SCIENCE CHINA Materials 2017年第10期

SCIENCE CHINA Materials

Volume 60, Issue 10, October 2017

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利用不同维度组装单元的协同作用，中科大俞书宏教授等人制备了一种具有整齐层状结构、低有机填料含量的类珍珠薄膜。这种三元复合膜是由一维黑云母纳米线和二维蒙脱石纳米片在聚乙烯醇的辅助下构建制得。所制备的薄膜具有高抗拉强度和韧性的综合性能，这是由不同纳米级构件间的协同增韧机制产生的，为设计高性能复合薄膜提供了新的策略（参见第909页的文章）。

Article

Bio-inspired clay nanosheets/polymer matrix/mineral nanofibers ternary composite films with optimal balance of strength and toughness

受生物启发的三元柔性粘土片/聚乙烯醇/硅酸钙纳米纤维复合薄膜的组装及协同增强力学性能研究

李士阔，茅瓅波，高怀岭，姚宏斌，俞书宏*

摘要：尽管人们在实验室模拟贝壳的多级层状结构方面已经取得了显著进步，但在理解生物材料独特的强度和韧性的平衡方面仍然有很大的挑战。本文利用不同维度的组装单元制备了具有高强度和韧性的三元仿贝壳层状多级结构的粘土片/聚乙烯醇/硅酸钙纳米纤维(MTM/PVA/NFX)复合薄膜。这种层状的人工复合薄膜是通过一维的NFX网状层和二维的MTM纳米片层交替堆积而成，制得的MTM/PVA/NFX复合薄膜不但强度高(241.8 ± 10.2 MPa)，而且韧性好(5.85 ± 0.46 MJ m⁻³)。其数值比一元的NFX网状薄膜和二元的MTM/PVA复合薄膜高出数倍，并且优于传统的二元MTM/聚合物复合薄膜。这可能是由于所制备的复合薄膜中MTM纳米片与NFX纳米纤维产生的协同增强效应所导致的。这种基于组分间协同增强的组装方案为设计和构建新型仿贝壳层状多级结构的复合薄膜提供了一种简单的方法.这种柔性复合膜可望应用于功能涂层、组织工程和膜分离等领域。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 909-917

Articles

Acid promoted Ni/NiO monolithic electrode for overall water splitting in alkaline medium

酸活化法制备一体化镍/氧化镍电极用于碱性条件下分解水

李彩彩，侯俊先，吴则星，郭凯，王得丽， 翟天佑，李会巧*

摘要：开发和制备碱性条件下的非贵金属析氢和析氧催化剂对于缓解能源和环境危机至关重要。本文利用一种简单的酸活化方法，制备出了一种基于泡沫镍的镍/氧化镍一体化电极。由于其粗糙及类片层的表面结构使得制备出的电极具有大的比表面积和更多的表面反应活性位点。同时，与粉末催化剂相比，此一体化电极可实现催化剂和集流体之间的良好接触，在一定程度上缓解催化剂的脱落问题，保证了电极的稳定性。当用作双功能催化剂时，其表现出了优异的催化活性和良好的稳定性。此法简单且易规模化，可以为制备其他非贵金属催化剂提供思路。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 918-928

Article

In-situwet tearing based subnanometer MoSeS for efficient hydrogen evolution

原位湿法撕裂制备超小MoSeS纳米材料用于高效析氢

卢文礼，崔家斌*，姜瑞，陈玥光，汪乐余*

摘要：制备超小型层状金属硫属化合物是一种有效增加边缘活性位点和高效提升析氢性能的方法。本文首次报道了一种原位撕裂的方法来制备由碳纳米管(CNTs)支撑的三元MoSeS纳米复合析氢催化剂。生长在CNTs@Ni(OH)₂薄膜上的大尺寸多层MoS₂片(18.3± 1.1 nm)，通过原位的硒化过程被撕裂成超小的MoSeS(5.2 ± 0.7 nm)纳米片，同时Ni(OH)₂薄膜也被转化为小尺寸的NiSe纳米晶，最终得到的纳米复合催化剂具有丰富的边缘活性位点，表现出超高的活性，在200 mA cm⁻²高的电流密度下，过电势只要189 mV；同时在10000次循环下，依旧保持优异的稳定性。该工作为纳米晶催化剂的设计和应用打下了良好的基础。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 929-936

