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復旦、化學所、蘭州化物所、西工大等高校榮登《Nature》

來源:納米人|

發表時間:2019-06-21

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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少量的次要元素。最近,出現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,諸多研究已經證明一些高熵合金具有優異的性能,超過了傳統合金的性能,并且未來可能會發現其他優異的高熵合金。美國橡樹嶺國家實驗室Easo P. George回顧了最近在高熵合金的顯著特征方面取得的進展。重點研究了其行為經過仔細研究的模型合金,并討論了其基本性質和基本機理。還討論了仍有待探索的巨大組成空間,并概述了識別具有潛在新穎特性的高熵合金的富有成效的方法。



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2. Nature Rev.Chem.:以水和氧為原料電化學合成H2O2


H2O2在大型工業生產過程中非常重要。目前合成H2O2的工業路線包括蒽醌的加氫和由此產生的二氫蒽醌的O2氧化—這種方法成本高,在常規現場使用是不切實際的。而電合成H2O2具有成本效益高、適用大小規模合成等特點。


近日,南安普頓大學Samuel C. Perry等多團隊合作,綜述了H2O2電合成電極材料的設計和評價方法。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。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器的類型,以便在諸如質量傳輸和電活性區等對反應的選擇性和速率都有重大影響的性質之間取得平衡。目前催化劑材料和反應器設計的研究比較成熟,未來的H2O2電合成將取決于完整和高效電合成系統設計的發展,催化劑和反應器的互補特性將引導H2O2電合成的最優選擇性和整體收益。


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3. Nature Energy:分離納米管網絡助力高面容量電池電極


增加鋰離子電池的能量儲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械穩定性差以及高載量條件下極片導電性差等問題的限制。在本文中,都柏林圣三一大學的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絡有效提高了高面容量電極的機械穩定性,該方法使得電極在厚達800um時仍然能夠保持優異的電化學性能。這種復合電極的電子電導率高達104S/cm,其電荷轉移阻抗也很低,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異性能。這種厚電極與理論比容量的結合使得正負極材料的面容量能夠分別高達45和30mAh/cm2。



4. Nature Electronics:超薄氟化鈣絕緣體,用于二維場效應晶體管


二維半導體可用于制造規模化的場效應晶體管和超過摩爾納米電子器件。前提是必須有適當的柵極絕緣體可以擴展到納米范圍。然而,通常使用的氧化物如SiO2、Al2O3和HfO2是非晶的,不具有可擴展性;同時2D六方氮化硼表現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半導體的準范德華界面,可以作為2D器件的超薄柵極絕緣體。基于此,制備的可擴展的雙層MoS2場效應晶體管,其中CaF2絕緣體厚度約2 nm,其對應于小于1 nm的等效氧化物厚度。該器件具有低漏電流和優異的器件性能特性,包括低至90 mVdec-1的亞閾值擺幅,高達107的開/關電流比和較小回滯。



5. Nature Commun.:少層黑磷中范德華相互作用的調控


總所周知,2D材料的物理化學性能與層間范德華相互作用有著密切關系。目前,如何認為調控層間范德華相互作用從而操控材料物理化學性質依然是一個難題,有鑒于此,復旦大學晏湖根教授等借助紅外光譜法成功調控了2-10層黑磷層間范德華相互作用。研究中,他們驚訝的發現平面內的拉伸應變有效地削弱了層間耦合,使得樣品在垂直方向上收縮,表現出明顯的視覺變化。隨后,他們借助DFT進一步證實了觀測結果,表明褶皺晶格結構起著主導作用。



6. Nature Commun.:彈性納米粒子介導的力驅動的可逆氣-液相變


在納米孔材料中的納米封閉空間內,往往會產生異常的物理化學現象。盡管包括金屬-有機骨架在內的大多數納米孔材料具有很好的機械強度,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,能夠在力驅動下實現客體分子的液-氣相變。有鑒于此,日本東北大學Hirotomo Nishihara和日本信州大學Hideki Tanaka等人發現納米海綿介導的力驅動的液相-氣相轉變,可能適用于高效率的熱量管理。與形狀記憶金屬中力驅動的固-固相變相反,納米海綿的壓縮和自由膨脹可以分別在蒸發時提供冷卻以及冷凝時提供加熱。該機理可應用于H2O、醇類等綠色制冷劑,其有效潛伏熱至少可達到192 kJ kg?1。使用這種納米材料的冷卻系統可以通過降低納米材料的楊氏模量來獲得高的性能系數。


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7. Nature Commun.:電合成高熵金屬玻璃納米粒子用于多功能電催化


創造性地設計催化納米材料對實現環境能源可持續性非常重要。將不同的金屬集成到一個納米顆粒(NP)中,為定制催化活性和最大化表面積提供了一個獨特的途徑。含有五種或五種以上等摩爾成分的合金,具有無序的、非晶態的微觀結構,稱為高熵金屬玻璃(HEMGs),根據所含金屬的個別性質可調控催化性能。


