1. Nature Mater.：合成反鐵磁體中的長程手性交換作用
交換作用在靜態磁性與動態磁性中都起著十分重要的作用。交換作用作為一種基礎的相互作用共分為對稱和反對稱兩種模式。對稱相互作用會產生鐵磁性和反鐵磁性，而反對稱相互作用由于其在促進具有快速節能裝置的拓撲非平凡自旋結構方面的主要作用而引起了人們的極大興趣。到目前為止，人們發現反對稱交換作用的范圍相當短，僅限于單個磁層。
在本文中，德國美因茨大學Mathias Klaui和韓國西江大學Myung-Hwa Jung等報道了平行和反平行磁化對準的垂直磁化合成反鐵磁體中的長程反對稱層間交換作用。平面場下的非對稱磁滯回線揭示了這種相互作用的單向性和手性，從而產生了傾斜的磁結構。研究人員通過考慮自旋-軌道耦合和多層對稱性的降低來解釋該研究結果。
Dong-SooHan, Mathias Klaui, Myung-Hua Jung et al. Long-range chiral exchangeinteraction in synthetic antiferromagnets. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0370-z
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0370-z
2. Nature Mater.：合成反鐵磁體中對稱性破缺的層間DMI
多層薄膜中的磁性界面Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI)可導致手性自旋態，這對未來的自旋電子技術具有重要意義。界面DMI通常在缺乏反演對稱的系統中通過順磁性重金屬介導，表現為一種層內相互作用。最近，英國格拉斯哥大學Amalio Fernández-Pacheco團隊和德國漢堡大學Elena Vedmedenko團隊的研究表明，通過設計具有斜向磁化狀態的人造反鐵磁體，也可在室溫下直接觀察到界面層間DMI的存在。由于非共線自旋態的出現，層間DMI打破了磁化反轉過程的對稱性，進一步導致手性的交換偏置磁滯回線。本文報道的手性自旋層間相互作用有望在一系列多層薄膜體系中得到體現，為磁性異質結構中手性效應的開發和利用開辟了一條新道路。
圖1. 斜向磁化人工鐵磁體層間DMI的研究。
圖2. 層間DMI引起的手性交換偏置磁滯曲線。
Amalio Fernández-Pacheco,Elena Vedmedenko, Fanny Ummelen, Rhodri Mansell, Dorothée Petit & Russell P. Cowburn. Symmetry-breaking interlayerDzyaloshinskii–Moriya interactions in syntheticantiferromagnets. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0386-4
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0386-4
3. Nature Mater.：有機半導體薄膜結晶過程中有序周期式樣的形成
具有微米尺度特征的自組織模式在光電領域的光子設備和散射層的大規模生產中有著廣闊的應用前景。在理想情況下，為了避免進一步的處理工藝，式樣的形成會發生活性半導體中。在本文中，美國明尼蘇達大學的Clark 和Holmes團隊報道了一種通過簡單的退火工藝在單層有機半導體中形成周期性式樣的方法。在受熱狀態下結晶前沿穿過整個薄膜并產生波長與近紅外光相當的正弦表面結構。這些表面周期性特征最初形成于晶體生長前沿的微米范圍內的非晶態區域，這可能是因為晶體生長與表面質量傳輸之間存在著競爭。通過改變薄膜厚度和退火溫度可以將周期性式樣的圖案波長從800 nm調至2400 nm，甚至可以得到毫米尺度的區域尺寸。這一現象可被拓展至微結構有機光電器件的自組裝領域。
JohnS. Bongsund, Catherine Clark, Russel J. Holmes et al. Formation of alignedperiodic patterns during the crystallization of organic semiconductor thinfilms. Nature Materials, 2019.
DOI: 10.1038/s41563-019-0379-3
https://www.nature.com/articles/s41563-019-0379-3
4. Nature Rev.Chem.：有機色心量子缺陷調控碳納米管的光學性質
以前不受歡迎的缺陷正在成為一個新的研究前沿，為研究低維材料中電子、激子、聲子和自旋的耦合提供了一個分子焦點。這一機會在半導體單壁碳納米管中尤其引人注目：在半導體單壁碳納米管中，有機官能團與sp2碳晶格的共價鍵合能產生可調諧的sp3量子缺陷，這些缺陷在短波紅外光譜中發出明亮熒光，在室溫下發射出純單光子。這些新的物理性質使得這類合成缺陷（即“有機色心”）成為化學、物理、材料科學、工程和量子技術領域令人興奮的新體系。馬里蘭大學王育煌團隊綜述了這一新興領域的進展，并對這一新的量子發射體體系進行了統一的描述，并對合成缺陷的未來研究方向和應用前景進行了展望。
圖1. 半導體中的有機色心。
圖2. 有機色心的光學性質。
AlexandraH. Brozena, Mijin Kim, Lyndsey R. Powell & YuHuang Wang. Controlling theoptical properties of carbon nanotubes with organic colour-centre quantumdefects. Nature Reviews Chemistry, 2019.
