1. Joule：光伏技術(shù)為“一帶一路”倡議提供動(dòng)力
“一帶一路”倡議（BRI）正在全面建設(shè)碳密集型能源基礎(chǔ)設(shè)施，挑戰(zhàn)全球氣候目標(biāo)。區(qū)域豐富的太陽能可以為發(fā)電提供替代方案。清華大學(xué)Xi Lu和哈佛大學(xué)Michael B. McElroy開發(fā)了一個(gè)綜合空間模型來評估太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)潛力。影響因素的影響按小時(shí)系統(tǒng)地量化。結(jié)果表明，BRI地區(qū)的電力需求每年達(dá)到448.9 PWh，是2016年區(qū)域電力需求的41.3倍。通過部署7.8 TW容量來挖掘3.7％的潛力可滿足2030年預(yù)計(jì)的區(qū)域電力需求，需要投資2017年約為11.2萬億美元，土地面積承諾為88,426平方公里，約占中國總面積的0.9％。擁有70.7％總潛力的國家僅消耗30.1％的區(qū)域電力。這種不平衡突顯了區(qū)域合作和互聯(lián)網(wǎng)格投資的優(yōu)勢。
Chen, S.et al. The Potential of Photovoltaics to Power the Belt and Road Initiative. Joule, 2019
Doi:https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.06.006.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2542435119302752
2. Chem：基于聚蒽醌負(fù)極的可充水溶液聚合物-空氣電池
水溶液金屬-空氣電池憑借其高安全性和高能量密度而吸引了諸多關(guān)注。然而，金屬負(fù)極較差的穩(wěn)定性的可逆性嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。在本文中，南開大學(xué)陳軍院士團(tuán)隊(duì)使用在碳納米管上原位聚合的共軛有機(jī)聚合物聚（1,4-蒽醌）為負(fù)極材料并以負(fù)載在尖晶石相上的鈷錳氧化物做為催化正極構(gòu)建了可充水溶液聚合物-空氣電池。該電池在循環(huán)500周后的容量保持率高達(dá)92%且倍率性能十分優(yōu)異，這得益于聚蒽醌/碳納米管負(fù)極良好的可逆性和正極催化劑的優(yōu)異催化性能。他們還組裝了高達(dá)1025 mAh容量的軟包聚合物-空氣電池，基于正負(fù)極活性物質(zhì)計(jì)算的能量密度高達(dá)165 Wh/kg。該軟包電池循環(huán)100周后的容量保持率為95%，表現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。
Yixin Li, Jun Chen et al, Rechargeable AqueousPolymer-Air Batteries Based on Polyanthraquinone Anode, Chem, 2019
DOI: 10.1016/j.chempr.2019.06.001
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30238-4?rss=yes
3. Nature Commun.：非常規(guī)CN空位抑制普魯士藍(lán)類似物預(yù)催化劑中鐵的浸出提高OER性能
在功能材料中引入缺陷（如空位），可以大幅度地調(diào)整其內(nèi)在性能?？瘴换瘜W(xué)的發(fā)展使許多技術(shù)應(yīng)用取得了進(jìn)展，但在現(xiàn)有材料體系中創(chuàng)造新型空位仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。近日，中科大俞書宏、高敏銳等發(fā)現(xiàn)電離的氮等離激元可以破壞鎳-鐵普魯士藍(lán)類似物中鐵-碳-氮-鎳單元的鍵，形成非常規(guī)的碳-氮空位。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該含碳-氮空穴的普魯士藍(lán)類似物能高效OER，在堿性條件下達(dá)到10 mA cm?2的電流密度，過電位僅為283 mV，遠(yuǎn)低于原有的普魯士藍(lán)類似物和先前報(bào)道空穴OER催化劑。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，OER性能提高的原因是該材料在反應(yīng)過程中原位生成了鎳鐵氧(氫氧化物)活性層。
