2020高被引TOP 10文章有没有你的领域

新年伊始，要做好对过去一年的总结工作才能为新的一年开好头。所谓温故而知新，就是这个道理。在这里，为大家准备了2020年高被引文章10篇，供广大科研工作者参考学习。

本文检索采用Web of Science数据库，关键词搜索“materials”、“2020”得到。节点为出版时间而非接收时间，如有排序不妥之处请指出。

AM：效率接近18%的单结有机光伏电池（被引频次136）

优化有机光伏(OPV)材料的分子结构是提高能量转换效率（PCE）最有效的方法之一对于具有一定共轭骨架的分子体系，精细调控烷基链对于充分挖掘其光伏潜能具有重要意义。在这里，中科院化学研究所姚惠峰等人对氯化非富勒烯受体(NFA) BTP-4Cl-BO进行了烷基链的优化得到了OPV电池中非常优异的光伏参数。将正十一烷基（C11）缩短为正壬基（C9）和正庚基（C7），合成了名为BTP-eC9和BTP-eC7的NFAs。与BTP-eC11相比，具有较短烷基链的BTP-eC9显示出合适的溶解度以及适当的结晶性，降低了Urbach能，并增强了载流子迁移率。值得注意的是，由于短路电流密度和填充因子的提高，基于BTP-eC9的单结OPV电池获得了17.8％的PCE，认证值为17.3 ％。然而，进一步缩短烷基链，导致BTP-eC7的溶解度显著降低。BTP-eC7的加工性能差，光伏应用不佳。这些结果表明，通过对烷基链的精细优化，可以获得优异的光伏性能。通过进一步优化供体材料和器件加工工程，如多组分共混和形貌控制，可以实现更高的PCE。相关研究以“Single-Junction Organic Photovoltaic Cells with Approaching 18% Efficiency”为题目，发表在AM上。DOI: 10.1002/adma.201908205

图1 NFA的光伏特性

ACS Nano：呼吸道口罩常用织物的气溶胶过滤效率（被引频次92）

如果出现影响呼吸系统的大流行，可能会导致对口罩的大量需求。这包括大部分公众使用的布口罩，正如当前COVID-19全球传播期间所看到的那样。然而，关于各种常用的布料口罩的性能的了解是有限的。重要的是，有必要评估10nm至10μm范围内气溶胶颗粒大小的过滤效率，这与呼吸道病毒传播特别相关。美国芝加哥大学Supratik Guha教授等人对几种常见面料进行了研究，包括棉、丝、雪纺、法兰绒、各种合成面料及其组合。尽管单层过滤对各种织物的过滤效率分别为5 ~ 80%(粒径<300 nm) 和5 ~ 95%(粒径>300 nm)，但多层过滤和不同织物特定组合的过滤效率均有所提高。棉-丝、棉-雪纺、棉-法兰绒等杂化的过滤效率为>80%(粒径<300 nm)和>90%(粒径>300 nm)。研究推测，复合材料性能的提高可能是由于机械过滤和静电过滤的共同作用。棉是布口罩最广泛使用的材料，在较高的编织密度(即纱线数量)下表现更好，并能显著提高过滤效率。研究也暗示如面具材料的配合不当会导致过滤效率下降了60%，这意味着未来布罩设计研究需要考虑 “适合”的问题,同时允许呼出的空气通风效率。总的来说，我们发现在口罩中使用的各种常用织物组合可以有效地防止气溶胶颗粒的传播。相关研究以“Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks”为题目，发表在ACS Nano上。DOI: 10.1021/acsnano.0c03252

图2 实验装置示意图

AM：石墨烯衍生物作为多功能固体添加剂助力二元有机太阳能电池具有17.3%的效率（被引频次82）

有机太阳能电池(OSCs)共混膜的形态调节是提高器件效率的关键途径。在各种策略中，固体添加剂被提出作为一种简单和新的方式来实现形态学调整。然而，很少有固体添加剂报道满足这样的期望。中科院青岛生物能源与过程技术研究所Tonggang Jiu、中科院化学所Yuliang Li及美国华盛顿大学Ke Gao教授合作，首次成功地将氯功能化石墨烯(GCl)作为一种多功能固体添加剂用于微调形貌，并提高器件效率和重现性。与控制器件15.6%的效率相比，达到了创纪录的高效率达到了17.3%，达到了认证的17.1%，同时提高了短路电流(Jsc)和填充系(FF)，展示了目前最先进的二元有机太阳能电池。引入GCl后，薄膜吸收的红移、结晶度的增强、相分离的突出、迁移率的提高以及电荷重组的减少协同作用导致了Jsc和FF的增加。此外，由于GCl的非挥发性，GCl的加入大大减少了批次间的差异，有利于大批量生产。这些结果证实了GCl对增强器件性能的有效性，证明了GCl作为多功能固体添加剂在OSCs领域的应用前景。相关研究以“Graphdiyne Derivative as Multifunctional Solid Additive in Binary Organic Solar Cells with 17.3% Efficiency and High Reproductivity”为题目，发表在AM上。DOI: 10.1002/adma.201907604

图3 设备结构示意图及性能

Anal. Chem.：光电化学传感的最新进展：从工程光敏材料到传感设备和检测模式（被引频次81）

作为电化学检测的一个重要分支，电化学传感（PEC）起步较晚，但发展迅速。近年来，关于PEC传感技术的重要性日益提高，已成为分析化学研究的热点之一。福州大学唐点平教授简要介绍了光致发光传感的基本原理，总结了光致发光传感的研究现状，重点介绍了调节光致发光传感系统性能的工程光活性材料。并以举例说明，讨论了创新的传感装置和检测模式。并对PEC传感技术的发展趋势和前景进行了展望。另外，综述更侧重于研究认为应该呈现给读者的最重要的方面和高影响的进展的总体概述。相关研究以“Recent Advances in Photoelectrochemical Sensing: From Engineered Photoactive Materials to Sensing Devices and Detection Modes”为题目，发表在Anal. Chem.上。 DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04199

