Nature/Science盘点: 四月材料领域重大进展

1、Science：循环可回收塑料

科罗拉多州立大学陈优贤（通讯作者）团队研究通过引入基于γ-丁内酯（GBL）的聚合物体系，发现其在α和β位置处具有反式环融合。这种反式环化合物通常被认为是在室温无溶剂条件下容易聚合和解聚的GBL环，以产生高分子量聚合物。 该聚合物具有增强的热稳定性，并且可以通过热解或化学溶解反复和定量地再循环回其单体。

文献链接：A synthetic polymer system with repeatable chemical recyclability（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aar5498）

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2、Science：多功能化纳孔石墨烯

西班牙巴塞罗那自治大学的César Moreno、Aitor Mugarza以及圣地亚哥德孔波斯特拉大学的Diego Peña（通讯作者）等人报道了一种可合成纳孔石墨烯材料的自上而下的方法。通过这种方法，石墨烯的带状结构中包含了有序定向的孔阵列，借由设计不同种类的分子前驱体可调控这些孔的尺寸、密度、形貌以及化学组成等。此外，这一材料的电子相关表征显示其具有各向异性的电子结构，使得纳孔石墨烯具有成为可快速捕捉和电子探测分子的半导体材料。

文献链接：Bottom-up synthesis of multifunctional nanoporous graphene（Science，2018，DOI: 10.1126/science.aar2009）

3、Science：弹性变形的金刚石

香港城市大学张文军、陆洋、麻省理工学院Ming Dao、南洋理工大学Subra Suresh(共同通讯）研究团队展示了纳米级（〜300nm）单晶和多晶金刚石的超大、完全可逆的弹性形变。对于单晶金刚石，最大拉伸应变（高达9％）接近理论弹性极限，相应的最大拉伸应力达到约89至98GPa。在结合系统计算模拟和表征变形前和变形后结构特征之后，研究者将同时存在的高强度和大弹性应变归因于小体积金刚石纳米针与微米级和更大的试样相比缺陷少，以及相对光滑的表面。该发现通过对金刚石纳米结构、几何形状、弹性应变和物理性质进行优化设计，为新应用提供了潜力。

文献链接：Ultralarge elastic deformation of nanoscale diamond（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aar4165）

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4、Nature：合成各类二维金属硫化物的全能方法

新加坡南洋理工大学的刘政教授，日本国家高等工业科学技术研究所的林君浩博士以及北京中科院物理所的刘广同教授（共同通讯作者）的联合团队证明熔融盐辅助化学气相沉积可广泛应用于合成各种原子级厚度的二维过渡族金属硫族化合物（TMDCs）材料，通过熔融盐辅助的化学气相沉积法合成了47种二维TMDCs材料，其中包括32种二元化合物(基于过渡金属Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Pt、Pd和Fe )，13种合金 (包括三元、一元和一元)，以及两种异质结构化合物。单层NbSe2和MoTe2样品中的超导性以及在MoS2和ReS2中的高迁移率的证据证明，该团队采用此方法合成的大多数材料都是可用的。

文献链接：A library of atomically thin metal chalcogenides（Nature，2018，DOI: 10.1038/s41586-018-0008-3）

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5、Nature：锂过量的正极材料中可逆的Mn²⁺/Mn⁴⁺氧化还原

加州大学伯克利分校Jinhyuk Lee和Gerbrand Ceder（共同通讯作者）提供了一种结合高价阳离子和在无序 - 岩盐结构中部分氟取代氧以将可逆的Mn²⁺/Mn⁴⁺双氧化还原引入锂过量正极材料的策略。由此制备的富锂正极具有高容量（> 300 mAh g^-1）和高能量密度（约1,000 Wh kg^-1）。Mn²⁺/Mn⁴⁺氧化还原的使用降低了氧的氧化还原活性，从而使材料稳定，为先进锂离子电池高性能富锰正极的设计开辟了新的机遇。

文献链接：Reversible Mn2+/Mn4+ double redox in lithium-excess cathode materials（Nature ，2018，DOI: 10.1038/s41586-018-0015-4）

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6、Science：光致晶格膨胀制备高效钙钛矿太阳能电池

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Wanyi Nie、Aditya D. Mohite（共同通讯）等人发表文章发现连续光照会导致混合钙钛矿薄膜中的均匀晶格膨胀，这对于获得高效率光伏器件是至关重要的。该研究表明在全光谱一个太阳光（100mW/cm2）照明下连续操作超过1500小时，光致晶格膨胀不会损害这些高效光伏器件的稳定性。此外，这种电池在未封装的情况下，在一个太阳光下连续照射2250个小时，其性能还可以维持在60%，而封装后的电池在相同的环境下其性能也无衰减表现。

文献链接：Light-induced lattice expansion leads to high-efficiency perovskite solar cells（Science,2018,DOI: 10.1126/science.aap8671）

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7、Nature：晶体多晶型选择的分子成核机理与控制策略

比利时结构生物学研究中心Mike Sleutel和格勒诺布尔阿尔卑斯大学Alexander E. S. Van Driessche（共同通讯）使用时间分辨低温透射电子显微镜来对蛋白质葡萄糖异构酶晶体的成核进行成像，并在分子分辨率下揭示导致两种结晶状态和一种凝胶状态的成核途径。团队展示了在结构形成最初阶段能够发生的多态性选择，以及基于每个空间组的特定构件块。此外，该研究通过定点诱变能够选择性地形成所需的多晶型物，特别是调整分子间键合或凝胶接种来展示对系统的控制。这些见解表明了控制大分子相变的方法，有助于开发基于蛋白质的药物递送系统和大分子晶体学。

文献链接：Molecular nucleation mechanisms and control strategies for crystal polymorph selection（Nature，2018，doi:10.1038/nature25971）

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8、Nature：粒子映射

韩国浦项滚球体育 大学的Junsuk Rho和首尔大学的Ki Tae Nam（共同通讯）等人阐述了一种可用于合成高度手性金纳米颗粒的方法，这种基于溶液的方法不仅可用于合成还能控制金纳米颗粒相应的手性性质。研究人员利用半胱氨酸及其多肽来对映选择性地链接晶种，从而在金粒子生长过程中引发手性，这一合成方法为手性检测等领域提供了新的机遇。

文献链接：Amino-acid- and peptide-directed synthesis of chiral plasmonic gold nanoparticles（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0034-1）

9、Nature：新型硅纳米光电器件

麻省理工学院Amir H. Atabaki（通讯作者）等人利用多晶硅在玻璃表面的沉积将光子平台引入到块体硅CMOS芯片上。通过这种方法，研究人员可在芯片上实现光学波导和谐振，高速的光学调制以及灵敏的光电检测。这项研究为将光子器件和纳米器件的结合奠定了基础。

文献链接：Integrating photonics with silicon nanoelectronics for the next generation of systems on a chip（Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0028-z）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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