Zi-You Yu, Yu Duan, Jian-DangLiu, Min-Rui Gao*, Shu-Hong Yu*, et al. Unconventional CN vacanciessuppress iron-leaching in Prussian blue analogue pre-catalyst for boosted oxygen evolution catalysis. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-10698-9
https://www.nature.com/articles/s41467-019-10698-9
4. Chem. Rev.：應(yīng)對酶（生物）燃料電池的挑戰(zhàn)
對清潔和可持續(xù)能源不斷增長的需求與生物整合便攜式或可植入電子設(shè)備的快速發(fā)展相結(jié)合，刺激了酶（生物）燃料電池（EFC）的相關(guān)研究?？稍偕锎呋瘎┑氖褂茫S富的綠色安全和高能量密度燃料的使用，以及在適度和生物相容性條件下工作的能力使得EFC成為下一代可替代能源的候選者。然而，主要挑戰(zhàn)（低能量密度、相對低的功率密度、差的操作穩(wěn)定性和有限的電壓輸出）阻礙了EFC的未來應(yīng)用。
青島大學(xué)Aihua Liu、中科院Zhiguang Zhu和法國Elisabeth Lojou團(tuán)隊(duì)探索了EFC的基本機(jī)制，并提供可行的實(shí)用策略和見解來解決這些問題。首先，該綜述總結(jié)了在EFC中實(shí)現(xiàn)高能量密度的方法，特別是使用酶級聯(lián)來完全氧化燃料。其次，介紹了增加EFC中功率密度的策略，包括增加酶活性、促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移、使用納米材料和設(shè)計(jì)更有效的酶-電極界面，討論了EFCs/超級電容器組合的潛力。此外，評估了一系列改善EFC穩(wěn)定性的策略，包括使用不同的酶固定方法，調(diào)節(jié)酶性質(zhì)，設(shè)計(jì)保護(hù)性基質(zhì)和使用微生物表面展示酶。最后，強(qiáng)調(diào)了改善EFC的電池電壓的方法，設(shè)想了未來的發(fā)展和EFC的前景。
Xinxin Xiao, Hong-qi Xia, Ranran Wu, Lu Bai,Lu Yan, Edmond Magner, Serge Cosnier, Elisabeth Lojou, Zhiguang Zhu, Aihua Liu,Tackling the Challenges of Enzymatic (Bio)Fuel Cells, Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00115
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.9b00115
5. Chem. Soc. Rev.：生物相容性離子液體的基本行為和應(yīng)用
生物相容性離子液體（Bio-IL）是一種生態(tài)和生物友好型離子液體（IL）系列，可用于從電化學(xué)到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。從生物可再生資源合成分子最有希望的策略是基于Bio-ILs結(jié)構(gòu)的陰離子和陽離子對應(yīng)物。目前相關(guān)研究人員已經(jīng)對Bio-IL特性進(jìn)行了幾項(xiàng)研究，包括它們對環(huán)境和健康安全的影響。在此，葡萄牙Joana M. Gomes和Simone S. Silva團(tuán)隊(duì)回顧了生物IL的合成及其生態(tài)毒理學(xué)和生物學(xué)影響的進(jìn)展和策略，還討論了在各種應(yīng)用中使用這些化合物的影響，和對技術(shù)開發(fā)的一些見解。
Joana M. Gomes, Simone S. Silva, Rui L. Reis,Biocompatible ionic liquids: fundamental behaviours and applications, Chem.Soc. Rev., 2019.
