1. Nature Rev.Mater.：高熵合金
長期以來，合金化一直用于賦予材料所需的性能，通常涉及向主要元素添加相對(duì)少量的次要元素。最近，出現(xiàn)一種種新的合金化策略來制備高熵合金的新材料，這包括高濃度的多種主要元素的組合。用這種方法可以解決的多維組成空間實(shí)際上是無限的，但到目前為止只研究了很小的范圍。盡管如此，諸多研究已經(jīng)證明一些高熵合金具有優(yōu)異的性能，超過了傳統(tǒng)合金的性能，并且未來可能會(huì)發(fā)現(xiàn)其他優(yōu)異的高熵合金。美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室Easo P. George回顧了最近在高熵合金的顯著特征方面取得的進(jìn)展。重點(diǎn)研究了其行為經(jīng)過仔細(xì)研究的模型合金，并討論了其基本性質(zhì)和基本機(jī)理。還討論了仍有待探索的巨大組成空間，并概述了識(shí)別具有潛在新穎特性的高熵合金的富有成效的方法。
George,E. P., Raabe, D. & Ritchie, R. O. High-entropy alloys. Nat. Rev. Mater.,2019
Doi:10.1038/s41578-019-0121-4.
https://www.nature.com/articles/s41578-019-0121-4#auth-1
2. Nature Rev.Chem.：以水和氧為原料電化學(xué)合成H2O2
H2O2在大型工業(yè)生產(chǎn)過程中非常重要。目前合成H2O2的工業(yè)路線包括蒽醌的加氫和由此產(chǎn)生的二氫蒽醌的O2氧化—這種方法成本高，在常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)使用是不切實(shí)際的。而電合成H2O2具有成本效益高、適用大小規(guī)模合成等特點(diǎn)。
近日，南安普頓大學(xué)Samuel C. Perry等多團(tuán)隊(duì)合作，綜述了H2O2電合成電極材料的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)方法。H2O2可由高效的陽極催化劑（BiVO4基催化劑）氧化H2O制備。另外，H2O2也可以通過在以貴金屬合金或摻雜碳為特征的陰極上部分還原O2生產(chǎn)。除了所用的催化劑材料外，還必須考慮電極的形式和幾何形狀以及反應(yīng)器的類型，以便在諸如質(zhì)量傳輸和電活性區(qū)等對(duì)反應(yīng)的選擇性和速率都有重大影響的性質(zhì)之間取得平衡。目前催化劑材料和反應(yīng)器設(shè)計(jì)的研究比較成熟，未來的H2O2電合成將取決于完整和高效電合成系統(tǒng)設(shè)計(jì)的發(fā)展，催化劑和反應(yīng)器的互補(bǔ)特性將引導(dǎo)H2O2電合成的最優(yōu)選擇性和整體收益。
Samuel C. Perry*, et al.Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide from water and oxygen. Nat. Rev.Chem., 2019
DOI: 10.1038/s41570-019-0110-6
https://www.nature.com/articles/s41570-019-0110-6
3. Nature Energy：分離納米管網(wǎng)絡(luò)助力高面容量電池電極
增加鋰離子電池的能量儲(chǔ)存能力需要將其電極面容量最大化，這就要求厚電極能夠在接近理論容量條件下工作。然而，提高電極厚度受到極片機(jī)械穩(wěn)定性差以及高載量條件下極片導(dǎo)電性差等問題的限制。在本文中，都柏林圣三一大學(xué)的Jonathan N.Coleman 和ValeriaNicolosi等通過在一系列鋰離子電池材料中形成由碳納米管組成的分離式網(wǎng)絡(luò)有效提高了高面容量電極的機(jī)械穩(wěn)定性，該方法使得電極在厚達(dá)800um時(shí)仍然能夠保持優(yōu)異的電化學(xué)性能。這種復(fù)合電極的電子電導(dǎo)率高達(dá)104S/cm，其電荷轉(zhuǎn)移阻抗也很低，這賦予了厚電極良好的電子傳輸能力和接近理論容量的優(yōu)異性能。這種厚電極與理論比容量的結(jié)合使得正負(fù)極材料的面容量能夠分別高達(dá)45和30mAh/cm2。
Sang-Hoon Park, Jonathan N. Coleman, ValeriaNicolosi et al, High areal capacity battery electrodes enabled by segregatednanotube networks, Nature Energy, 2019
https://www.nature.com/articles/s41560-019-0398-y
4. Nature Electronics：超薄氟化鈣絕緣體，用于二維場(chǎng)效應(yīng)晶體管
