杨培东，夏幼南，俞书宏，成会明，Michal Lipson, Richard B. Kaner等大牛近日成果速递

1.Nano Lett.：用于燃料电池的高性能Pt-Co纳米膜电催化剂

铂基合金催化剂是燃料电池应用的理想催化剂，特别是在氧还原反应(ORR)和甲醇氧化反应(MOR)方面。合理的组分和形貌设计是提高催化性能的关键。加州大学伯克利分校的杨培东教授团队在Nano Letters上发表文章，报道了以固体菱形十二面体为原料，采用化学腐蚀法制备Pt-Co纳米膜的方法。所得到的Pt-Co纳米膜在酸性电解液中展现出了出色ORR质量活性。同样该材料的MOR性能在碱性电解液中也要比商业Pt/C催化剂性能高出四倍。实验研究表明中间碳质毒物的结合减弱有助于增强MOR行为。更令人印象深刻的是，Pt-Co纳米膜在长期的测试中也表现出了出色的稳定性，这可能是由于电化学Co溶解的缘故。^[1]

图1. 基于Pt-Co催化剂的燃料电池示意图

2.ChemNanoMat：定量分析了卤化物离子在控制钯纳米晶生长模式中的多重作用

在指导种子演变成不同形状的金属纳米晶体方面，尽管卤化物离子(例如Cl^-，Br^-）起着关键的作用，但是目前还不清楚卤化物是如何影响盐前体的还原动力学，从而影响合成的结果。鉴于此，来自佐治亚理工学院的夏幼南等人在ChemNanoMat上发表文章，作者定量分析了卤化物在控制立方体和八面体形状的Pd种子生长行为中的多重作用。定量测量清楚地表明，在还原速率为10^-3mM/min左右存在一个过渡点，该过渡点将还原分为两个不同的途径(溶液与表面)，以形成完全不同的产物。更重要的是，作者证明了Pd(II)前驱体的物质形成、还原动力学和还原途径都可以通过改变合成中引入的卤化物的类型和/或数量来确定特定产物的形成。这项工作阐述了定量理解在Pd纳米晶体的形状控制合成中所涉及的卤化物的多重作用的关键一步，这一贡献可能扩展到其他贵金属及其合金的合成。^[2]

图2. Pd(II)前驱体的还原途径对Pd八面体种子及其产物的生长模式的影响

3.Nature Biomedical Engineering：可重构的纳米光子硅探针用于亚毫秒级的深度脑光学刺激

利用纳米光子学来快速和精确地重新配置光束以在体内对神经元进行光刺激，目前这方面的研究还很不成熟。美国哥伦比亚大学Michal Lipson和冷泉港实验室Adam Kepecs（共同通讯）等人在Nature Biomedical Engineering上发表了文章，作者报道了一种可植入的硅基探针的设计和制备，它可以转换和导入多个光束来刺激皮层的神经元，同时记录产生的脉冲模式。每个开关装置由一个氮化硅波导结构,通过电光调制可以迅速(< 20μs)重新配置。通过使用八束探针，作者在麻醉的老鼠身上发现，一小群单个神经元可以被独立地刺激，以亚毫秒的精度产生多神经冲动模式。也证明了一种集成了电子记录点的探针可以同时进行光刺激和电测量深脑神经活动。该技术是可扩展的，它允许光束聚焦和转向，并通过光束整形实现结构照明。该装置的高带宽光刺激能力可能有助于探测行为背后的时空神经代码。^[3]

图3. 光子探针示意图

4.Chem. Rev.：用于先进电化学储能装置的碳基纤维

先进的电化学储能器件(EESDs)可以有效地储存电能，同时又具有微型/柔性/可穿戴/承重的特点，因此，从柔性/可穿戴/便携式电子产品到轻型电动汽车/航空航天设备，各种应用都需要使用它。碳基纤维因其轻质、高导电性、优异的机械强度、柔韧性和可调的电化学性能，在这些先进的EESDs(如超级电容器和电池)的发展中具有巨大的潜力。基于此，清华-伯克利深圳学院成会明和丘陵等人在Chem. Rev.上发表文章，综述了碳基纤维的制备技术，特别是碳纳米纤维、碳纳米管纤维和石墨烯纤维的制备技术，以及提高其机械、电气和电化学性能的各种方法。重点介绍了这些碳基纤维的先进EESDs的设计、组装和潜在应用。最后，讨论了碳基纤维在高级电沉积中的应用前景和面临的挑战。^[4]

图4. 碳基纤维用于先进EESDs及其在各个领域的潜在应用

5.Nat. Nanotechnol.:半导体纳米棒的区域选择性磁化

手性是物体与它的镜像区别开来的特性，这在化学和生物学中引起了学者广泛的兴趣。一维半导体的区域选择性磁化可以实现室温下的各向异性磁性，以及自旋极化的操作——自旋电子学和量子计算技术所必需的特性。为了实现定向磁光功能，必须在母体纳米棒上的特定位置实现磁性单元的生长。然而，材料与大晶格失配是当前解决这一问题的一大挑战。因此中科大的俞书宏、国家纳米科学中心唐智勇以及多伦多大学EdwardH. Sargent（共同通讯）等人在Nat. Nanotechnol.上发表文章，报告了不依赖于晶格失配的纳米棒的区域选择性磁化，这是通过缓冲中间层来改变界面的能量，促进不相容材料的区域选择性生长。利用这一策略，作者将具有不同晶格、化学成分和磁性的材料(Fe₃O₄)和一系列在特定位置吸收紫外线和可见光谱的半导体纳米棒结合在一起。由此产生的异质纳米棒在特定位置磁场的诱导下表现出光学活性。这里提出的区域选择性磁化策略为设计手性和自旋电子学的光学活性纳米材料提供了一条途径。^[5]