近日,北卡羅萊納大學哈佩爾山分校Jeffrey E. Dick團隊報道了一個通用的策略,通過將多個金屬鹽前驅體限制在二氯乙烷乳化的納米水珠上,來電合成含8個等摩爾組分的HEMG-NPs。當與電極碰撞時,合金NPs被電沉積成一種無序的微觀結構,其中不同的金屬原子被近似地排列。作者進一步通過調整金屬鹽在納米液滴中的溶解濃度來精確控制金屬化學計量學。作者還著重研究了CoFeLaNiPt HEMG-NPs電催化解水的性能。



8. Nature Commun.:納米Cu/AlOx上催化合成N摻雜碳層,構建高效CO2循環利用催化劑


橋接均相催化和多相催化是催化領域一個長期的研究方向。近日,中科院蘭州化學物理研究所Feng Shi團隊通過在AlOx負載的納米Cu上催化合成氮摻雜的碳層來調控負載的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生成。該材料可催化二甲胺和CO2/H2合成DMF,并可阻斷DMF進一步催化加氫至N(CH3)3。進一步表征和DFT計算表明,納米Cu粒子表面存在N摻雜的碳層的情況下,DMF轉化為N(CH3)3過程中的活化能勢壘較高。該工作可以促進均相催化和多相催化的結合以及CO2的回收利用。



9. Nature Commun.:激光生成納米晶體嵌入BiVO4光陽極實現高效光電解水


解決金屬氧化物的本征電荷輸運限制,對研究可行的PEC水分解光電極具有重要意義。在基體中嵌入導電納米物質的光電極有望增強電荷傳輸,但在技術上仍面臨挑戰。近日,西北工業大學Hongqiang Wang團隊報道了一種將激光產生的納米晶體嵌入BiVO4光陽極基質的策略,實現在1.23 VRHE下,單一光陽極結構的光電流密度達5.15 mA cm-2,而雙結構的光電流密度可達6.22 mAcm-2。激光合成和膠體加工(LSPC)在理想的溶劑中生產無配體納米晶這一典型特點是提高性能的關鍵。該研究為解決大多數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,對提高其PEC水分解性能具有重要意義。



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10. NatureCommun.:16.5%轉換效率!氯化受體助力高性能有機太陽能電池


通過增強分子內推挽效應來擴大有機光伏(OPV)材料的光吸收是提高OPV電池的功率轉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計策略通常導致降低的分子能級,從而導致器件中的開路電壓降低。近日,中國科學院化學研究所Huifeng Yao團隊報道了氯化非富勒烯受體,其表現出擴展的光學吸收,同時顯示出比其在器件中的氟化對應物更高的電壓。這種現象可歸因于減少的非輻射能量損失(0.206 eV)。由于同時改善的短路電流密度和開路電壓,器件實現了16.5%的高效率。這項研究表明,精細調整OPV材料以降低帶隙電壓偏移具有提高效率的巨大潛力。


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11. AFM:19.38%記錄效率!柔性單結鈣鈦礦太陽能電池最高效率


與硅基太陽能電池相比,有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池(PSC)具有明顯的優勢,即其在柔性領域中的應用。然而,柔性器件的效率仍然低于剛性器件的效率。北京大學Zhijian Chen和Lixin Xiao團隊研究發現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可以優先形成MAPbCl3-xIx鈣鈦礦晶種,以誘導鈣鈦礦相變和晶體生長。最后,以FAI·PbI2·NMP+x%MACl為前驅體,即配體和添加劑協同過程,在柔性基底上獲得了具有大晶粒尺寸、高結晶度和低陷阱密度的FA基鈣鈦礦膜。在柔性平板PSC中實現了19.38%的記錄效率,并且穩定性優異。在500次彎曲循環后,PCE保持92%的初始值,彎曲半徑為10 mm。




12. ACS Nano:三重DNA納米開關用于對pH敏感的多種抗癌藥物的釋放


上海大學陳桂芳博士、朱小立教授合作開發了一種基于DNA的刺激響應型藥物遞送系統用于協同腫瘤治療。該系統是基于三聚體DNA納米開關,能夠對pH值在5.0-7.0范圍內的變化做出精確響應。在細胞外中性pH空間中,DNA納米開關會保持線性構象,同時可以固定多種治療藥物。而在被癌細胞內吞和靶向攝取后,酸性細胞內腔內的DNA納米開關會由線性構象轉變成三重構象,進而導致治療藥物的釋放。這種刺激響應型藥物遞送系統不依賴于人工的響應型材料,具有很好的生物相容性。此外,它還可以同時進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,為協同癌癥治療提供新的策略。



本文已獲納米人授權發布

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