二維半導(dǎo)體可用于制造規(guī)模化的場(chǎng)效應(yīng)晶體管和超過摩爾納米電子器件。前提是必須有適當(dāng)?shù)臇艠O絕緣體可以擴(kuò)展到納米范圍。然而，通常使用的氧化物如SiO2、Al2O3和HfO2是非晶的，不具有可擴(kuò)展性；同時(shí)2D六方氮化硼表現(xiàn)出過多的柵極漏電流。奧地利維也納微電子研究所Yury Yu. Illarionov 和Tibor Grasser等人研究表明，外延氟化鈣（CaF2），可以形成與2D半導(dǎo)體的準(zhǔn)范德華界面，可以作為2D器件的超薄柵極絕緣體。基于此，制備的可擴(kuò)展的雙層MoS2場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中CaF2絕緣體厚度約2 nm，其對(duì)應(yīng)于小于1 nm的等效氧化物厚度。該器件具有低漏電流和優(yōu)異的器件性能特性，包括低至90 mVdec-1的亞閾值擺幅，高達(dá)107的開/關(guān)電流比和較小回滯。
Illarionov, Y. Y., Banshchikov, A. G. et al. Ultrathincalcium fluoride insulators for two-dimensional field-effect transistors.Nature Electronics, 2019
Doi:10.1038/s41928-019-0256-8.
https://www.nature.com/articles/s41928-019-0256-8
5. Nature Commun.：少層黑磷中范德華相互作用的調(diào)控
總所周知，2D材料的物理化學(xué)性能與層間范德華相互作用有著密切關(guān)系。目前，如何認(rèn)為調(diào)控層間范德華相互作用從而操控材料物理化學(xué)性質(zhì)依然是一個(gè)難題，有鑒于此，復(fù)旦大學(xué)晏湖根教授等借助紅外光譜法成功調(diào)控了2-10層黑磷層間范德華相互作用。研究中，他們驚訝的發(fā)現(xiàn)平面內(nèi)的拉伸應(yīng)變有效地削弱了層間耦合，使得樣品在垂直方向上收縮，表現(xiàn)出明顯的視覺變化。隨后，他們借助DFT進(jìn)一步證實(shí)了觀測(cè)結(jié)果，表明褶皺晶格結(jié)構(gòu)起著主導(dǎo)作用。
Shenyang Huang, Guowei Zhang, Fengren Fan,Chaoyu Song, Fanjie Wang, Qiaoxia Xing, Chong Wang, Hua Wu & HugenYan*.Strain-tunable van der Waals interactions in few-layer black phosphorus. Nat. Commun.,2019
Doi：10.1038/s41467-019-10483-8
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10483-8
6. Nature Commun.：彈性納米粒子介導(dǎo)的力驅(qū)動(dòng)的可逆氣-液相變
在納米孔材料中的納米封閉空間內(nèi)，往往會(huì)產(chǎn)生異常的物理化學(xué)現(xiàn)象。盡管包括金屬-有機(jī)骨架在內(nèi)的大多數(shù)納米孔材料具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，但是石墨烯基納米孔材料具有顯著的彈性，就像納米海綿一樣，能夠在力驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)客體分子的液-氣相變。有鑒于此，日本東北大學(xué)Hirotomo Nishihara和日本信州大學(xué)Hideki Tanaka等人發(fā)現(xiàn)納米海綿介導(dǎo)的力驅(qū)動(dòng)的液相-氣相轉(zhuǎn)變，可能適用于高效率的熱量管理。與形狀記憶金屬中力驅(qū)動(dòng)的固-固相變相反，納米海綿的壓縮和自由膨脹可以分別在蒸發(fā)時(shí)提供冷卻以及冷凝時(shí)提供加熱。該機(jī)理可應(yīng)用于H2O、醇類等綠色制冷劑，其有效潛伏熱至少可達(dá)到192 kJ kg?1。使用這種納米材料的冷卻系統(tǒng)可以通過降低納米材料的楊氏模量來獲得高的性能系數(shù)。
Keita Nomura, Hirotomo Nishihara, MasanoriYamamoto, Atsushi Gabe, Masashi Ito, Masanobu Uchimura, Yuta Nishina, HidekiTanaka, Minoru T. Miyahara & Takashi Kyotani. Force-driven reversibleliquid–gas phase transition mediated by elasticnanosponges. NatureCommunications. 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-10511-7
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10511-7
7. Nature Commun.：電合成高熵金屬玻璃納米粒子用于多功能電催化