DOI: 10.1039/C9CS00016J
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00016j#!divAbstract
6. AM綜述：用于收集人體能量的纖維基能量轉(zhuǎn)換設(shè)備
隨著輕便柔性智能電子產(chǎn)品的迅速發(fā)展，如何為這些電子產(chǎn)品提供能量也成為了一個(gè)熱門的研究課題。人體在日常活動(dòng)中會(huì)產(chǎn)生大量的機(jī)械能和熱能，這些能量往往可以用來為大多數(shù)可穿戴電子產(chǎn)品供能。纖維基能量轉(zhuǎn)換設(shè)備(FBECD)可以有效地將人體能量轉(zhuǎn)換為電能，從而為可穿戴電子設(shè)備提供動(dòng)力。華中科技大學(xué)周軍教授團(tuán)隊(duì)綜述了基于壓電、摩擦電、靜電、熱電等技術(shù)的纖維基功能材料的制造以及設(shè)計(jì)不同類型FBECD器件的策略；概述了纖維基自供電系統(tǒng)和傳感器的研究現(xiàn)狀、優(yōu)點(diǎn)及成本效益；最后對纖維基能量轉(zhuǎn)換設(shè)備這一領(lǐng)域所面臨的挑戰(zhàn)和未來機(jī)遇進(jìn)行了討論。
Liang Huang, Jun Zhou. et al. Fiber-Based Energy Conversion Devices for Human-Body Energy Harvesting. Advanced Materials. 2019
DOI: 10.1002/adma.201902034
https://doi.org/10.1002/adma.201902034
7. AM：二維黑磷的各向異性熱邊界電阻-界面能量輸運(yùn)的實(shí)驗(yàn)和原子模型
界面熱邊界電阻（TBR）在現(xiàn)代電子設(shè)備的熱管理中起著關(guān)鍵作用。特別是，TBR可以主導(dǎo)散熱，并且隨著具有電子和熱應(yīng)用的新型納米材料的不斷出現(xiàn)而變得越來越重要。加州大學(xué)Yongjie Hu課題組報(bào)道了關(guān)于金屬-黑磷（BP）界面上依賴于晶體取向的熱傳輸?shù)难芯?，并觀察了源自內(nèi)在結(jié)構(gòu)的高度各向異性TBR。
測量結(jié)果表明，跨平面界面的金屬-半導(dǎo)體TBR分別比扶手椅和Z字形方向界面的金屬-半導(dǎo)體TBR高241％和327％。研究者使用DFT衍生的全聲子色散關(guān)系和分子動(dòng)力學(xué)模擬，進(jìn)行原子從頭計(jì)算以分析各向異性和溫度依賴性TBR。測量和建模工作表明，這種高度各向異性的TBR可歸因于固有能帶結(jié)構(gòu)和聲子光譜傳輸。此外，不同分支之間的聲子跳躍對于調(diào)節(jié)界面?zhèn)鬏斶^程是重要的，但具有方向偏好。
Man Li, Joon Sang Kang, Huu Duy Nguyen, HuanWu, Toshihiro Aoki, Yongjie Hu, Anisotropic Thermal Boundary Resistance across2D Black Phosphorus: Experiment and Atomistic Modeling of Interfacial EnergyTransport. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201901021
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201901021
8. Nano Lett.：CsPbBr3二維納米片和一維納米棒的尺寸和形貌依賴于俄歇復(fù)合
CsPbX3（X = Cl，Br，I）鈣鈦礦納米晶體（NCs），包括0D量子點(diǎn)（QD），1D納米棒（NRs）和2D納米片（NPL），在發(fā)光二極管（LED）和激光中得到廣泛的應(yīng)用。然而，Auger重組是限制其性能的關(guān)鍵過程之一，在CsPbX3 2DNPL和1D NR中仍然知之甚少。
近日，埃默里大學(xué)Tianquan Lian研究團(tuán)隊(duì)研究表明，CsPbBr3 NPLs（NRs）的雙激子俄歇壽命與NPL橫向區(qū)域（NR長度）呈線性關(guān)系，并且與已經(jīng)觀察到的QDs的“通用體積尺度定律”不同。這些結(jié)果與其中1D NR和2D NPL的俄歇重組率是非量子約束維度中的二元碰撞頻率和每次碰撞的俄歇概率的乘積的模型一致。比較不同維度和相似帶隙的CsPbBr3NCs中的俄歇復(fù)合表明，在具有較高數(shù)量的受限維數(shù)的NC中，俄歇概率增加。與具有相同尺寸和相似尺寸的CdSe和PbSe NCs相比，0D-2DCsPbBr3 NC中的俄歇重組速率快10倍以上。CsPbBr3 NCs中的快速俄歇重組顯示出其俄歇輔助上轉(zhuǎn)換和單光子源的潛力;抑制俄歇復(fù)合可以進(jìn)一步提高它們在LED和激光應(yīng)用中的性能。
