新IF下的TOP 5国产材料类期刊前沿文章速览！

2019年SCI影响因子正式出炉。国产SCI期刊的顺序也发生了些许变化，期刊National Science Review、Nano-Micro Letters、Science Bulletin增幅明显（IF相对变化>3）。近年来，国产SCI期刊表现非常惊艳，许多期刊一步步逼近相关领域国际顶级期刊。从2018 年，中国期刊已有超越美国的趋势，成为世界上科学出版物总量最多的国家。同时，近些年中国期刊也更注重质的飞跃，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（National Science Review、Nano-Micro Letters、Science Bulletin、npj Computational Materials、Nano Resreach）的前沿动态，供广大科研工作者浏览。

National Science Review：多级多孔TiO₂/rGO混合结构具有高稳定性锂存储容量

活跃点的晶体面可以为各种应用生成特殊的属性。在此，武汉理工大学苏宝连教授等人报告了一种(001)分面纳米薄片构造的分层多孔TiO₂/还原氧化石墨烯（rGO）混合结构，具有前所未有的、高度稳定的锂存储性能。密度泛函理论计算表明，(001)面TiO₂纳米薄片增强了与电解质的接触，缩短了Li⁺扩散和插入的路径长度，从而增强了反应动力学。在这种TiO₂/rGO复合材料中，还原氧化石墨烯纳米片极大地改善了电荷输运，而不同长度尺度的多孔结构有利于电解质的连续渗透，并能适应体积变化。TiO₂/还原氧化石墨烯复合阳极材料具有良好的可逆能力电压窗为1.0-3.0 V时，1C为250mAh g^-1(1C = 335 mA g^-1)。即使在5^oC和在10^oC下循环500次，阳极分别保持176和160 mAh g^-1的超长和稳定的容量。此外，形成的Li₂Ti₂O₄纳米点便于在循环过程中反向Li⁺插入提取。以上结果表明，钛基材料作为锂离子电池阳极，其性能是最佳的。相关研究以“Unprecedented and highly stable lithium storage capacity of (001) faceted nanosheet-constructed hierarchically porous TiO₂/rGO hybrid architecture for high-performance Li-ion batteries”为题目，发表在National Science Review上。

文献链接：DOI: 10.1093/nsr/nwaa028

图1 NSTiO₂/rGO杂化结构的电镜表征

National Science Review：可抑制运动噪声的类皮肤可穿戴连续血压监测系统

根据世界卫生组织的统计，估计每年有1790万人死于心血管疾病，占全球死亡人数的31%。连续无创动脉压(CNAP)对心血管疾病的治疗至关重要。然而，由于对皮肤的刺激以及缺乏运动伪影抑制，在日常使用现有设备的情况下实现长期CNAP监测是不可能的。在这里，清华大学冯雪教授等人 报告了一个高性能的皮肤样光电子系统集成超薄柔性电路监测CNAP。通过虚拟工作原理引入了一个精确预测血压和抑制运动伪影的理论模型，并提出了基于皮肤样器件的稳定光学测量的频域光学差。将这些结果与44名重症监护者>1500分钟的有创(动脉内)血压监测结果进行比较。固定和收缩压的最大舒张压绝对误差分别为±7/±10 mm Hg步行场景分别为±10/±14 mm Hg。该策略提供了先进的血压监测技术，可以直接满足高度脆弱人群的临床需求或日常使用。相关研究以“Wearable skin-like optoelectronic systems with suppression of motion artifacts for cuff-less continuous blood pressure monitor”为题目发表在National Science Review上。

文献链接：DOI: 10.1093/nsr/nwaa022

图2 类皮肤可穿戴系统原理图、设计、光学图像和测量原理

Nano-Micro Letters：自组装蛋白超结构用于胶质母细胞瘤的治疗

胶质母细胞瘤(GBM)在肿瘤学领域仍然是一个巨大的挑战。化学动力疗法(CDT)触发活性氧(ROS)致肿瘤细胞死亡，为GBM的治疗打开了一扇新的大门。 在此，丹麦技术大学的Tao Zheng、Yi Sun教授报道了一种新的CDT纳米剂。血红蛋白(Hb)和葡萄糖氧化酶(GOx)被用作CDT的强力催化剂。通过交联技术构建了作为自组装的多层超结构，而不是将蛋白质封装在药物传递纳米载体中。红细胞细胞膜在蛋白的超结构上被伪装起来，以促进通过血脑屏障的传递。制备的RBC@Hb@GOx纳米粒子(NPs)具有较好的生物相容性、简化的结构和在肿瘤部位的高累积。成功地证明了NPs能有效地产生有毒的ROS，在体外杀灭U87MG癌细胞，在体内抑制GBM肿瘤的生长，这表明CDT纳米剂在治疗GBM方面具有广阔的前景。相关研究以“SelfAssembly Protein Superstructures as a Powerful Chemodynamic Therapy Nanoagent for Glioblastoma Treatment”为题目，发表在Nano-Micro Letters上。