創(chuàng)造性地設(shè)計(jì)催化納米材料對(duì)實(shí)現(xiàn)環(huán)境能源可持續(xù)性非常重要。將不同的金屬集成到一個(gè)納米顆粒(NP)中，為定制催化活性和最大化表面積提供了一個(gè)獨(dú)特的途徑。含有五種或五種以上等摩爾成分的合金，具有無序的、非晶態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)，稱為高熵金屬玻璃(HEMGs)，根據(jù)所含金屬的個(gè)別性質(zhì)可調(diào)控催化性能。
近日，北卡羅萊納大學(xué)哈佩爾山分校Jeffrey E. Dick團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一個(gè)通用的策略，通過將多個(gè)金屬鹽前驅(qū)體限制在二氯乙烷乳化的納米水珠上，來電合成含8個(gè)等摩爾組分的HEMG-NPs。當(dāng)與電極碰撞時(shí)，合金NPs被電沉積成一種無序的微觀結(jié)構(gòu)，其中不同的金屬原子被近似地排列。作者進(jìn)一步通過調(diào)整金屬鹽在納米液滴中的溶解濃度來精確控制金屬化學(xué)計(jì)量學(xué)。作者還著重研究了CoFeLaNiPt HEMG-NPs電催化解水的性能。
Matthew W. Glasscott, Jeffrey E. Dick*,et al. Electrosynthesis of high-entropy metallic glass nanoparticles fordesigner, multi-functional electrocatalysis. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-10303-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10303-z
8. Nature Commun.：納米Cu/AlOx上催化合成N摻雜碳層，構(gòu)建高效CO2循環(huán)利用催化劑
橋接均相催化和多相催化是催化領(lǐng)域一個(gè)長期的研究方向。近日，中科院蘭州化學(xué)物理研究所Feng Shi團(tuán)隊(duì)通過在AlOx負(fù)載的納米Cu上催化合成氮摻雜的碳層來調(diào)控負(fù)載的Cu催化劑的催化性能。該催化材料可由CuAlOx和1,10- phen在氫氣存在下原位反應(yīng)生成。該材料可催化二甲胺和CO2/H2合成DMF，并可阻斷DMF進(jìn)一步催化加氫至N(CH3)3。進(jìn)一步表征和DFT計(jì)算表明，納米Cu粒子表面存在N摻雜的碳層的情況下，DMF轉(zhuǎn)化為N(CH3)3過程中的活化能勢(shì)壘較高。該工作可以促進(jìn)均相催化和多相催化的結(jié)合以及CO2的回收利用。
Yajuan Wu, Tao Wang, Feng Shi*, et al.Active catalyst construction for CO2 recycling via catalytic synthesis of N-doped carbon on supported Cu. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-10633-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10633-y
9. Nature Commun.：激光生成納米晶體嵌入BiVO4光陽極實(shí)現(xiàn)高效光電解水
解決金屬氧化物的本征電荷輸運(yùn)限制，對(duì)研究可行的PEC水分解光電極具有重要意義。在基體中嵌入導(dǎo)電納米物質(zhì)的光電極有望增強(qiáng)電荷傳輸，但在技術(shù)上仍面臨挑戰(zhàn)。近日，西北工業(yè)大學(xué)Hongqiang Wang團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種將激光產(chǎn)生的納米晶體嵌入BiVO4光陽極基質(zhì)的策略，實(shí)現(xiàn)在1.23 VRHE下，單一光陽極結(jié)構(gòu)的光電流密度達(dá)5.15 mA cm-2，而雙結(jié)構(gòu)的光電流密度可達(dá)6.22 mAcm-2。激光合成和膠體加工(LSPC)在理想的溶劑中生產(chǎn)無配體納米晶這一典型特點(diǎn)是提高性能的關(guān)鍵。該研究為解決大多數(shù)金屬氧化物的塊體電荷傳輸緩慢的問題提供了一種替代方案，對(duì)提高其PEC水分解性能具有重要意義。
Jie Jian, Youxun Xu, Hongqiang Wang*, etal. Embedding laser generated nanocrystals in BiVO4 photoanodefor efficient photoelectrochemical water splitting. Nat.Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-10543-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10543-z
10. NatureCommun.：16.5％轉(zhuǎn)換效率！氯化受體助力高性能有機(jī)太陽能電池