DOI:10.1038/s41570-019-0103-5
https://www.nature.com/articles/s41570-019-0103-5#article-info
5. Nature Nanotech.：通過表面引發原子轉移自由基聚合制備易加工的金屬納米液滴
共晶鎵銦(EGaIn)是一種在室溫下呈液態的金屬合金。EGaIn微滴可與彈性體結合，制備出具有高拉伸性、機械魯棒性、高熱穩定性和電導率的柔性多功能復合材料，從而應用于軟體機器人和自愈電子產品。然而，目前的制備方法依賴于機械攪拌，這可能導致形成形狀不規則的微米級液滴，并使其性質呈各向異性分布。因此，如何提高亞微米級EGaIn液滴的穩定性，以及提高其在聚合物基體和溶劑中的相容性已經引起人們的極大關注。
有鑒于此，卡耐基梅隆大學Krzysztof Matyjaszewski、Carmel Majidi和Michael R. Bockstaller等人開發了利用高分子配體包封制備穩定EGaIn納米液滴的方法。實驗采用表面引發的原子轉移自由基聚合（SI-ATRP）引發劑，利用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)、聚甲基丙烯酸N,N-二甲氨基乙酯(PDMAEMA)和聚丙烯酸丁酯-b-聚甲基丙烯酸甲酯嵌段共聚物(PBA-b-PMMA)對EGaIn納米液滴表面的氧化層進行共價功能化。這些納米液滴在有機溶劑、水或聚合物基質中的穩定含量可達50%，可直接通過溶液澆鑄法制成柔性雜化材料。通過酸處理可從分散液中回收液態金屬。所制備的納米液滴具有良好的力學性能、熱性能和光學性能，并具有顯著降低的結晶和熔融溫度(從15℃降到- 80℃)。
圖1. 表面引發原子轉移自由基聚合（SI-ATRP）制備金屬納米液滴。
圖2. EGaIn–PBMA雜化液滴以及拉伸性能。
圖3. EGaIn–PBA-b-PMMA熱塑性彈性體。
Jiajun Yan, Mohammad H. Malakooti, Zhao Lu,Zongyu Wang, Navid Kazem, Chengfeng Pan, Michael R. Bockstaller, Carmel Majidi& Krzysztof Matyjaszewski. Solution processable liquid metal nanodropletsby surface-initiated atom transfer radical polymerization. NatureNanotechnology, 2019.
DOI: 10.1038/s41565-019-0454-6
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0454-6#article-info
6. Nature Commun.：在納米晶體上調控表面配體以獲得最大的溶解度
典型的膠體納米顆粒可以看作是一種具有無機單晶核的納米晶-配體復合物，其中納米晶與有機配體的單層相結合。納米晶-配體復合物的表面化學對其性質的影響是至關重要的。然而，破譯非周期性的分子圖像以及動態的有機-無機層是一項重大的技術挑戰，這阻礙了對其宏觀現象的定量認識。有鑒于此，浙江大學彭笑剛教授和孔學謙研究員等人利用固態核磁共振(SSNMR)方法可以精確地量化納米晶體表面的原子排列以及配體與配體之間的相互作用。研究表明，CdSe納米晶表面上的混合配體在區域上實現分離，其獨特的排列方式使其旋轉自由度得到釋放。理論計算成功地預測了混合配體納米晶-配體復合物優異的溶解度，比純配體納米晶-配體復合物的溶解度高幾個數量級。
Zhenfeng Pang, Jun Zhang, Weicheng Cao,Xueqian Kong & Xiaogang Peng. Partitioning surface ligands on nanocrystalsfor maximal solubility. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-10389-5
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10389-5
7. Nature Commun.：原位觀測塊體金屬玻璃形變過程納米結構的變化
迄今為止，如何原位觀測塊體金屬玻璃形變過程中相關納米結構的變化依然是一個挑戰。有鑒于此，加州大學伯克利分校的Thomas C. Pekin和Andrew M. Minor教授等通過原位納米電子衍射和大規模分子動力學模擬，成功觀察到了剪切帶形成過程中局部中短程原子序的變化。研究發現，隨著應變的增加，剪切帶形成前的空間分辨率降低了。隨后，他們將這一結果與分子動力學模擬結果進行了比較。該研究為非晶態固體剪切帶成核機理提供了直接的實驗證據，為如何提高玻璃材料延性提供了新的見解。
Thomas C. Pekin*, Jun Ding, Christoph Gammer,Burak Ozdol, Colin Ophus, Mark Asta, Robert O. Ritchie & Andrew M.Minor*. Direct measurement of nanostructural change during in situ deformation of a bulk metallic glass. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-10416-5
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10416-5