文献链接：DOI: 10.1007/s40820-020-00490-6

图3 设计蛋白超结构作为化学动力学治疗纳米剂

Nano-Micro Letters：MOF衍生的Ni_1−xCo_x@C具有可调纳米结构的电磁波吸收器

功能材料本身的电磁特性和特殊的纳米结构对其电磁波能量转换，特别是在微波吸收领域有着重要的影响。在此，复旦大学的车仁超教授将多孔Ni_1−xCo_x@C通过溶剂热反应和退火处理，成功地合成了金属有机骨架碳复合材料。得益于配位作用，碳化双金属Ni-Co-MOF保持了其初始骨架，并转变为纳米结构可调的磁碳复合材料。热分解过程中产生的磁性颗粒/团簇作为催化剂促进碳sp²的排列，形成特殊的核壳结构。因此，纯Ni@C微球表现出较强的MA行为比其他Ni_1−xCo_x@C复合材料。令人惊讶的是，磁介质Ni@C复合材料具有强的反射损失值59.5 dB，有效吸收频率覆盖范围为4.7 GHz。同时，通过调节吸收器的含量从25%到40%，可以提高MA的容量。利用轴向电子全息技术研究了MOF衍生的Ni_1-xCo_x@C微球的磁介电协同效应，并对其机制进行了深入研究。相关研究以“MOFDerived Ni_1-xCo_x@Carbon with Tunable Nano–Microstructure as Lightweight and Highly Efcient Electromagnetic Wave Absorber”为题目，发表在Nano-Micro Letters上。

文献链接：DOI: 10.1007/s40820-020-00488-0

图4 Ni_1-xCo_x@C微球的合成过程示意图

Science Bulletin：功能可切换的金属/半导体结高效催化整体水裂解

西安交通大学的沈少华教授等人将一种新型的金属/半导体光催化剂——纳米铜改性TiO₂空心球(Cu/TiO₂)，设计为有效的光催化整体水裂解(POWS)。该Cu/TiO₂光催化剂具有良好的POWS性能，在已报道的TiO₂基光催化剂中，可见光裂解处于最高水平。有趣的是，Cu和TiO₂之间形成的金属/半导体结使水氧化产物的选择性(H₂O₂或O₂)可通过受辐照波长调节的不同反应途径得到控制。在紫外光作用下，TiO₂中被激发的电子通过Cu/TiO₂肖特基界面被Cu NPs捕获产生H₂, TiO₂中的光孔通过双电子过程产生H₂O₂; 在可见光下，Cu NPs作为等离子体向TiO₂注入热电子以产生H₂，而O₂通过四电子过程由Cu NPs上的热孔产生。这种功能可切换的金属/半导体结的合理设计可能有助于理解具有理想的气/液水氧化产物的POWS机理。相关研究以“Function-switchable metal/semiconductor junction enables efficient photocatalytic overall water splitting with selective water oxidation products”为题目，发表在Science Bulletin上。

文献链接：DOI: 10.1016/j.scib.2020.04.042

图5 Cu/TiO₂合成示意图及TEM、EDS图像

Science Bulletin：用于独立的超低功率应变传感器的石墨烯组装薄膜

石墨烯由于其优越的机械性能和高导电性，成为构建高性能应变传感器的理想材料。但在将石墨烯组装成宏观材料的过程中，其电导率明显下降。此外，冗长的制作过程也阻碍了石墨烯应变传感器的应用。在这项工作中，武汉理工大学的何大平教授等人报告了具有高导电性((2.32±0.08)10⁵S m^-1)的独立石墨烯组装膜(GAF)。对于应变传感器的敏感材料来说，它高于大多数报道的碳纳米管和石墨烯材料。这些优点使GAF成为一种超低功耗的应变传感器，用于检测气流和声音振动。GAF的电阻随温度的升高(20-100℃)保持不变，具有良好的热稳定性。此外，GAF可以直接用作应变传感器，而不需要任何柔性基板，这大大简化了制造过程。此外，GAF用作压力传感器只有~4.7 lW功率，这项工作为制备先进的超低功耗传感器和开发柔性节能电子器件提供了新的方向。相关研究以“Function-switchable metal/semiconductor junction enables efficient photocatalytic overall water splitting with selective water oxidation products”为题目，发表在Science Bulletin上。