通過增強(qiáng)分子內(nèi)推挽效應(yīng)來擴(kuò)大有機(jī)光伏（OPV）材料的光吸收是提高OPV電池的功率轉(zhuǎn)換效率的有效的方法。然而，就電子受體而言，最常見的鹵化分子設(shè)計(jì)策略通常導(dǎo)致降低的分子能級(jí)，從而導(dǎo)致器件中的開路電壓降低。近日，中國科學(xué)院化學(xué)研究所Huifeng Yao團(tuán)隊(duì)報(bào)道了氯化非富勒烯受體，其表現(xiàn)出擴(kuò)展的光學(xué)吸收，同時(shí)顯示出比其在器件中的氟化對(duì)應(yīng)物更高的電壓。這種現(xiàn)象可歸因于減少的非輻射能量損失（0.206 eV）。由于同時(shí)改善的短路電流密度和開路電壓，器件實(shí)現(xiàn)了16.5％的高效率。這項(xiàng)研究表明，精細(xì)調(diào)整OPV材料以降低帶隙電壓偏移具有提高效率的巨大潛力。
Cui, Y.Yao, H. et al. Over 16% efficiency organic photovoltaic cells enabled by achlorinated acceptor with increased open-circuit voltages. Nat. Commun. 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-10351-5
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10351-5
11. AFM：19.38％記錄效率！柔性單結(jié)鈣鈦礦太陽能電池最高效率
與硅基太陽能電池相比，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池（PSC）具有明顯的優(yōu)勢(shì)，即其在柔性領(lǐng)域中的應(yīng)用。然而，柔性器件的效率仍然低于剛性器件的效率。北京大學(xué)Zhijian Chen和Lixin Xiao團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)通過低壓輔助方法在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）的幫助下可以獲得致密的甲脒（FA）基鈣鈦礦膜。此外，作為添加劑的MACl可以優(yōu)先形成MAPbCl3-xIx鈣鈦礦晶種，以誘導(dǎo)鈣鈦礦相變和晶體生長。最后，以FAI·PbI2·NMP+x％MACl為前驅(qū)體，即配體和添加劑協(xié)同過程，在柔性基底上獲得了具有大晶粒尺寸、高結(jié)晶度和低陷阱密度的FA基鈣鈦礦膜。在柔性平板PSC中實(shí)現(xiàn)了19.38％的記錄效率，并且穩(wěn)定性優(yōu)異。在500次彎曲循環(huán)后，PCE保持92％的初始值，彎曲半徑為10 mm。
Wu, C., Wang, D., Zhang, Y., Gu, F., Liu, G.,Zhu, N., Luo, W., Han, D., Guo, X., Qu, B., Wang, S., Bian, Z., Chen, Z., Xiao,L., FAPbI3 Flexible Solar Cells with a Record Efficiency of 19.38% Fabricatedin Air via Ligand and Additive Synergetic Process. Adv. Funct. Mater. 2019,1902974.
https://doi.org/10.1002/adfm.201902974
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201902974
12. ACS Nano：三重DNA納米開關(guān)用于對(duì)pH敏感的多種抗癌藥物的釋放
上海大學(xué)陳桂芳博士、朱小立教授合作開發(fā)了一種基于DNA的刺激響應(yīng)型藥物遞送系統(tǒng)用于協(xié)同腫瘤治療。該系統(tǒng)是基于三聚體DNA納米開關(guān)，能夠?qū)H值在5.0-7.0范圍內(nèi)的變化做出精確響應(yīng)。在細(xì)胞外中性pH空間中，DNA納米開關(guān)會(huì)保持線性構(gòu)象，同時(shí)可以固定多種治療藥物。而在被癌細(xì)胞內(nèi)吞和靶向攝取后，酸性細(xì)胞內(nèi)腔內(nèi)的DNA納米開關(guān)會(huì)由線性構(gòu)象轉(zhuǎn)變成三重構(gòu)象，進(jìn)而導(dǎo)致治療藥物的釋放。這種刺激響應(yīng)型藥物遞送系統(tǒng)不依賴于人工的響應(yīng)型材料，具有很好的生物相容性。此外，它還可以同時(shí)進(jìn)行多種療法以提高療效。研究通過使用荷瘤小鼠模型證明了該智能納米開關(guān)在被靜脈注射后可以有效地使得基因沉默并顯著抑制腫瘤的生長，為協(xié)同癌癥治療提供新的策略。
XiaoxiaChen, Guifang Chen, Xiaoli Zhu. et al. Triplex DNA Nanoswitch for pH-SensitiveRelease of Multiple Cancer Drugs. ACS Nano. 2019
DOI:10.1021/acsnano.9b03846
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b03846