Article

Encapsulated MnO in N-doping carbon nanofibers as efficient ORR electrocatalysts

氮掺杂碳纤维包覆一氧化锰作为高效氧还原电催化剂

商超群，杨明阳，王振宇，李泯婵，刘猛，朱剑，朱迎港，周亮君，程化，古映莹，唐有根，赵兴中，卢周广*

摘要：廉价、储量丰富的非贵金属材料作为高效氧还原电催化剂是未来能量存储系统实际应用的关键。基于此，我们通过静电纺丝法并结合相应热处理制备了一维氮掺杂碳纳米纤维包覆一氧化锰(MnO-NCNFs)。该材料在碱性体系中表现出良好的电化学性能，耐甲醇腐蚀性和稳定性。其优异的电催化活性主要归结于以下几点：(1)均一的一维纤维结构和导电网络能够促进反应过程中快速的电子转移；(2)过渡金属锰的引入能够促进无定型碳向石墨碳的转变，同时石墨化程度的提高意味着更好的导电性，有利于氧还原活性的提高；(3)多孔结构和高比表面积能够有效降低传质阻力并提高暴露的氧还原活性位点数量，进而提高物质利用效率

SCIENCE CHINA Materials60(10): 937-946

Article

Fabrication of multifunctional carbon encapsulated Ni@NiO nanocomposites for oxygen reduction, oxygen evolution and lithium-ion battery anode materials

多功能碳包覆的Ni@NiO纳米复合材料用于析氧反应、氧还原反应和锂离子电池电极的研究

徐冬阳，牟从普*，王博翀，向建勇，阮文君，温福昇*，杜夏，柳忠元*，田永君

摘要：本文成功合成了多功能的碳包覆Ni@NiO纳米复合材料，并将其用作析氧反应和氧还原反应催化剂以及锂离子电池的负极材料，扫描电镜和透射电镜照片表明Ni@NiO@C纳米复合物具有均一的球形核壳结构。将Ni@NiO@C纳米复合物用作氧还原反应的催化剂时，在浓度为0.1 mol L⁻¹的氢氧化钾溶中以1600 rpm转速下连续反应15小时后，电流密度仍然可以保持在初始值的90%以上。作为析氧反应的催化剂时，在电流密度为10 mA cm⁻²时Ni@NiO@C纳米复合物的活性电位是380 mV (vs. RHE)。同时线性拟合的塔菲尔斜率为55 mV dec⁻¹。Ni@NiO@C纳米复合物被用作锂离子电池的负极材料时，在电流密度为200 mA g⁻¹下循环400圈后，电池容量还可以达到750 mA h g⁻¹。结果表明Ni@NiO@C纳米复合物用于氧还原反应、析氧反应和锂离子电池均具有优异的电化学性能。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 947-954

Article

Rational synthesis of SnS₂@C hollow microspheres with superior stability for lithium-ion batteries

定向合成用于锂离子电池的高稳定性SnS₂@C空心微米球

杨岵林，苏艳辉，丁琳，林建德，朱挺*，梁叔全，潘安强*，曹国忠

摘要：锡基材料作为锂离子电池高容量负极材料得到了广泛研究。然而循环充放电过程中的大体积变化通常会造成电极材料粉化。本文报道了水热法合成SnO₂@C空心微米球，再对其进行固相硫化制备SnS2@C空心微米球的方法。制得的SnS₂@C空心微米球具有独特的碳外壳及空心结构，用作锂离子电池电极材料时，在100 mA g⁻¹电流密度下表现出814 mA h g⁻¹的高可逆容量，优秀的循环性能(循环200圈后仍保留783 mA h g⁻¹，平均每圈损失0.02%)，以及出色的倍率容量(2 C时为433 mA h g⁻¹)。其内部空心部分可为充放电循环过程中的体积膨胀提供额外空间，同时碳外壳能够保护微米球的完整性。该SnS₂@C出色的电化学性能展示出用于下一代锂离子电池负极材料的应用前景。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 955-962

Article

Rational design of SnO₂-based electron transport layer in mesoscopic perovskite solar cells: more kinetically favorable than traditional double-layer architecture

介孔钙钛矿太阳能电池中二氧化锡基电子传输层的合理设计: 比传统双层结构更具动力学优势

董庆顺，薛源，王适，王立铎*，陈凡，张森，迟日涵，赵亮，史彦涛*

摘要：本文采用点分布SnO₂和TiO₂介孔层中的纳米粒子组成的“协同层”作为高效介孔钙钛矿太阳能电池的电子传输层衬层。基于该新策略，电荷复合和能量损失路径被有效阻隔，使得之前报道的SnO₂基电子传输层介孔钙钛矿太阳能电池中的强烈电荷复合被有效抑制。同时，整个介孔钙钛矿太阳能电池的串联电阻显著降低。新型的电子传输层动力学上更有利的电子传输有效提升了介孔钙钛矿太阳能电池的光伏性能，并明显抑制了电池的回滞。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 963-976