8. Nature Commun.：2D導電COFs材料用于光催化反應
構建平面π共軛和直鏈C-C鍵結構的有機半導體對于光電轉化是有重要推動作用的。然而，sp2碳鍵形成反應的可逆性較差，使得它們無法通過自愈過程(如共價有機框架)來構建高晶態的有機結構。有鑒于此，上海交通大學張帆教授和福州大學王心晨教授等發展了一種通過芳甲基上碳原子偶聯反應構建2D半單體COFs材料的策略。這種基于sp2碳偶聯的吡啶基框架具有高表面積的晶體蜂房狀結構，能夠在可見光照射下分別驅動兩個半反應的水分裂，類似于石墨化氮化碳(g-C3N4)衍生物。
Shuai Bi, Can Yang, Wenbei Zhang, Junsong Xu,Lingmei Liu, Dongqing Wu, Xinchen Wang*, Yu Han, Qifeng Liang & Fan Zhang*. Two-dimensional semiconducting covalent organic frameworks viacondensation at arylmethyl carbon atoms. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-10504-6
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10504-6
9. Nature Commun.：太陽能存儲的有機氧化物雜化界面
分子光電開關為太陽能轉換和存儲提供了極其簡單的解決方案。然而，為了將存儲的能量轉換成電能，光開關必須耦合到半導體電極。德國埃爾朗根-紐倫堡大學J?rg Libuda團隊報道了一個可操作的太陽能儲存有機氧化物雜化界面，該界面由一個定制的分子光開關和一個原子級的半導體氧化膜組成。
合成的降冰片二烯衍生物，2-氰基-3-（4-羧基苯基）降冰片二烯（CNBD）通過超高真空中的物理氣相沉積固定在有序的Co3O4（111）表面上。研究證明，錨定的CNBD單層保持可操作，即可以光轉化為其富含能量的對應物2-氰基-3-（4-羧基苯基）四環（CQC）。研究表明，能量釋放的活化屏障不受錨定反應的影響，并且錨定的光開關可以高可逆性充電和放電。原子級的太陽能存儲模型界面可以對有機/氧化物雜化界面的能量轉換過程進行詳細研究。
Schuschke, C. et al. Solar energy storage atan atomically defined organic-oxide hybrid interface. Nature Communications,2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-10263-4.
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10263-4
10. Nature Commun.：硅藻土衍生的多級混合負極用于高性能全固態鋰電池
層狀結構的鋰基負極對于全固態鋰電池非常需要。然而，由于金屬鋰的不穩定性，層狀結構金屬鋰負極的制備仍然具有一定的挑戰性。有鑒于此，中國科學技術大學的俞書宏教授和姚宏斌等利用天然硅藻土作為構建高性能全固態鋰電池硅鋰復合負極的模板。研究發現，這種混合負極具有穩定的鋰電鍍/剝離性能，平均過電位低于100 mV，幾乎沒有任何短路。此外，使用該鋰金屬復合負極與磷酸鐵鋰正極組合的全固態全電池具有良好的循環穩定性(0.5C下循環工作500次，容量衰減率為0.04%)和高倍率性能(5C下65mAh g?1)。
Fei Zhou, Zheng Li, Yu-Yang Lu, Bao Shen, YongGuan, Xiu-Xia Wang, Yi-Chen Yin, Bai-Sheng Zhu, Lei-Lei Lu, Yong Ni, Yi Cui,Hong-Bin Yao* & Shu-Hong Yu*. Diatomite derived hierarchical hybrid anode for high performanceall-solid-state lithium metal batteries. Nature Communications, 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-10473-w
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10473-w
11. Chem綜述：液流電池的實用化之路
氧化還原液流電池由于具有很高的可擴展性和對能量功率的獨立控制能力而成為大規模固定式儲能設備的首選。然而，液流電池的實際應用受到其高昂的堆積成本和不具競爭力的性能指標的限制。發展超脫于傳統設計框架之外的新型氧化還原液流電池能夠有效解決該問題。
在本綜述中，美國德克薩斯大學奧斯汀分校的余桂華教授期望通過提供對氧化還原液流電池中的基本化學原理更加全面的觀點而促進其實用化進程。作者首先介紹了傳統液流電池的技術特征，緊接著對電池構造和各部件的優化方案進行了總結概括。然后作者我們進一步詳細探討了新型氧化還原液流電池的設計原則，包括新的氧化還原物種、集成能源系統和創新的電池結構等方面。最后，作者總結了該領域的當前面臨的挑戰并對未來進行了展望。
Yu Ding, Guihua Yu et al. Pathways toWidespread Applications: Development of Redox Flow Batteries Based on NewChemistries. Chem, 2019.
