Nature&Science10月材料领域科研成果汇总 国内丰收月 进账5篇
作为标杆滚球体育 发展前沿的Nature & Science顶刊，材料人们也万万不可放过啊！鉴于10月即将过去，便容小编为大家简单细数一下10月间荣登顶刊的材料大文。
1. Science:在MOF中实现乙烷/乙烯分离的新思路
太原理工大学的李晋平、美国国家标准与技术研究院（NIST）的Wei Zhou以及德克萨斯大学圣安东尼奥分校的陈邦林（共同通讯作者）等人合作提出了利用微孔MOF材料优先吸附乙烷从而实现乙烷/乙烯混合物分离的思路。以往的吸附材料由于与乙烯具有更强的亲和力，所以会采用吸附乙烯将其从混合物中分离的方法。然而，乙烯/乙烷混合物中乙烯占比大，并且乙烯是目标产物，因此采用吸附乙烯的分离方法需要经过多次吸附-解吸附循环，依然是一个能耗巨大的过程。而该项工作制备了一种Fe2(O2)(dobdc)的微孔MOF，并发现这一材料中的铁-超氧位点与乙烷的相互作用更加强烈。进一步的实验也表明，在宽泛的压力范围内，这一含有铁-超氧位点的MOF不仅对乙烷吸附量巨大，而且展现出优异的乙烷/乙烯选择性吸附性能。中子粉末衍射以及理论计算也证明了铁-超氧位点对乙烷的识别作用，结合实验现象更说明这一报道的MOF材料及其代表的选择性吸附思路为发展新型气体分离工艺提供了基础。2018年10月26日，相关成果以题为“Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites”的文章在线发表在Science上。
文献链接：Ethane/ethylene separation in a metal-organic framework with iron-peroxo sites（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aat0586）
2. Nature：酸性氟化物的无碱镍催化脱羰Suzuki – Miyaura偶联反应
来自美国密歇根大学的Melanie S. Sanford教授（通讯作者）在Nature发表文章，题为“Base-free nickel-catalysed decarbonylative Suzuki–Miyaura coupling of acid fluorides”。作者使用催化剂和亲电试剂的结合的方法来开发芳基硼酸与氟化酸的镍催化偶联，氟化酸是由容易获得的羧酸原位形成的。催化剂和亲电试剂的这种组合能够形成一种机械歧管，其中在催化循环中直接生成“金属交换活性”芳基氟化镍中间体。因此，这种转化不需要外源碱，适用于广泛的碱敏感硼酸和生物活性羧酸。
文献链接：Base-free nickel-catalysed decarbonylative Suzuki–Miyaura coupling of acid fluorides, (Nature, 2018, DOI:10.1038/ s41586-018-0628-7)
3. Science：用于高效被动日间辐射冷却的分层多孔聚合物涂层
在美国哥伦比亚大学虞南方助理教授和样远助理教授（共同通讯作者）团队的带领下，与美国阿贡国家实验室和美国布鲁克海文国家实验室合作，报告了一种简单，可扩展且廉价的基于相转化的工艺，用于制造具有优异Rsolar和εLWIR的分层多孔性的聚合物涂层。具体而言，实现了与衬底无关的半球形Rsolar=0.96±0.03和εLWIR=0.97±0.02的分层多孔聚（偏二氟乙烯-共-六氟丙烯）P(VdF-HFP)HP。这些值导致了极好的PDRC能力，例如，在890和750 W m-2的太阳强度下，低温室温度为~6℃，平均冷却功率为~96 W m-2。性能与先前报告中的相当或超过之前的。因为制造技术是基于室温和溶液的，所以多孔聚合物涂层可以通过常规方法，如涂漆和喷涂施加到各种表面，例如塑料，金属和木材。此外，它可以掺入染料以实现颜色和冷却性能之间的理想平衡。涂层的性能和该技术的类似涂料的便利使其成为实现高性能PDRC的可行方法。相关成果以题为“Hierarchically porous polymer coatings for highly efficient passive daytime radiative cooling”发表在了Science上。
文献链接：Hierarchically porous polymer coatings for highly efficient passive daytime radiative cooling（Science，2018，DOI：10.1126 / science.aat9513）
4. Nature：新型太阳能发电换热器材料-ZrC/W复合材料
美国普渡大学K. H. Sandhage（通讯作者）在Nature上发表一篇题为“Ceramic–metal composites for heat exchangers in concentrated solar power plants”的文章。本文提供了一种新的ZrC/W复合材料，用于印刷电路型热交换器（>1023K）。并且提供了一种经济的制造该复合材料的方法。可通过多孔碳化钨板的形状和尺寸保持化学转化，制造具有可调通道图案的ZrC/W基换热板，实现在1073K时表现出超过350MPa的破坏强度，并且在该温度下热导率值比铁或镍基合金的热导率值高两到三倍。通过将铜层粘合到复合材料表面并向sCO2中添加50ppm的一氧化碳，实现了在1023K和20MPa下对sCO2的耐腐蚀性。
