国产期刊五大花旦：National Science Review、npj Computational Materials、Nano Resreach、Nano-Micro Letters、Microsystems & Nanoengineering前沿动态

近几年来，国产的英文期刊发展势头迅猛，越来越多的国产英文期刊被SCI收录。最近几年国产的材料、化学类SCI期刊发展趋势是非常亮眼的，其中不乏一些TOP期刊。随着国内学术期刊团队的辛勤耕耘和不断努力，国内多个学术期刊已经取得很不错的成绩，大量优秀科研成果在国内优秀期刊上发表。

本文汇总近期材料类五大期刊的前沿动态，供广大科研工作者浏览。

NSR(IF13.222)：设计新型碳离子通道用于电化学储能

一些纳米碳化物被认为具有比表面积大、电导率高、机械性能好等优点，被用来开发基于微纳米操作的新型碳电极的高性能储能设备。在典型的电化学电极中，在典型的电化学电极中，离子在材料体相插入/脱嵌（比如在电池中）或在表面吸附/脱附（比如在电化学电容器中）。快速离子迁移是实现碳高效储能的前提条件，它主要由活性电极或载体材料中的离子通道决定。中国科学技术大学朱彦武课题组联合法国图卢兹第三大学Patrice Simon教授综述了近年来新型碳离子通道的设计策略，并对基于这些碳离子通道的可定制离子通道的发展前景进行了评述。

相关研究以“Designing ionic channels in novel carbons for electrochemical energy storage”为题目，发表在National Science Review上。

文献链接：DOI: 10.1093/nsr/nwz140

图1 离子通道的典型制造方法以及相应的能量储存目标

NSR (IF13.222)：多步丝网印刷实现具有高容量能量密度和卓越安全性的平面化锌锰微型电池

印刷和微型化电子产品的快速发展迫切要求其兼容的微电池(MBs)具有高性能、适用的可扩展性和卓越的安全性，但面临着来自不断报道的堆叠几何结构的巨大挑战。中科院大连化学物理研究所吴忠帅团队发展了一种低成本、简单高效、规模化的丝网印刷技术，成功制备出兼具良好机械柔性、高安全和长寿命的平面化锌锰微型电池。研究以二氧化锰、锌粉、石墨烯为功能材料，分别配置出锌锰电池的正负电极和石墨烯集流体触变性油墨；然后采用多步丝网印刷的方法，实现了平面化锌锰微型电池的规模化制备。该锌锰电池不仅具有环境友好、高安全的特点，而且表现出了超长的工作寿命，在5C的电流密度下循环1300圈仍能保持83.9%的比容量，同时兼具良好的机械柔性和性能一致性。该工作提出了一种非常有工业应用前景的规模化制备平面化锌锰微型电池的方法，也为其它平面化柔性储能器件的发展提供了新的思路。相关研究以“Scalable fabrication of printed Zn//MnO₂planar micro-batteries with high volumetric energy density and exceptional safety”为题目，发表在National Science Review上。

文献链接：DOI: 10.1093/nsr/nwz070

图2 丝网印刷平面化锌锰微型电池制备

NSR (IF13.222)：通过溶液处理实现磁性极化切换的大面积多铁复合氧化物外延薄膜

具有可调结构的复杂氧化物具有许多引人入胜的特性，但高质量的复杂氧化物外延和精确控制的成分仍然是遥不可及的。在此，中科院深圳先进技术研究院李江宇课题组联合湘潭大学的谢淑红教授等人发展了适用于多铁(1-x)BiTi_(1-y)/2FeyMg_(1-y)/2O₃-(x)CaTiO₃(BTDM-CTO)的大面积固溶单晶外延，在原子尺度上证实了其具有强自发极化的铁电性。成分均匀调整导致室温下的体积磁化0.07±0.035μB/Fe，实现磁致极化开关，具有较大的磁电系数。这项工作表明了在外延BTFM-CTO薄膜中潜在的解决方案处理大规模复杂氧化物外延和建立新型室温磁电耦合,从而能够探索更大空间的组成和结构。相关研究以“Large-scale multiferroic complex oxide epitaxy with magnetically switched polarization enabled by solution processing”为题目，发表在National Science Review上。