Article

Side-chain effect of organic semiconductors in OFET-based chemical sensors

有机半导体侧链对基于有机场效应晶体管的化学传感器性能的影响

刘大鹏，褚莹莉，吴小晗，黄佳*

摘要：有机场效应晶体管在化学和生物传感、国土安全、环境监测、工业生产、医疗生物检测中具有很大的应用前景。如何提高基于有机场效应晶体管传感器的灵敏度和选择性的研究已有很多报导。本文用四种具有不同长度的烷基侧链和相同π-π共轭结构的有机半导体来制备有机场效应晶体管，集中研究有机半导体的分子结构。烷基侧链可以减缓氨气在有机半导体层中的扩散，阻止氨气和导电通道之间的相互作用。研究结果揭示了改变烷基侧链长度和薄膜厚度可以调控传感器的灵敏度，这些结果有助于指导有机半导体材料的分子设计和种类选择。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 977-984

Article

Remarkably high performance of clew-like ZnO superstructure in reactive adsorption desulfurization

毛线球状ZnO超结构在反应吸附脱硫中的优异性能

白鹏*，刘博文，吴萍萍，Rooh Ullah，邢伟，阎子峰*

摘要：本文利用共聚物控制均匀沉淀法自组装合成了一种毛线球状ZnO超结构。通过将Ni浸渍于该氧化锌材料上制备了一系列Ni/ZnO吸附剂。其中，样品Ni/ZnO-4h在反应吸附脱硫中表现出极高的硫容量(189.1 mg S g-1)，是相同条件下使用普通商业ZnO制备的Ni/ZnO-C样品的6倍。毛线球状ZnO疏松开放的结构能够促进反应物/产物的扩散，并抑制体积膨胀对吸附剂结构的破坏。较小的ZnO颗粒在提供较高的硫容量的同时还能促进活性组分Ni的分散，从而导致吸附剂具有较高的反应吸附脱硫性能。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 985-994

Article

Curcumin-encapsulated polymeric nanoparticles for metastatic osteosarcoma cells treatment

负载姜黄素的聚合物纳米粒子抑制转移性骨肉瘤细胞增值和迁移

王冠祎，宋万通，沈娜，于海洋，邓明虓，汤朝晖*，付学奇*，陈学思

摘要：骨肉瘤是一种高转移性的恶性肿瘤，5年生存率不到20%。姜黄素(Cur)具有治疗癌症的潜在功效，但其自身水溶性和稳定性差等性质限制了其临床使用。本文用聚乙二醇-聚(D, L-丙交酯-乙交酯)/聚(ε-己内酯)负载姜黄素形成纳米粒子，可以改善姜黄素的水溶性、稳定性和细胞内吞。与非负载的姜黄素相比，姜黄素纳米粒子在抑制骨肉瘤细胞增殖和迁移方面显示出明显的优势。研究结果表明，姜黄素和其纳米粒子均可降低c-Myc和MMP7表达，这可以很好地解释姜黄素纳米粒子抑制骨肉瘤细胞的机制。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 995-1007

Article

Fully bio-based, highly toughened and heat-resistant poly(L-lactide) ternary blends via dynamic vulcanization with poly(D-lactide) and unsaturated bioelastomer

通过动态硫化制备的全生物基、高韧性与高耐热聚乳酸三元共混物

司万杰，安许沛，曾建兵*，陈玉坤，王玉忠

摘要：随着环境污染的加剧以及不可再生石油资源的逐渐枯竭，生物基高分子材料受到了越来越多的关注。聚乳酸作为一种可再生的高分子材料，由于具有良好的生物降解性、生物相容性和机械强度，在众多领域都具有巨大应用潜力。然而聚乳酸也存在一些缺陷限制着它的应用领域，如冲击韧性差、耐热形变温度低等。基于此，我们利用动态硫化技术，将左旋聚乳酸(PLLA)，右旋聚乳酸(PDLA)以及不饱和生物基弹性体(UBE)通过自由基引发动态硫化成功制备了冲击韧性优于高抗冲聚苯乙烯、耐热性突出的全生物基PLLA/VUB/PDLA三元共混物，在不降低生物质含量、不影响其降解性能的情况下，实现了PLLA的高性能化。

SCIENCE CHINA Materials60(10): 1008-1022

Highlight

Unexpected boost of thermoelectric performance by magnetic nanoparticles

磁性纳米粒子意外增强热电性能

李江宇

SCIENCE CHINA Materials60(10): 1023-1022

本文由材料人特约作者、Sci. China. Mater.实习编辑吴禹翰整理、发布。