文献链接：Ceramic–metal composites for heat exchangers in concentrated solar power plants(Nature, 2018, DOI:10.1038/s41586-018-0593-1)
5. Nature：基于自发形成的亚微米级结构的钙钛矿发光二极管
在南京工业大学黄维院士（（目前单位西北工工业大学））和王建浦教授（共同通讯作者）团队的带领下，与浙江大学、南京邮电大学和西北工业大学合作，展示了溶液加工的钙钛矿的高效和高亮度电致发光，自发形成亚微米级结构，它能有效地从器件中提取光，并保持与波长和视角无关的电致发光。这些钙钛矿是通过在钙钛矿前驱体溶液中加入氨基酸添加剂而形成的。此外，添加剂可有效钝化钙钛矿表面缺陷并减少非辐射复合。钙钛矿LED具有20.7％的峰值外量子效率（电流密度为18mA/cm2），能量转换效率为12％（在10mA/cm2的高电流密度下），接近性能最佳的有机LED的价值。相关成果以题为“Perovskite light-emitting diodes based on spontaneously formed submicrometre-scale structures”发表在了Nature上。
文献链接：Perovskitelight-emittingdiodesbasedonspontaneouslyformedsubmicrometre-scalestructures（Nature,2018,DOI：10.1038/s41586-018-0576-2）
6. Science：手性单壁碳纳米管的熵驱动稳定性
单壁碳纳米管是中空圆柱体，通过在与催化剂的界面处掺入碳可以生长到厘米级。依据于在生长过程中产生的螺旋度，它们具有半导体或金属特性。为了支撑选择性合成的探索，来自法国马赛大学的Christophe Bichara教授（通讯作者）团队建立了一个热力学模型，该模型关联了管-催化剂界面能量、温度以及由此产生的管手性。作者表明，纳米管可以因其纳米尺寸边缘的构型熵而手性生长，从而解释了实验观察到的手性分布的温度演化。通过界面能量考虑催化剂的化学性质，作者导出了结构图和相图，这些结构图和相图将指导催化剂和生长参数的合理选择，从而获得更好的选择性。该成果以“Entropy-driven stability of chiral single-walled carbon nanotubes”为题于今日发表在Science上。
文献链接：Entropy-driven stability of chiral single-walled carbon nanotubes,（Science, 2018, DOI: 10.1126/science.aat6228）
7. Nature: 钙钛矿发光二极管外量子效率超过20%
华侨大学魏展画教授联合新加坡南洋理工大学熊启华教授和加拿大多伦多大学Edward H. Sargent教授在钙钛矿发光二极管的研究中取得重大突破。研究人员利用钙钛矿的组分分布调控策略得到平整致密且光电性能优异的钙钛矿薄膜，并通过加入阻挡层改善电子空穴的注入平衡，得到的钙钛矿发光二极管的外量子效率（EQE）超过20%，刷新了钙钛矿发光二极管的世界最高纪录，同时，稳定性也得到极大地提升，远超国际同行。相关研究成果以题为"Perovskite Light-Emitting Diodes with External Quantum Efficiency Exceeding 20%"发表在国际顶级学术期刊Nature上。
文献链接：Perovskite light-emitting diodes with external quantum efficiency exceeding 20 per cent, (Nature, 2018, DOI:10.1038/s41586-018-0575-3)
8. Nature:溶液法制备高性能大面积电子产品
加州大学段镶锋教授，黄昱教授（共同通讯）在Nature发表一篇题为"Solution-processable 2D semiconductors for highperformance large-area electronics''的文章。本文报道了制备高度均匀，可溶液加工，纯相半导体纳米片的一般方法，其涉及将季铵分子电化学嵌入二维晶体中，然后进行温和的超声处理和去角质过程。通过精确控制嵌入化学，获得了具有窄厚度分布的纯相的半导体2H-MoS2纳米片。然后将这些纳米片进一步加工成高性能薄膜晶体管，其室温迁移率约为每平方厘米10平方厘米，开/关比率为106，大大超过先前溶液法制备的MoS2晶体管所获得的值。大面积薄膜晶体管阵列的可扩展制造使得能够构建功能逻辑门和计算电路，包括反相器，NAND，NOR，AND和XOR门以及逻辑半加器。此外，该方法应用于其他2D材料，包括WSe2，Bi2Se3，NbSe2，In2Se3，Sb2Te3和黑磷，展示了其制备多功能2D材料的潜力。