文献链接：DOI: 10.1093/nsr/nwz143

图3 BTFM-CTO的晶格和溶液处理

npjCompu.Mater.(IF 9.200)：锂硫电池的锚定行为：多体效应

南京理工大学刘伟、李爽教授等人采用最先进的多体分散(MBD)方法来研究锂硫(Li -S)电池的锚固行为，这与臭名昭著的“穿梭效应”密切相关。根据金属硫化物(FeS和SnS₂)，研究发现，与其他范德华方法（vdW）相比，MBD方法能更准确地预测锚固机理的方法。文中系统地研究了两种原型锚固材料——Ti₂CF₂和掺杂石墨烯体系的锚固机理。发现多体效应对锚定行为的减少起着重要作用，特别是当系统极化较大且vdW相互作用主导锚定行为时。这项工作加深了对锚定机理的基本认识，为筛选抑制梭形效应的锚定材料提供了更准确的标准。相关研究以“Revisiting the anchoring behavior in lithium-sulfur batteries: many-body effect on the suppression of shuttle effect为题目，”发表在npj Computational Materials上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41524-020-0273-1

图4 LiPSs吸附在Ti₂CF₂上的吸附构型和电荷转移

npjCompu.Mater.(IF 9.200)：仿生自折叠策略打破碳纳米结构材料的强度和延展性之间的平衡

石墨烯具有非凡的机械、电子和热学性能是有希望构建宏观高性能和多功能材料的构件之一。碳纳米结构材料会出现常见的材料强度-延性悖论，受丝蛋白得益于折叠结构的构象及其转变而具有的卓越机械性能的启发，武汉大学高恩来教授等提出了一种拓扑策略，即通过自折叠石墨烯片获得超高延展性的石墨烯基材料，同时保持良好的抗拉强度。石墨烯基材料的机械性能得到了极大的改善，这归功于在自折叠界面上对剪切、滑动和展开变形的利用。分子动力学模拟结果表明，无论是调节自折叠长度还是工程界面的相互作用，都能有效地控制自折叠结构间范德华界面的强度、延性和延性破坏，其中界面剪切、滑动和打开的开口通道会耗散机械能。在分子动力学模拟原子尺度变形的基础上，用基于连续介质力学的模型讨论了这些材料的变形破坏机理。研究发现为承重工程中强韧性材料的微观结构设计带来了深刻的见解。相关研究以“Bio-inspired self-folding strategy to break the trade-off between strength and ductility in carbon-nanoarchitected materials”为题目，发表在npj Computational Materials上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41524-020-0279-8

图5 力学参数和几何参数对SFGMs力学行为的影响

Nano-Micro Letters(IF 9.043)：高容量钒酸铵作阴极的锌离子电池

环境友好型、安全可靠的可充电锌离子电池(ZIBs)因其资源丰富的优势，在大规模储能领域的潜在应用成为全球关注的焦点。尽管已经取得了初步的成功，但要想实现容量> 400 mAh g⁻¹的锌离子存储仍然是一个巨大的挑战。在这里，广东工业大学芮先宏、黄少铭教授联合中国科学技术大学余彦教授等证明了NH₄V₄O₁₀(NVO)作为高容量阴极在有限容量下突破ZIBs瓶颈的可行性。初步的理论计算表明，层状NVO是沿其[010]方向在层间空间提供快速Zn²⁺离子分流通道的良好宿主。另一方面，为了进一步增强Zn²⁺离子插层的动力和长期的循环稳定性，NVO纳米粒子自组装的三维结构被定量设计和制造通过微波-辅助水热的方法。因此，这种3DNVO阴极具有高容量(485mAh g^-1)和优越的长期循环性能(3000次)，在10 A g⁻¹(~ 50 s至完全放电/充电)的情况下。相关研究以“A HighCapacity Ammonium Vanadate Cathode for Zinc-Ion Battery”为题目，发表在Nano-Micro Letters上。