DOI: 10.1016/j.chempr.2019.05.010
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30220-7?rss=yes#
12. Chem：具有超強彈性與隔熱性能的仿生碳管氣凝膠
在本文中，來自中國科學技術大學的倪勇教授與俞書宏教授團隊以北極熊毛發的微觀結構為靈感通過溶液方法制備了一種具有超彈性和優良隔熱性能的宏觀尺度輕質碳管氣凝膠。
微結構衍生的熱導率和超彈性在很大程度上取決于內部交聯的碳管的殼層厚度以及氣凝膠的孔徑。值得注意的是，優化后的氣凝膠在30%應變下經過100多萬次壓縮釋放循環或在90%應變下經過10000次壓縮釋放循環仍能夠保持結構的完整性。此外，這種仿生氣凝膠對寬頻帶力能夠產生快速準確的動態壓阻響應。尤其是在傳統彈性材料中通過標準落鋼球測得的最快反彈速度1434 mm s-1進一步證實了該仿生碳管氣凝膠的超彈性。此外，該氣凝膠優化后的最小導熱系數低至23 mW m?1 k?1，這一性能優于干燥空氣的導熱系數。
Huijuan Zhan, Yong Ni, Shuhong Yu et al.Biomimetic Carbon Tube Aerogel Enables Super-Elasticity and Thermal Insulation.Chem, 2019.
DOI:10.1016/j.chempr.2019.04.025
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30202-5?rss=yes#
13. ACS Energy Lett.：最高效率Sn基2DRP鈣鈦礦太陽能電池
2D Ruddlesden-Popper（2DRP）錫（Sn）基鈣鈦礦太陽能電池（PSC）由于其低毒性和改善的穩定性在推進鈣鈦礦基光伏器件的商業化方面發揮著不可替代的作用。然而，由于不完全取向的晶體生長和較差的薄膜形貌，2DRP Sn PSC的效率沒有取得突破，這受到復雜和不可控結晶過程的限制。
近日，南京工業大學黃維院士和陳永華研究團隊在2DRP Sn鈣鈦礦中引入混合間隔有機陽離子[正丁胺（BA）和苯乙胺（PEA）]來控制結晶過程。研究發現當BA+和PEA+共同形成[(BA0.5PEA0.5)2FA3Sn4I13]2DRP鈣鈦礦時，可有效抑制了阻礙晶體均勻有序成核的中間相，從而實現了高質量的薄膜形貌。并改善了晶體取向。受益于它，器件的功率轉換效率（PCE）提高到8.82％，這是目前2DRPSn PSC中最高的一個。
Qiu,J. Chen, Y. Huang, W. et al. 2D Intermediate Suppression forEfficient Ruddlesden-Popper (RP) Phase Lead-Free Perovskite Solar Cells. ACS Energy Letters, 2019.
DOI:10.1021/acsenergylett.9b00954
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.9b00954
14. AFM：SiO2包覆CsPbBr3鈣鈦礦量子點，用于自增強電化學發光
鹵化鈣鈦礦量子點（QDs）由于其令人著迷的光物理特性，是有希望的電化學發光（ECL）納米發光體。然而，由于其對外部環境的結構穩定性差，膠體穩定性和載體注入/傳輸效率之間的平衡是推進鈣鈦礦的ECL技術的主要挑戰之一。
南京醫科大學Yun Chen和 南京大學Zixuan Chen，Jun‐JieZhu團隊通過同時將CsPbBr3 QD和共反應物（CoR）封裝到原位生成的SiO2基質中，這通過原硅酸四甲酯的水解來實現。CPB-CoR@SiO2納米復合材料（NCs）結構不僅可以保證CsPbBr3的穩定性，而且可以保證CPB與內共反應物之間有效的自增強ECL。因此，通過篩選具有不同叔胺/仲胺和官能團的CoR分子，相對于標準Ru(bpy)32+/三正丙胺系統， CPB-CoR@SiO2 NCs的ECL效率提高了10多倍。該研究為從鈣鈦礦QD獲得穩定和高效的ECL提供了有效的設計策略，并為基于鈣鈦礦的ECL系統的開發和應用提供了新的視角。
Li, L., Zhang, Z., Chen, Y., Xu, Q., Zhang,J.‐R., Chen, Z., Chen, Y., Zhu, J.‐J.,Sustainable and Self‐Enhanced Electrochemiluminescent Ternary Suprastructures Derived from CsPbBr3 Perovskite QuantumDots. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201902533
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201902533