文献链接：Solution-processable 2D semiconductors for highperformance large-area electronics(Nature, 2018, DOI: 10.1038/s41586-018-0574-4)
9. Nature: 单层室温铁磁性二维材料Fe3GeTe2
复旦大学张远波团队在Nature发文，题为“Gate-tunable room-temperature ferromagnetism in two-dimensional Fe3G3Te2”。发展了一种新的样品解理方法——利用氧化铝和Fe3GeTe2之间强的粘附性以及较大的接触面积来制备单层样品。这种方法制备效率高，解理能力强，还将为有效解理与Fe3GeTe2解理难度类似的其他层状材料提供新的方法和研究思路。同时用该方法制备的这种单层的Fe3GeTe2在低温下仍具有铁磁长程序以及面外磁各向异性。新型的磁性二维材料Fe3GeTe2，将为科学家们未来基于这种材料研发超高密度、栅压可调且室温可用的磁电子学器件提供一种可能，而新发现的二维材料解理方法将为未来二维材料的研究拓展新思路。
文献链接：Gate-tunable room-temperature ferromagnetism in two-dimensional Fe3G3Te2，(Nature, 2018, DOI:10.1038/s41586-018-0626-9)
10. Science：无甲铵、高性能、高稳定、平面型钙钛矿太阳能电池
近日，来自洛桑联邦理工学院Anders Hagfeldt教授和Michael Saliba教授（共同通讯）在Science上发表文章，题为“Methylammonium-free, high-performance and stable perovskite solar cells on a planar architecture”。作者发现优化的RbCsFAPbI3钙钛矿组份以FA(formamidinium,甲脒)代替MA，无Br,带隙1.53 eV。实现平面型钙钛矿短路电流25.06 mA cm-2,稳定的能量效率20.35%，是无MA类钙钛矿中最高值。同时该工艺无需100℃以上的温度，因此在大规模柔性器件的应用上也极具前景。
文献链接：Methylammonium-free, high-performance and stable perovskite solar cells on a planar architecture, (Science, 2018, DOI:10.1126/science.aat3583)
11. Nature：天然范德华晶体中的面内各向异性和超低损耗极化子
近日，在西班牙奥维耶多大学Pablo Alonso-González教授，西班牙CIC纳米研究中心、巴斯克科学基金会Rainer Hillenbrand教授和澳大利亚莫纳什大学、苏州大学鲍桥梁教授（共同通讯作者）团队的带领下，与西班牙圣塞瓦斯蒂安国际物理中心、苏黎世联邦理工学院、墨尔本皇家理工大学和新南威尔士大学合作，报告了沿着α-MoO3（一种天然的范德华材料）表面的各向异性极化子传播。通过红外纳米成像和纳米光谱研究半导体α-MoO3薄片和圆盘，经可视化和验证具有椭圆和双曲面内分散的声子极化子，波长（比相应的光子波长小60倍）与石墨烯等离子体极化子和氮化硼声子极化子对比。根据实空间图像中的信号振荡，测量了极化子的振幅寿命为8皮秒，比室温下石墨烯等离子体极化子的寿命长十倍多。它们也是目前报道的同位素工程氮化硼的声子极化子和低温石墨烯等离子体极化子的最佳值的4倍。范德华材料中的面内各向异性和超低损耗极化子可以实现定向和强光物质相互作用，纳米级定向能量转移和集成平面光学，应用范围从生物传感到量子纳米光子学。相关成果以题为“In-plane anisotropic and ultra-low-loss polaritons in a natural van der Waals crystal”发表在了Nature上。
文献链接：In-plane anisotropic and ultra-low-loss polaritons in a natural van der Waals crystal（Nature，2018，DOI：10.1038/s41586-018-0618-9）
12. Science：等离激元光催化剂中的热载流子以及热贡献
近日，来自美国莱斯大学Naomi J. Halas和Peter Nordlander（共同通讯）团队合作在Science上发表文章，题为“”定量研究了等离激元光催化中的热载流子和热贡献，发现通过电子或振动激发催化剂表面的吸附分子，等离激元纳米颗粒中产生的热载流子可降低化学反应活化能垒，从而触发传统热力学或动力学不支持的反应。
文献链接：Quantifying hot carrier andthermal contributions in plasmonic photocatalysis, (Science, 2018, DOI:10.1126/science.aat6967)
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