文献链接：DOI: 10.1007/s40820-020-0401-y

图6 3D-NVO结构示意图及化学和物理特性表征

Nano-Micro Letters(IF 9.043)：一种提高集成电容的超微孔炭材料

电极材料的孔隙结构对提高碳基超级电容器的功率密度和稳定性具有重要意义。在此，北京化工大学于运花教授团队联合华盛顿州立大学WeiHong Zhong教授通过一步碳化/活化致密的纤维素(BC)前体，然后氮/硫双掺杂，制备了具有超高集成电容的超微孔碳。微孔碳具有高度集中的微孔(~ 2 nm)和相当数量的亚微孔(< 1 nm)。独特的多孔结构提供了高的特殊表面积(1554 m²g⁻¹)和充填密度(1.18 g cm⁻³)。协同效应来自于特定的多孔结构和最佳掺杂，有效地增强了离子存储和离子/电子传输。因此，卓越的特殊电容，包括超高的重量和容量电容(430 F g⁻¹和507 F cm⁻³，在0.5 A g⁻¹时)，即使在10 A g⁻¹(327 F g⁻¹和385 F cm⁻³)的高电流密度下也具有良好的循环和速率稳定性。通过合成多孔碳和BC骨架，全固态纤维素超级电容器呈现出超高的区域能量密度(~ 0.77 mWh cm⁻²)、体积能量密度(~ 17.8 W L⁻¹)和极好的循环稳定性。相关研究以“An Ultra microporous Carbon Material Boosting Integrated Capacitance for Cellulose Based Supercapacitors”为题目，发表在Nano-Micro Letters上。

文献链接：DOI: 10.1007/s4082002003937

图7 u-MPC的制备及其对能量密度的增强机制

Nano Research(IF 8.515)：一种新的电池方案:将纳米结构的磷阳极与硫化锂阴极耦合

锂离子电池已接近理论极限，无法满足人类社会日益增长的需求。锂硫电池具有较高的理论比能，是下一代储能的理想选择。然而，锂电池中锂金属的使用损害了安全性和性能，导致了枝晶的形成和容量的快速下降。以前的研究探索了替代电池系统，以取代Li-S电池中的金属锂，例如Si/Li₂S耦合。近年来，人们开始关注红磷作为锂离子的良好负极材料。在此，华中滚球体育 大学孙永明教授联合斯坦福大学崔屹教授利用P/C纳米复合阳极和涂有硫化锂的碳纳米纤维阴极，建立了一种新的电池方案。研究发现，红磷阳极在以醚基的电解质体系中可以兼容，并能成功地与硫化锂阴极耦合。这种概念证明全电池显示出显著的比容量，速率和循环性能。该工作将提供一个有用的替代系统和有价值的见解，以寻求下一代能源存储设备。相关研究以“A novel battery scheme: Coupling nanostructured phosphorus anodes with lithium sulfide cathodes”为题目，发表在Nano Research上。

