1. Nature Mater.：石墨烯工業(yè)的綜合挑戰(zhàn)
過去幾年石墨烯研究取得了重大進展，但其商業(yè)化和工業(yè)化仍面臨諸多挑戰(zhàn)。劉忠范和彭海琳團隊討論了工業(yè)大規(guī)模合成石墨烯的相關問題，這是未來石墨烯行業(yè)發(fā)展的關鍵之一。
石墨烯因其引人入勝的特性而成為現(xiàn)代化學和物理學的新興材料。到2022年，全球石墨烯市場預計將超過1.5億英鎊。然而，石墨烯的真正商業(yè)化遠未取得一夜之間的成功。
只有滿足特定應用要求并提供超越其他替代品令人信服的優(yōu)勢的材料才能占領潛在市場。以碳纖維的發(fā)展歷史為例，在孵化期間，其工業(yè)化在很大程度上受到缺乏碳纖維產(chǎn)品的限制，碳纖維產(chǎn)品具有令人信服的性能和性能，以滿足應用的要求。那時，碳纖維的可能用途僅在少數(shù)幾個領域，如釣竿和高爾夫球桿。在接下來的幾年中，特別是近幾十年來，高級碳纖維合成的進步確保了擴展的商業(yè)應用，包括土木工程，軍事，汽車和航空航天工業(yè)。反思碳纖維的商業(yè)化途徑，在改進材料合成和實現(xiàn)真正競爭性應用方面的不懈努力可能使石墨烯能夠找到更廣泛商業(yè)化的方法。
未來之路：
與硅工業(yè)一樣，石墨烯并非在每個領域都是無所不能的。成功的關鍵在于實現(xiàn)材料合成的進步，并揭示區(qū)分石墨烯突出優(yōu)勢的實際殺手锏應用。目前的研究發(fā)展已經(jīng)確定了幾種可能的殺手級應用候選者。石墨烯成功應用于基于石墨烯等離子體的寬帶圖像傳感器陣列和太赫茲到中紅外應用。最近，石墨烯已被用作可調(diào)諧的過濾器，此外，石墨烯膜可用作TEM樣品的理想支撐，同時提供更高的分辨率。
關于石墨烯產(chǎn)品的價格，雖然我們應該重視降低生產(chǎn)成本的持續(xù)努力，但商品化石墨烯產(chǎn)品的價格應該由產(chǎn)品性能決定。石墨烯研究和工業(yè)界的主要工作應該致力于提高石墨烯產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，而不是僅僅專注于提供價格合理的便宜貨。即使價格高出五倍，性能提升十倍的產(chǎn)品也會有很大的市場。盡管石墨烯已被廣泛認為是具有許多迷人特性的非常有前景的二維材料，但似乎很難預測石墨烯工業(yè)的確切未來。自學術研究初步轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H應用以來，僅過了幾年，還有很大的發(fā)展空間，也就是說，石墨烯工業(yè)化和商業(yè)化是一個漫長的旅程，沒有成功的捷徑。隨著工業(yè)規(guī)模材料合成和新興殺手應用的不斷改進，石墨烯行業(yè)應該能夠期待更光明的未來。
圖1. 石墨烯及其衍生物最常見的商業(yè)產(chǎn)品示意圖：石墨烯納米薄片，GO和連續(xù)石墨烯薄膜
圖2. 商業(yè)石墨烯產(chǎn)品的生產(chǎn)能力和質(zhì)量
圖3. 尋找石墨烯的殺手锏應用
Li Lin, Hailin Peng, Zhongfan Liu. Synthesischallenges for graphene industry. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0341-4
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0341-4
2. Nature Energy：石榴石固態(tài)電池薄膜中快速鋰傳導的低依賴加工溫度
固態(tài)電池大規(guī)模集成的一個關鍵參數(shù)是在保持鋰離子傳導的同時建立以盡可能低的加工溫度組裝電池材料的加工策略。盡管研究人員在此之前進行了大量的研究工作，但是在保持高鋰濃度和低加工溫度下實現(xiàn)鋰離子傳導的同時集成陶瓷膜電解質(zhì)仍然具有挑戰(zhàn)性。在本文中，麻省理工學院Rupp等報道了一種替代性的陶瓷加工策略，這種策略通過多層的演變直接在鋰-石榴石型電解質(zhì)薄膜中建立鋰儲存區(qū)域，從而實現(xiàn)了異常低的加工溫度下進行鋰化和快速導電的立方固態(tài)電池電解質(zhì)。通過多層處理方法處理的鋰-石榴石型陶瓷電解質(zhì)薄膜室溫下顯示出2.9 × 10 5 S/cm（室溫下）和所要求的立方相。該方法使未來的固態(tài)電池為正極體積設計預留了更多空間并降低了加工溫度。
Reto Pfenninger, Jennifer L. M. Rupp et al. Alow ride on processing temperature for fast lithium conduction in garnetsolid-state battery films. Nature Energy, 2019.
