材料前沿最新综述精选(2017年10月第4周)
1、Advanced Materials综述：有机卤化物钙钛矿相关光电性能的研究
图1 光谱位置及PL峰值
有机卤化物钙钛矿被广泛用于光电子学研究中，甲基铵和甲脒碘化铅作为光伏材料显示出优异的光电性能，激发了研究者对发光器件和光电探测器的研究热情。近期，多伦多大学Edward H. Sargent（通讯作者）团队对有机金属卤化物钙钛矿的光学和电学材料性质进行了研究。概述了材料组成和形态如何与这些属性相关联，以及这些属性如何最终影响器件性能。此外，该团队还对不同的钙钛矿材料分析来估算它们的材料属性，尤其是带隙，迁移率，扩散长度，载流子寿命和陷阱态密度。
文献链接：The Electrical and Optical Properties of Organometal Halide Perovskites Relevant to Optoelectronic Performance（Adv.Mater.,2017,DOI: 10.1002/adma.201700764）
2、Advanced Materials综述：2D有机材料的光电应用
图2 二维有机材料应用的几个关键步骤
具有原子级薄结构和光电子特性的2D材料引起了研究人员将2D材料应用到电子和光电子学中的极大兴趣。此外，作为二维材料系列的新兴领域，将有机纳米结构组装成2D形式提供了分子多样性，柔性，易于加工，重量轻等优点，为光电子应用提供了令人兴奋的前景。近日，天津大学胡文平教授、任晓辰助理研究员（共同通讯）等人综述了有机二维材料在光电子器件中的应用，材料实例包括2D，有机，结晶，小分子，聚合物，自组装单层和共价有机骨架。还讨论了2D有机晶体制造和图案化技术的方案，然后详细介绍了光电子器件的应用，并对2D材料的前景做了简要展望。
文献链接：2D Organic Materials for Optoelectronic Applications（Adv.Mater.,2017,DOI: 10.1002/adma.201702415）
3、Advanced Materials综述：2D Ruddlesden–Popper型钙钛矿光电子学研究
图3 3D和2D钙钛矿结构示意图
传统的3D有机-无机卤化物钙钛矿最近经历了前所未有的快速发展。然而，在实现商业化之前，它们对水分，光照和热量的固有不稳定性仍然是一个关键的挑战。相比之下，新兴的二维Ruddlesden-Popper型钙钛矿由于其环境稳定性而受到越来越多的关注。然而，2D钙钛矿的研究才刚刚起步。近日，复旦大学梁子骐（通讯作者）团队发表综述首先介绍了2D钙钛矿与3D对照物的详细比较。然后讨论了二维钙钛矿有机间隔阳离子工程。接下来，研究并比较了处于3D和2D钙钛矿之间的准二维钙钛矿。此外，还展现了2D钙钛矿独特的激子特性，电子-声子耦合和极化子。最后，对于高性能电子器件2D钙钛矿的结构设计，生长控制和光物理研究的策略提出了合理的总结。
文献链接：2D Ruddlesden–Popper Perovskites for Optoelectronics（Adv.Mater.,2017,DOI: 10.1002/adma.201703487）
4、Science Advances综述：铅卤化物钙钛矿：晶-液二元性，声子玻璃电子晶体和大极化子的形成
图4 CH3NH3PbX3钙钛矿的结构
铅阳极钙钛矿已被证明是太阳能电池和发光器件中的高性能材料。这些材料的特征来源于晶体半导体预期的相干带传输，还有液体的电介质响应和声子动力学。这种“晶体-液体”二元性意味着卤化铅钙钛矿属于声子玻璃电子晶体——一类被认为是最有效率的热电材料。近日，哥伦比亚大学朱晓阳（通讯作者）团队综述了晶体-液体二元性，由此产生的介电响应负责载流子极化子的形成和筛选，其致使钙钛矿具有缺陷耐受性，适度的载流子迁移率和辐射的复合性能。大的极化子形成以及声子玻璃特征也可以解释这些材料中载流子冷却速率的明显降低。
文献链接：Lead halide perovskites: Crystal-liquid duality, phonon glass electron crystals, and large polaron formation（Sci. Adv.,2017,DOI:10.1126/sciadv.1701469）
5、Progress in Polymer Science综述：含硅嵌段共聚物的平版印刷应用
图5 二嵌段共聚物熔体相图
近日，国立清华大学Rong-Ming Ho（通讯作者）等人发表综述总结了通过不同方法制备有序嵌段共聚物（BCP）薄膜的最新进展，重点研究了含硅BCP作为光刻的应用。凭借含Si块的优点，由于具有高分辨率，大的偏析强度和高蚀刻对比度，因此这些BCP具有更小的特征尺寸。 考虑到聚（二甲基硅氧烷）（PDMS）在含Si的BCPs中被广泛研究，通过以前和正在进行的关研究证明了使用含PDMS的BCP进行光刻应用的可能性。后续部分详细阐述了DSA方法的主要成果。还讨论了平版印刷应用的新趋势和使用含硅BCPs进行光刻纳米图案的应用，最后介绍了BCP光刻的结论和展望。