Li, Q. Lian, T. et al. Size and MorphologyDependent Auger Recombination in CsPbBr3 Perovskite Two-dimensional Nanoplatelets and One-Dimensional Nanorods. Nano Lett. 2019
DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02145
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.9b02145
9. ACS Energy Lett.：14.0%效率！100 cm2鈣鈦礦模組
目前，很少研究用于電子和空穴傳輸層（ETL和HTL）的大規(guī)模制備技術(shù)。該技術(shù)壁壘是如何在低溫下獲得均勻、高度結(jié)晶和超薄的ETL。韓國成均館大學(xué)Hyun Suk Jung聯(lián)合漢陽大學(xué)Min Jea Ko團(tuán)隊(duì)通過靜電自組裝方法制備大面積SnO2 ETL。涂覆在FTO上的SnO2 ETL顯示出高度均勻性而沒有孔洞。此外，與傳統(tǒng)的基于SnO2 ETL的PSC相比，該策略制備的PSC隨著面積增大，效率降低幅度很小。基于該自組裝方法，制造面積為25 cm2和100 cm2的鈣鈦礦太陽能模組的效率分別為15.3％和14.0％，沒有分流電阻損失。
Han,G. S.; Kim, J.; Bae, S.; Han, S.-H.; Kim, Y. J.; Gong, O. Y.; Lee, P.; Ko, M.J.; Jung, H. S., Spin Coating Process for 10cm × 10cm Perovskite Solar Modules Enabled by Self-Assembly of SnO2 Nanocolloids. ACS Energy Letters 2019.
Doi:10.1021/acsenergylett.9b00953.
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b00953
10. AFM：多孔酶膜構(gòu)建的汗液葡萄糖傳感器用于無創(chuàng)的健康監(jiān)測
開發(fā)穩(wěn)定性高的葡萄糖傳感器對于糖尿病診斷和無創(chuàng)的健康監(jiān)測來說是非常重要的。加州大學(xué)Ali Javey教授團(tuán)隊(duì)和香港科技大學(xué)范志勇教授團(tuán)隊(duì)合作合成了一種可以固定酶的多孔膜，并將其牢牢固定在改性的納米電極觸點(diǎn)上，進(jìn)而構(gòu)建了具有良好的穩(wěn)定性和機(jī)械魯棒性的葡萄糖傳感器。
這也是首次有研究開發(fā)出基于納米多孔膜的電化學(xué)傳感器，它可以解決酶的逃逸并為分子/離子的擴(kuò)散和交互提供了一個(gè)充足的表面，從而確保其可以進(jìn)行持續(xù)的催化活動(dòng)進(jìn)而實(shí)現(xiàn)非侵入式的健康監(jiān)測傳感。研究結(jié)果表明，該葡萄糖傳感器可以進(jìn)行長期的穩(wěn)定監(jiān)測，響應(yīng)漂移也非常小。此外，它還可以被集成到微流控傳感貼片中用于進(jìn)行無創(chuàng)的汗液葡萄糖監(jiān)測。因此其在并臨床診斷、個(gè)性化醫(yī)療監(jiān)控和慢性病管理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
Yuanjing Lin, Zhiyong Fan, Ali Javey. et al.Porous Enzymatic Membrane for Nanotextured Glucose Sweat Sensors with High Stability toward Reliable Noninvasive Health Monitoring. Advanced Functional Materials. 2019
DOI: 10.1002/adfm.201902521
https://doi.org/10.1002/adfm.201902521