DOI: 10.1038/s41560-019-0384-4
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0384-4
3. Nature Electron.：穩(wěn)定、無損傷的理想二維晶體管的加工平臺
二維半導體具有許多有價值的特性，可用于制造新穎的電子器件。然而，創(chuàng)建具有良好接觸和穩(wěn)定性能的2D設備已證明具有挑戰(zhàn)性。哥倫比亞大學James T. Teherani團隊報道了可轉(zhuǎn)移的接觸點，由嵌入絕緣六方氮化硼的金屬制成并干法轉(zhuǎn)移到2D半導體上，可用于制造高質(zhì)量的2D晶體管。該方法可防止直接金屬化引起的損壞，為2D器件制造提供清潔，穩(wěn)定且無損傷的平臺。采用該方法，我們制備了基于雙層p型WSe2的場效應晶體管（FET），其具有高空穴遷移率和低接觸電阻。制造的器件在超過兩個月的測量中也表現(xiàn)出高電流和穩(wěn)定性。此外，低接觸電阻和干凈的通道使得能夠制備一個近乎理想的頂柵式p-FET，在290 K下，其閾值擺幅為每十倍頻64 mV。
Jung,Y., Choi, M. S. et al. Transferred via contacts as a platform for idealtwo-dimensional transistors. Nature Electronics, 2019.
DOI:10.1038/s41928-019-0245-y
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0245-y
4. JACS：一種通用的制備負載在Y沸石上的孤立單金屬原子位點催化劑的方法
探索高性能的金屬負載在沸石上的催化劑具有重要意義。近日，清華大學李亞棟與上海交大陳接勝等多團隊合作，報道了一種通用的制備負載在Y沸石上的孤立單金屬原子位點催化劑(M-ISAS@Y, M=Pt, Pd, Ru, Rh, Co, Ni, Cu)的策略。作者通過原位分離，在結晶過程中將金屬-乙二胺限域在β-籠里，再進行熱處理制備了M-ISAS@Y催化劑。M-ISAS是由Y沸石的骨架氧穩(wěn)定，M-ISAS@Y具有良好的結晶度、孔隙度和較大的表面積。實驗發(fā)現(xiàn)，合成的Pt-ISAS@Y催化劑能高效催化劑正己烷異構化反應，總異構體選擇性超過98%，且TOF值達727 h-1，是Pt納米顆粒（3.5 nm）的5倍。
Yiwei Liu, Zhi Li, Jiesheng Chen*, Yadong Li*,et al. A General Strategy forFabricating Isolated Single Metal Atomic Sites Catalysts in Y Zeolite. Journal of the American Chemical Society, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b02936
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b02936
5. Nature Commun.：合理設計活性位點，實現(xiàn)高效、持久產(chǎn)氫
在原子水平上理解電催化活性對于開發(fā)新的無金屬碳電催化劑，實現(xiàn)高效的可再生能源轉(zhuǎn)化至關重要。近日，中科院化學所李玉良、Yurui Xue與香港理工大學Bolong Huang等多團隊合作，利用酰胺化碳纖維，提出了一種合理調(diào)控結構和電子性能的策略，顯著提高了電催化劑析氫反應活性。理論計算表明，表面酰進行胺化修飾會促進二維電子向C =O分支定域。改性后的表面具有自激活電子萃取特性，該特性是由HO-C =Ccatalyst和O= C-Ccatalyst之間的快速可逆切換實現(xiàn)的。實驗表明，該無金屬電極在酸性和堿性介質(zhì)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的HER活性和長期穩(wěn)定性，甚至超過了工業(yè)用的20% wt% Pt /C催化劑。
Yurui Xue*, Bolong Huang*, Yuliang Li*, et al.Rationally engineered active sites for efficient and durable hydrogen generation. Nature Communications, 2019.