文献链接：Silicon-Containing Block Copolymers for Lithographic Applications（Prog. Polym. Sci.,2017,DOI:10.1016/j.progpolymsci.2017.10.002）
6、Angewandte Chemie International Edition综述：CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池理论研究
图6 电子密度图形
功率转换效率（PCEs）超过22％的杂化卤化钙钛矿太阳能电池（PSCs）已引起相当大的关注。虽然钙钛矿在PSCs的运作中起着重要的作用，但与钙钛矿相关的基础理论仍然没有得到解决。近期，西安建筑滚球体育 大学云斯宁教授（通讯作者）等人根据第一性原理计算，评估了CH3NH3PbI3钙钛矿的结构和电子性质，缺陷，离子扩散和转移电流的现有理论，以及离子传输对PSC电流-电压曲线滞后的影响。还讨论了与可能存在铁电性相关的移动电流。并强调了钙钛矿用于PSCs的好处，挑战和潜力。
文献链接：Theoretical Treatment of CH3NH3PbI3Perovskite Solar Cells（Angew. Chem. Int. Ed.,2017,DOI: 10.1002/anie.201702660）
7、Chemical Society Reviews综述：氧化还原电池有机电活性材料的分子工程
图7 用于可持续RFB的氧化还原物质的分子工程
作为重要的大型储能系统，氧化还原电池（RFBs）具有高可扩展性和独立的能源和电力控制能力。然而，常规RFB的应用受到性能以及与使用金属基氧化还原物质相关的高成本和环境问题的限制。近日，德州大学奥斯汀分校Guihua Yu（通讯作者）团队提出了设计这些新型氧化还原物质的系统分子工程方案。文章提供了在溶解度，氧化还原电位和分子大小方面修饰有机金属和有机金属氧化还原物质的详细合成策略。然后介绍了最近的进展，涵盖通过其分子结构分类的氧化还原物质的反应机理，具体的官能化方法和电化学性能。 最后，作者分析了当前这个新兴研究领域未来的发展方向和挑战。
文献链接：Molecular engineering of organic electroactive materials for redox flow batteries（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00569E）
8、Chemical Society Reviews综述：用于能量存储和转换的原子级厚度非层状纳米材料
图8 原子级厚度层状和非层状纳米材料
自发现石墨烯后，原子厚度大，横向尺寸较大的二维纳米材料由于其比表面积高，异种电子结构和迷人的物理化学性质而受到极大的研究兴趣。近日，伍伦贡大学窦士学院士（通讯作者）团队全面总结了原子级厚度非层状纳米材料的制备方法，研究了其异种电子结构，引入电子结构操作策略，并概述了其在储能和转换中的应用，特别强调了锂离子电池，钠离子电池，析氧，CO2还原，CO氧化反应等。最后，基于目前的研究进展，提出了未来的方向——在实际应用中为增强性能和新颖功能而进行探索。
文献链接：Atomically thin non-layered nanomaterials for energy storage and conversion（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00418D）
9、Chemical Reviews 综述：电化学在杂环结构合成中的应用
图9 电诱发阳离子链反应的机理
杂环是迄今为止最大的有机化合物之一，杂环结构的制备和转化一直对有机化学研究者有很大的兴趣。 各种杂环结构广泛存在于生物活性自然产品，有机材料，农用化学品和药物中，当人们注意到所有药物和农用化学药品中大约有70％具有至少一个杂环时，人们无法忽视它们的重要性。近日，北京工业大学曾程初教授（通讯作者）团队综述了自2000年以来通过分子内和分子间环化反应发表的杂环化合物的电化学构建的进展。
文献链接：Use of Electrochemistry in the Synthesis of Heterocyclic Structures（Chem. Rev.,2017,DOI:10.1021/acs.chemrev.7b00271）
本文由材料人生物材料组Allen供稿，欧洲足球赛事 整理编辑。
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