图5. 一维纳米棒的位点选择性磁化

6.ACS Energy Letters：控制固体电解质中枝晶的生长

固态电解质(SSEs)被广泛认为是抑制锂金属负极枝晶生长的“催化剂”，可用于高能、高安全性的下一代电池。然而，最近的研究表明锂枝晶在SSEs中形成。从理论上讲，在完美的SSEs中可以实现对枝晶的抑制，没有任何缺陷，而在实际的SSEs中广泛观察到枝晶的生长，界面稳定性差，晶界大，空隙大，导电性不佳。鉴于此，清华大学的张强与北京理工大学的黄佳琦（共同通讯）等人在ACS Energy Letters上发表综述。作者综述了枝晶在聚合物和无机电解质中的生长行为。对所观察到的这些SSEs中的枝晶形态、可能的形成机制和一些解决方案进行了分析。对锂金属电池SSEs的进一步发展提出了明确的展望和建议。该篇综述旨在通过对SSEs中枝晶生长的认识，以及与锂金属阳极相匹配的SSEs结构和材料的合理设计，为SSEs的发展提供新的思路。^[6]

图6. SSEs中不均匀的枝晶沉积

7.Nano Lett.：具有超透性和机械稳定性的纳米结构氧化石墨烯复合膜

氧化石墨烯(氧化石墨烯)膜具有低摩擦透水和独特的分子筛分能力，具有巨大的应用潜力。然而，传统沉积方法制备的复合材料结构的机械稳定性较差，限制了氧化石墨烯薄膜的实际应用。因此来自美国UCLA的Richard B. Kaner教授团队在Nano Letters上发表文章，作者报道合成了一种具有超高机械稳定性的纳米氧化石墨烯复合薄膜。该复合膜含有超薄的选择性氧化石墨烯纳米膜(厚度低至32 nm)和合成后的大孔支撑层，在水和实际渗透率测试中表现出良好的稳定性。通过在选择性层和支撑层进行精确的优化，获得了前所未有的透水性和高保留率。^[7]

图7. 纳米氧化石墨烯复合膜的原理图

8.Nat Commun.：溶剂辅助的配体交换方法使金属有机框架具有多样而复杂的结构

与无机晶体不同，金属-有机框架没有一个发展良好的纳米结构库，建立它们适当的多样和复杂的结构仍然是一个主要的挑战。来自合肥工业大学的吴玉程，崔接武，中科大徐铜文以及美国莱斯大学的Pulickel M. Ajayan（共同通讯）等人在Nature Communications上发表文章。作者提出了一种通过溶剂辅助配体交换来控制金属-有机骨架结构的一般方法。成功制备了13种不同类型的金属-有机骨架结构。为了证明概念的应用，我们以获得的金属-有机骨架材料为前驱体合成纳米多孔碳，并研究了它们的电化学Na⁺存储性能。由于其独特的结构，双壳ZnCo双金属沸石型咪唑盐骨架纳米碳管的一维纳米孔碳具有较高的比容量、优越的速率能力和循环稳定性。作者的研究为可控制备设计良好的超有机骨架结构及其衍生物提供了一条途径，这将进一步拓宽金属-有机骨架材料的应用前景。^[8]

图8. 一种典型的溶剂辅助配体交换过程

参考文献：

[1] Shouping Chen et al., High-Performance Pt−Co Nanoframes for Fuel-Cell Electrocatalysis. Nano Lett., 2020., DOI:10.1021/acs.nanolett.9b05251.

[2] Tung Han Yang, et al., Quantitative Analysis of the Multiple Roles Played by Halide Ions in Controlling the Growth Patterns of Palladium Nanocrystals, ChemNanoMat, 2020, DOI:10.1002/cnma.202000049.

[3]Mohanty, A., Li, Q., Tadayon, M.A. et al., Reconfigurable nanophotonic silicon probes for sub-millisecond deep-brain optical stimulation. Nat Biomed Eng., 2020，DOI: 10.1038/s41551-020-0516-y.

[4] Shaohua Chen et al., Carbon-Based Fibers for Advanced Electrochemical Energy Storage Devices. Chem. Rev., 2020, DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00466.

[5] T.-T. Zhuang, et al., Regioselective magnetization in semiconducting nanorods. Nat. Nanotechnol., 2020, DOI: 10.1038/s41565-019-0606-8.

[6] He Liu et al, Controlling Dendrite Growth in Solid-State Electrolytes, ACS EnergyLetters, 2020, DOI: 10.1021/acsenergylett.9b02660.

[7]Shuangmei Xue et al., Nanostructured Graphene Oxide Composite Membranes withUltra-permeability and Mechanical Robustness. Nano Lett., 2020., DOI:10.1021/acs.nanolett.9b03780.

[8] Dongbo Yu, et al., A solvent-assisted ligand exchange approach enables metal-organic frameworks with diverse and complex architectures. Nat Commun., 2020, DOI: 10.1038/s41467-020-14671-9.

本文由Nano optic供稿

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