DOI: /10.1038/s41467-019-10230-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10230-z
6. Angew：單原子Ir催化劑高效ORR
單原子催化劑(SACs)結合了均相催化劑和多相催化劑的優(yōu)點，為ORR催化劑的成本、活性和耐久性帶來了革命性的新機遇。近日，溫州大學Shun Wang、布魯克黑文國家實驗室Dong Su、阿貢國家實驗室Tianpin Wu及滑鐵盧大學陳忠偉等多團隊合作，報道了一種模擬均相Ir卟啉的Ir-N-C單原子催化劑(Ir-SAC)，并用于ORR的高效催化。與理論預測的結果一致，所研制的Ir-SAC比Ir納米粒子的ORR活性高幾個數(shù)量級，具有創(chuàng)紀錄高的TOF值（24.3 e?site?1 s?1，0.85 V vs. RHE)，并具有高的質(zhì)量活性（12.2 A mg-1 Ir），遠遠優(yōu)于先前報道的SACs和商用Pt/C。原子結構表征和DFT計算表明，反應中間體在配位于四個N原子上的單核Ir離子上具有適中的吸附能，是Ir-SAC活性高的原因。
Meiling Xiao, Jianbing Zhu, ShunWang*, Tianpin Wu*, Dong Sub*, Zhongwei Chen *, et al. Single atom iridiumheterogeneous catalyst in oxygen reduction reaction. Angewandte Chemie International Edition,2019.
DOI: 10.1002/anie.201905241
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201905241
7. Chem. Rev.：水電解液中Cu基催化劑電化學CO2還原的研究進展及展望
到目前為止，Cu基催化劑是唯一一種能通過電化學CO2還原(CO2R)產(chǎn)生有價值的碳氫化合物和醇類(如乙烯和乙醇)的多相催化劑。影響CO2R活性和選擇性的因素很多，包括催化劑的表面結構、形貌、組成、電解質(zhì)離子和pH的選擇以及電化學電池的設計。這些因素往往相互交織，使催化劑的開發(fā)和設計復雜化。
近日，斯坦福大學Jens K. N?rskov, Thomas F. Jaramillo與丹麥技術大學Ib Chorkendorff團隊合作，從宏觀和歷史的角度分析這些不同的影響因素及它們在Cu基催化劑催化CO2R過程中復雜的相互作用，目的是為該領域的研究方向和實際應用提供新的見解、批判性評價和指導。作者首先總結了研究CO2R產(chǎn)物形成的機制的探索實驗和理論方法，并表述了作者對Cu基催化劑催化CO2R復雜的反應網(wǎng)絡的理解；然后分析了改變Cu活性和選擇性的兩種方法：納米結構和雙金屬電極的構造；最后對電化學CO2R的發(fā)展前景進行了展望。
Stephanie Nitopi, Erlend Bertheussen, Jens K.N?rskov,* Thomas F. Jaramillo,* Ib Chorkendorff,* et al. Progress and Perspectives of Electrochemical CO2 Reductionon Copper in Aqueous Electrolyte. Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00705
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.8b00705
8. Chem. Soc. Rev.：多硫化物雙陰離子和自由基陰離子的應用，包括硫基電池
眾所周知硫鏈狀的例子是多硫化物二價陰離子[Sn]2-（n=2-9）和相關的自由基單陰離子[Sn]- 。二價陰離子可以分離為具有適當陽離子的結晶鹽，并在結構和光譜上表征。雖然較小的自由基單陰離子可以在沸石基質(zhì)中穩(wěn)定，但它們通常通過二價陰離子的歧化或部分離解以及元素硫的電化學還原在溶液中形成。了解這些同質(zhì)原子物種的基本化學是解釋它們在各種化學環(huán)境中行為的關鍵。
柏林技術大學Ralf Steudel和卡爾加里大學Tristram Chivers團隊將批判性地評估用于表征溶液和固態(tài)中多硫化物陰離子和自由基陰離子的技術，即拉曼、紫外-可見、EPR、NMR和X射線吸收光譜、X射線晶體學、質(zhì)譜、色譜和高水平的量子化學計算，并討論這些陰離子硫物種起關鍵作用的領域的最新進展，包括堿金屬-硫電池、有機合成、生物化學、地球化學過程（金屬運輸、配位絡合物、大氣化學和材料科學）。
Ralf Steudel, Tristram Chivers. The role ofpolysulfide dianions and radical anions in the chemical, physical andbiological sciences, including sulfur-based batteries. Chemical Society Reviews,2019.