文献链接：DOI: 10.1016/j.scib.2020.05.002

图6 GAF的制备和材料表征

npj Computational Materials：卤化铅钙钛矿太阳能电池的SnO₂电子传输层的高效电子提取

和TiO₂相比，SnO₂电子输运层(ETL)因其优异的电子提取性能和稳定性而受到广泛关注性而被广泛应用于钙钛矿太阳能电池(PSCs)中，快速接近最高的功率转换效率。因此，如何提高ETL的性能是开发更高效的PSCs的重要和迫切需要。蔚山国家科学技术研究所Kwang S. Kim、Chang Woo Myung教授等人通过对SnO₂/MAPbI₃(MA = CH₃NH₃⁺)界面带准、载流子注入和界面缺陷的分析阐述了高效电子提取的原子起源和SnO₂基PSCs的长期稳定性。发现，Sn-s轨道对载流子注入和缺陷容限起着至关重要的作用。SnO₂/MAPbI₃在MAI-端和pbI₂-端均具有良好的导带序列，使得SnO₂/MAPbI₃的太阳能电池性能优于TiO₂/MAPbI₃。不同的偶极子相互作用和轨道杂化机制表明，对于PSCs，后过渡金属(sp价)氧化物ETLs优于过渡金属(d价)氧化物ETLs。相关研究以“Efficient electron extraction of SnO2 electron transport layerfor lead halide perovskite solar cell”为题目，发表在npj Computational Materials上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41524-020-00370-y

图7 优化的SnO₂/MAPbI₃和TiO₂/MAPbI₃界面

npj Computational Materials：相变电池材料膨胀驱动断裂研究

尽管对高容量硅和锗锂离子电池阳极的力学行为进行了大量的实验和理论研究，但我们对这些材料膨胀驱动断裂的基本理解仍然有限。现有的理论研究为大体积变化相变引起的弹塑性变形提供了见解，但还没有对裂缝进行格里菲斯准则以外的明确建模。在这里，美国东北大学的Alain Karma教授使用多物理相场方法来模拟自洽各向异性相变、弹塑性变形以及硅纳米孔在锂化过程中的裂纹萌生和扩展。计算结果表明,断裂发生在一个“脆弱的窗口”内的二维参数空间的屈服强度和断裂能量并强调了考虑塑性变形的表面局部化对准确预测断裂开始时拉伸应力大小的重要性。进一步证明了中空纳米颗粒增强的鲁棒性是如何被理解为阳极几何形状对脆弱窗口大小的直接影响。这些见解为设计下一代经历大容量变化的机械稳定相变电池材料提供了一个改进的理论基础。相关研究以“Vulnerable window of yield strength for swelling-driven fracture of phase-transforming battery materials”为题目，发表在npj Computational Materials上。

文献链接：DOI: 10.1038/s41524-020-0315-8

图8 纳米颗粒断裂的相场模拟

Nano Research：可编程机械致变色PDMS薄膜的厚度相关起皱

加州大学河滨分校Yadong Yin教授等人报告了氧等离子处理的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜显著的厚度依赖性起皱行为，其中一个能垒将起皱力学分为两种状态。对于厚膜，经典的非线性有限力学可以精确地预测膜的周期性。当薄膜厚度小于1mm时，会产生周期性增大的不均匀褶皱，从而导致机械应变下的随机散射和透明度变化。通过调整薄膜厚度，我们能够控制周期性褶皱的质量和大小，并进一步设计具有明亮结构色彩和可编程比色反应的机械变色装置。这项工作阐明了对双层系统起皱力学的基本认识，以及它们有趣的机致变色应用。相关研究以“Thickness-dependent wrinkling of PDMS films for programmable mechanochromic responses”为题目，发表在Nano Research上。

文献链接：DOI: 10.1007/s12274-020-2617-z

图9 制造工艺示意图

Nano Research：多孔纳米管聚醚-环糊精组件高效去除水生系统中的双酚微污染物

由于现有吸附剂对有机微污染物的去除效果不理想，吸附法的净水性能受到了限制。在此，中国科学院长春应用化学研究所Zhiqiang Yan、Lehui Lu教授联合美国纽约州立大学石溪分校Jin Wang教授报道了由环糊精(β -CD)构建的新型多孔聚合物吸附剂的设计和合成，其中，β -CD分子排列成有序的bis (β -CD)管状组件。通过在水生系统中形成稳定的主-客体笼型化合物，(β -CD)单元的诱导使它们对双酚类物质(双酚A及其类似物双酚B、双酚F和双酚S)具有较高的吸附亲和力。结合其高孔隙率表面积（BET：150 m²g⁻¹)，丰富的β -CD含量和快速的吸附动力学，所获得的吸附剂在消除饮用水中的双酚微污染物方面优于商业净水器。该工作为设计高效的吸附剂去除水生系统中的有机微污染物开辟了新的途径。相关研究以“Porous β-cyclodextrin nanotubular assemblies enable high-efficiency removal of bisphenol micropollutants from aquatic systems”为题目，发表在Nano Research上。

文献链接：DOI: 10.1007/s12274-020-2758-0

图10 构建β -CDNFs示意图及表征

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