文献链接：DOI: 10.1007/s12274-020-2645-8

图8 纳米P/Li₂S电池的三维结构示意图

Nano Research(IF 8.515)：叶酸受体靶向的二维纳米探针对动脉粥样硬化斑块的分子成像

脆弱的动脉粥样硬化斑块是大多数心血管疾病的原因。叶酸受体(FR)阳性活化的巨噬细胞被认为是易损斑块形成的重要组成部分。厦门大学张现忠、郑南峰教授与中国医学科学院药物研究所朱海波团队合作开发叶酸偶联的2D Pd@Au纳米材料(Pd@Au-PEG-Fa)，用于对进展期动脉粥样硬化斑块中的FRs进行靶向性多模态成像。单光子发射计算机断层扫描(SPECT)、计算机断层扫描(CT)和光声成像(PA)证实动脉粥样硬化斑块中血液半衰期延长和放射性物质的富集。在重粥样硬化斑块中，SPECT、CT和PA显像在体内检测到强信号，注射Pd@Au-PEG-FA后明显高于正常动脉粥样硬化斑块。预注过量叶酸(FA)阻断研究可有效降低Pd@Au-PEG-FA对动脉粥样硬化斑块的靶向能力，进一步证实Pd@Au-PEG-FA对斑块病变的特异性结合。组织病理学特征表明，探针信号与高危斑块一致。综上所述，Pd@Au-PEG-FA具有良好的药代动力学特性，为检测动脉粥样硬化斑块中出现FRs的高危斑块提供了一种有价值的方法。相关研究以“Molecular imaging of advanced atherosclerotic plaques with folate receptor-targeted 2D nanoprobes”为题目，发表在Nano Research上。

文献链接：DOI: 10.1007/s12274-019-2592-4

图9 探针设计与应用原理图

Microsystems & Nanoengineering (IF 5.616)：电纺CNT嵌入ZnO纳米纤维生物传感器电化学检测阿特拉津

印度理工学院Shiv Govind Singh教授等报道了一种基于MWCNT嵌入ZnO纳米纤维的简便、灵敏、选择性和无标签的阿特拉津电化学检测平台的设计和开发。利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、x射线衍射(XRD)、x射线光电子分光镜(XPS)、紫外-可见分光镜(UV-VIS)和傅里叶变换红外分光镜(FTIR)对电纺纳米纤维进行了表征。采用电化学阻抗谱(EIS)和循环伏安法(CV)对MWCNT-ZnO纳米纤维修饰电极的电化学性能进行了研究。利用电化学和电化学方法，研究了阿特拉津与抗阿特拉津抗体在纳米纤维修饰电极上的结合反应。由于MWCNT-ZnO纳米纤维的高导电性、表面积大、带隙小，在检测范围10 zM-1µM，传感器已经达到了灵敏度和检测极限(LoD)为21.61 (KΩ μg⁻¹mL⁻¹)cm⁻²、5.368zM。本发明的免疫传感平台具有良好的稳定性、选择性、重复性和重现性，且不易受到干扰。相关研究以“Electrospun CNT embedded ZnO nanofiber based
biosensor for electrochemical detection of Atrazine: a step closure to single molecule detection”为题目，发表在Microsystems & Nanoengineering上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41378-019-0115-9

图10 MWCNT嵌入ZnO纳米纤维的合成及生物电极的制备

Microsystems & Nanoengineering(IF 5.616)：一种基于单层石墨烯薄膜的声波传感器用于高灵敏度检测内毒素

灵敏层的厚度对具有延迟线结构和较低石墨烯层数的水平剪切表面声波（SH-SAW）生物传感器的灵敏度有重要影响。因此，重庆大学的穆小静、徐溢教授等开发了一种基于化学气相沉积生长单层石墨烯(SLG)的无标签和高灵敏度的SH-SAW生物传感器用于内毒素检测。采用该方法，在36° Y-90° X石英衬底上制备了SH-SAW生物传感器，在246.2 MHz的频率下，利用丙烯酸材料制作有效的检测单元。为了提高表面亲水性，将壳聚糖涂覆在SLG膜表面。通过与戊二醛交联，适配体被固定在SLG膜表面。内毒素检测结果验证了灵敏度，线性检测范围为0 ~100ng /mL，检测限(LOD)低至3.53 ng/mL。此外，通过检测从大肠杆菌(E. coli)、铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)和黄曲霉毒素中提取的内毒素，验证了该型SH-SAW生物传感器从气相到液相的稳定性良好。因此，这种类型的SH-SAW生物传感器为内毒素检测提供了一种有前途的方法，具有巨大的临床应用潜力。相关研究以“An aptamer-based shear horizontal surface acoustic wave biosensor with a CVD-grown singlelayered graphene film for high-sensitivity detection of a label-free endotoxin”为题目，发表在Microsystems & Nanoengineering上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41378-019-0118-6

图11 采用SLG技术的SH-SAW装置的工作原理和结构

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