DOI: 10.1039/C8CS00826D
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c8cs00826d#!divAbstract
9. AM綜述：石墨炔及其組裝體系結構：綜合，功能化和應用
石墨炔，Graphdiyne（GDY）是一種新穎的單原子厚碳同素異形體，具有sp-和sp2-雜化碳原子的組合層，由于其獨特而迷人的結構，物理和化學性質(zhì)，引起了科學界和工業(yè)界的極大興趣。具有不同形態(tài)的基于GDY的材料，例如納米線，納米管陣列，納米片和有序條紋陣列，已經(jīng)應用于各種領域，例如催化，太陽能電池，能量存儲和光電器件。李玉良院士團隊介紹了GDY的基本屬性之后，介紹了基于GDY的納米結構及其應用的制備的最新進展以及相應的機制，并且還討論了未來發(fā)展的關鍵問題。
Yu, H.,Xue, Y., Li, Y. Graphdiyne and its Assembly Architectures: Synthesis,Functionalization, and Applications. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201803101
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201803101
10. Adv. Sci.：多功能可生物降解的納米復合材料用于癌癥診療
納米診療平臺可集診斷和治療功能于一體，在精準醫(yī)學領域具有巨大的應用價值。東華大學朱利民教授團隊和南京婦幼保健院唐冉冉團隊合作報道了一種基于中空介孔有機硅納米顆粒(HMONs)的可生物降解納米診療平臺，并對其在超聲/光聲雙模成像指導下的腫瘤化學-光熱聯(lián)合治療進行了研究。
實驗通過將二硫鍵結合到HMONs的骨架中，使其具有對谷胱甘肽響應的生物降解行為。該納米材料可以對吲哚菁綠(ICG)和全氟戊烷(PFP)進行負載，前者可以作為光熱試劑，后者則可以產(chǎn)生用于超聲成像的氣泡。實驗也引入了紫杉醇前藥物并將其作為對氧化還原敏感的“大門”以控制ICG的釋放和進行后續(xù)的化療。ICG在808nm激光照射下可以產(chǎn)生輕度的熱，進而導致PFP由液相轉(zhuǎn)變?yōu)闅庀啵a(chǎn)生可用于超聲成像的氣泡，因此該平臺具有良好的超聲和光聲成像性能。同時，體內(nèi)外實驗結果也表明該納米顆粒具有很好的化學-光熱協(xié)同治療效果。
Jianrong Wu, Ranran Tang, Li-Min Zhu, et al. AMultifunctional Biodegradable Nanocomposite for Cancer Theranostics. Advanced Science,2019.
DOI: 10.1002/advs.201802001
https://doi.org/10.1002/advs.201802001
11. Adv. Sci.：單分散銅(I)基納米MOF作為可生物降解的藥物載體增強光動力治療
光動力治療(PDT)已經(jīng)成為治療癌癥的一種有效方法。然而，PDT的治療效果也受到腫瘤乏氧和谷胱甘肽(GSH)過表達的微環(huán)境限制。中科院長春應化所逄茂林團隊和林君團隊合作提出了一種可生物降解和負載氧氣O2的CuTz-1@F127 MOF平臺(CuTz-1-O2@F127)，它可通過克服細胞內(nèi)乏氧和降低腫瘤中的谷胱甘肽水平來增強PDT。
這種基于Cu(I)的MOF在近紅外光照射和有H2O2存在的情況下能夠發(fā)生類芬頓反應生成?OH和O2。同時CuTz-1-O2@F127納米顆粒也可以釋放吸附的O2，進一步緩解細胞內(nèi)乏氧。此外，CuTz-1@F127中的Cu（I）可以與細胞內(nèi)的谷胱甘肽發(fā)生反應以降低其濃度水平，從而大大提高PDT的效率。經(jīng)尾靜脈注射后，該材料在808 nm激光照射下具有很好的協(xié)同抗腫瘤效果。并且該材料是可生物降解的，體內(nèi)生物分布和代謝實驗表明，近90%的材料可在30 天內(nèi)通過糞便和尿液排出，具有很好的臨床轉(zhuǎn)化前景。
XuechaoCai, Maolin Pang, Jun Lin, et al. Monodispersed Copper(I)-Based Nano Metal–Organic Framework as a Biodegradable Drug Carrier with EnhancedPhotodynamic Therapy Efficacy. Advanced Science, 2019.
DOI:10.1002/advs.201900848
https://doi.org/10.1002/advs.201900848
12. Adv. Sci.綜述：基于工程化細胞膜的納米治療試劑用于靶向治療炎癥
炎癥在人體中無處不在，它既可以引發(fā)免疫反應以抵御危險，也會引發(fā)對細胞和組織的損害從而導致疾病。納米藥物在治療炎癥方面具有很好的潛力。而從參與炎癥過程的細胞中提取的細胞膜則可以被用來包覆納米治療藥物，從而有效地將其靶向遞送到炎癥組織。哥倫比亞大學Dan Shao團隊和Kam W. Leong團隊合作綜述了近年來關于基于細胞膜的、治療炎癥的納米藥物研究進展；探討了如何充分發(fā)揮細胞膜包覆在靶向和調(diào)控炎癥微環(huán)境方面的作用以及該領域所面臨的挑戰(zhàn)和未來的機遇。
Huize Yan, Dan Shao, Kam W. Leon, et al.Engineering Cell Membrane-Based Nanotherapeutics to Target Inflammation. Advanced Science,2019.
DOI: 10.1002/advs.201900605
https://doi.org/10.1002/advs.201900605
