的石墨烯材料，在4 K的深低溫到1273 K的高溫溫度區(qū)間材料超彈性行為幾乎不變。在4K超低溫條件下，具有與室溫相同的力學(xué)性能：幾乎完全可逆的超彈性行為（高達(dá)90％的應(yīng)變），楊氏模量不變，泊松比接近零，循環(huán)穩(wěn)定性好。原位實(shí)驗(yàn)和模擬結(jié)果表明，這種超彈性得益于獨(dú)特結(jié)構(gòu)的協(xié)同結(jié)果：?jiǎn)蝹€(gè)石墨烯片層的本征彈性和片層之間的共價(jià)連接。
參考文獻(xiàn)：
Kai Zhao, Tengfei Zhang, Pulickel M. Ajayan and Yongsheng Chen et al.Super-elasticity of three-dimensionally cross-linked graphene materials all theway to deep cryogenic temperatures. Science Advances, 2019, 5, eaav2589
https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav2589
高靶向性腫瘤納米藥物
新南威爾士大學(xué)Maria Kavallaris團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種包覆了對(duì)pH敏感的紫杉烷前藥和表面抗體修飾的納米顆粒MM-310，這種納米藥物可以靶向腫瘤中過(guò)表達(dá)的受體EphA2，從而大大提高了活性藥物在多種動(dòng)物模型中的耐受性和抗癌效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MM-310在多種腫瘤小鼠模型中具有非常顯著的治療效果，這也為未來(lái)研究靶向EphA2的納米治療藥物治療臨床實(shí)體腫瘤的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)：
Moles, E., Kavallaris, M. A potent targeted cancernanotherapeutic. NatureBiomedical Engineering 2019.
https://doi.org/10.1038/s41551-019-0390-7
納米酶-水凝膠殺菌技術(shù)
濫用抗生素會(huì)導(dǎo)致細(xì)菌產(chǎn)生多重耐藥性，這也促使研究人員去探索治療細(xì)菌感染的新方法。而納米酶的出現(xiàn)則為對(duì)抗細(xì)菌提供了新的策略。納米酶可以模擬天然酶的功能，誘導(dǎo)產(chǎn)生具有抗菌作用的高毒性活性氧(ROS)。但是納米酶與細(xì)菌之間往往缺乏有效的相互作用，而且活性氧的壽命短和擴(kuò)散距離差等缺點(diǎn)也降低了其殺菌的活性。而長(zhǎng)期留在感染區(qū)域的死細(xì)菌也會(huì)引起組織炎癥。中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所任勁松研究員和曲曉剛研究員團(tuán)隊(duì)首次構(gòu)建了一種納米酶-水凝膠平臺(tái)來(lái)作為抗菌藥物。這種具有正電荷和大孔特性的納米酶-水凝膠能夠產(chǎn)生ROS從而消滅細(xì)菌。更重要的是，納米酶-水凝膠還可以消除死細(xì)菌，從而大大降低了后續(xù)產(chǎn)生炎癥的風(fēng)險(xiǎn)。
參考文獻(xiàn)：
Sang, Y.J., Ren, J.S., Qu, X.G. et al. Construction ofNanozyme-Hydrogel for Enhanced Capture and Elimination of Bacteria. Advanced Functional Materials2019.
https://doi.org/10.1002/adfm.201900518
高效率量子點(diǎn)發(fā)光二極管
浙大彭笑剛和金一政在InP/ ZnSe / ZnS核/殼/殼量子點(diǎn)（QD）的核和殼區(qū)域內(nèi)引入化學(xué)計(jì)量控制，顯著提高lnP基QD的性能，接近最先進(jìn)的CdSe QD的性質(zhì)。研究人員得到的QD具有近乎完美的光致發(fā)光（PL）量子產(chǎn)率（QY），單指數(shù)衰減動(dòng)態(tài)，窄線寬和非閃爍。基于InP/ ZnSe / ZnS核/殼/殼QD的發(fā)光二極管（QLED）的最大外量子效率（EQE）為12.2％，最大亮度> 10,000 cd m-2，大大超過(guò)文獻(xiàn)報(bào)道的無(wú)Cd /無(wú)Cd QLEDs。這些研究結(jié)果進(jìn)一步推進(jìn)了無(wú)Cd /Pb QD在光電方面應(yīng)用的發(fā)展步伐。
參考文獻(xiàn)：
Li,Y. et al. Stoichiometry-controlled InP-based quantum dots: synthesis, photoluminescence, and electroluminescenceJACS 2019
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.8b12908
高效炔烴半氫化Pd納米催化劑
尋找高效無(wú)毒的工業(yè)加氫催化劑是近年來(lái)的研究重點(diǎn)。近日，天津大學(xué)鞏金龍和慕仁濤團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種低于1nm的Pd納米團(tuán)簇限域在方鈉石（SOD）沸石(Pd@SOD)的催化劑。H2在Pd@SOD上解離生成H物種（例如：H原子和氫氧根），溢流到SOD表面，并可高選擇性的實(shí)現(xiàn)乙炔的半氫化，乙烯選擇性高達(dá)94.5%，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的Pd@SOD催化劑（~21.5%）。小孔隙沸石（六元環(huán)，孔道為0.28×0.28 nm）的設(shè)計(jì)與使用，使得H2能進(jìn)入孔道與Pd接觸并活化，并避免乙烯的深度加氫，對(duì)該催化劑高選擇性的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。
參考文獻(xiàn)：
Shuai Wang, Zhi-Jian Zhao, Rentao Mu*, Jinlong Gong,* et al. Activation and Spillover of Hydrogen on Sub-1 nm Pd Nano-clusters Confined within Sodalite Zeolite for Semi-hydrogenation of Alkynes. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
https://doi.org/10.1002/anie.201903827
功能介孔碳納米球的通用合成方法
功能介孔碳材料因其卓越的特性而引起廣泛關(guān)注。然而，控制合成孔徑可調(diào)、小粒徑、良好的功能設(shè)計(jì)和形貌均勻的功能介孔碳材料仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，復(fù)旦大學(xué)趙東元和李偉團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種通用的合成均一，可調(diào)孔徑大（5-37 nm）的N-摻雜的介孔碳納米球的納米乳液組裝方法。作者發(fā)現(xiàn)，有機(jī)分子（例如：1,3,5-三甲基苯，TMB）不僅對(duì)孔隙大小起著重要的作用，而且對(duì)軟模板和碳前驅(qū)體的界面相互作用有巨大的影響。因此，在乙醇/水體系中獲得普朗尼克F127/TMB/多巴胺納米乳液，該乳液中多巴胺聚合成高度均勻的聚合物納米球，形成具有新穎結(jié)構(gòu)的N-摻雜碳納米球。該方法得到的均一的樹枝狀介孔碳納米球具有超大孔隙（~37nm），小粒徑（~128nm）,高比表面(~635m2g-1)，高N含量（~6.8%），且在堿性溶液中ORR具有高的電流密度和耐久性。
參考文獻(xiàn)：
Liang Peng, Wei Li,* Dongyuan Zhao,* et al. A Versatile Nanoemulsion Assembly Approach to Synthesize Functional Mesoporous Carbon Nanospheres with Tunable Pore Sizes and Architectures. J. Am. Chem. Soc., 2019
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.9b02091