图4 (A)一般的PEC传感系统示意图和(B)电子-空穴的产生和传递以及可能的重组途径

Nat. Mater.：二维反铁磁拓扑绝缘子中的鲁棒轴子绝缘体和陈绝缘体相（被引频次78）

二维材料的非平凡拓扑结构和磁性之间的复杂相互作用可以导致有趣的现象的出现，如量子反常霍尔效应。清华大学王亚愚、张金松、徐勇教授等人研究了MnBi₂Te₄的量子输运行为，在该体系中实现了陈绝缘体和轴子绝缘体这两种拓扑量子态。通过机械剥离的方法将MnBi₂Te₄单晶撕到6层，并利用微纳加工技术在Si/SiO₂衬底上制备成场效应管器件。实验发现，当费米面被调节至带隙中间，MnBi₂Te₄进入到轴子绝缘体和陈绝缘体存在的区间。在低磁场下，样品的纵向电阻高达6倍量子电阻，同时霍尔电阻表现出0级平台，这是轴子绝缘体态的重要特征。随着磁场增加，当反铁磁态转变为铁磁态时，陈绝缘体出现，样品的输运由非耗散的手性边缘态贡献，因此纵向电阻消失，而霍尔电阻达到1倍量子电阻。不同磁场下纵向电阻和霍尔电阻随着栅极电压的变化揭示了6层MnBi₂Te₄样品中轴子绝缘体态和陈绝缘体态之间的演化过程，而两种拓扑物质态之间的量子相变行为和量子霍尔液体到霍尔绝缘体的相变满足同样的临界指数规律。这项工作对于实现量子化拓扑磁电效应，以及在固体中研究轴子动力学具有重要意义。相关研究以“Robust axion insulator and Chern insulator phases in a two-dimensional antiferromagnetic topological insulator”为题目，发表在Nat. Mater.上。DOI: 10.1038/s41563-019-0573-3

图5 6层MnBi₂Te₄器件的表征

Nat. Rev. Mater.：降低钙钛矿太阳能电池中的非辐射复合能量损失（被引频次77）

钙钛矿太阳能电池制备工艺简单，成本低廉。近年来，该类太阳能电池因其快速增长的光电转换效率和逐步提升的器件稳定性，吸引了学术界和产业界的广泛关注，为光伏领域带来了新的机遇。然而，由于钙钛矿太阳能电池中存在非辐射复合损失，所以目前的光电转换效率依然低于肖克利-奎塞尔（Shockley-Queisser）理论所定义的极限效率。因此，最大化降低钙钛矿太阳能电池的非辐射复合损失是进一步提升电池器件效率的未来研究重点。在这篇综述中，北京大学朱瑞、龚旗煌院士与英国萨里大学张伟教授合作分析了钙钛矿太阳能电池中导致非辐射复合损失的主要途径，并评估了它们对器件性能的影响。然后，讨论了如何通过可靠的表征技术来估计非辐射复合损失，并强调了在减轻这些损失方面的一些显著进展，这些进展暗示了通往无缺陷钙钛矿太阳能电池的途径。最后，概述了将钙钛矿太阳能电池的效率推向辐射极限的未来工作方向。相关研究以“Minimizing non-radiative recombination losses in perovskite solar cells”为题目，发表在Nat. Rev. Mater.上。DOI: 10.1038/s41578-019-0151-y

图6 钙钛矿太阳能电池配置和记录电池参数与shockley-Queisser极限的比较

Chin. J. Catal.：石墨烯修饰增强WO₃/TiO₂阶梯结构异质结光催化制H₂活性（被引频次70）

太阳光驱动的光催化水分解制氢是利用太阳能的理想策略。然而，这种策略受到TiO₂基光催化剂光收集不足和光生电子-空穴复合率高的限制。武汉理工大学Jiaguo Yu联合香港教育大学Wingkei Ho教授等人采用一步水热法制备了石墨烯修饰的WO₃/TiO₂阶梯型异质结(S型异质结)复合光催化剂。在三元复合材料中，TiO₂和WO₃纳米粒子与还原氧化石墨烯(rGO)紧密结合，形成一种新型复合材料S型异质结。此外，复合材料中的还原氧化石墨烯不仅作为理想载体提供了丰富的吸附和催化活性位点，而且通过在TiO₂和还原氧化石墨烯之间形成肖特基结，促进了TiO₂导带的电子分离和转移。WO₃与TiO₂形成的S型异质结与TiO₂之间的正协同效应，二氧化钛和石墨烯之间形成的肖特基异质结抑制了相对有用电子和空穴的复合。这种效应也增强了光的收集，促进了活性部位的还原反应。由此可见，新型WO₃/TiO₂/rGO三元复合材料的光催化析氢速率显著提高至245.8μmol g^-1h^-1，约为纯TiO₂的3.5倍。这项工作不仅提供了低成本的石墨烯基

通过可行的一步水热法获得了s型异质结光催化剂，实现了不使用贵金属高效生成H₂，也为新型异质结光催化剂的设计提供了新的见解。相关研究以“Enhanced photocatalytic H₂-production activity of WO₃/TiO₂step-scheme heterojunction by graphene modification”为题目，发表在Chin. J. Catal.上。DOI: S1872-2067(19)63382-6

图7 WTG复合材料C 1s (a)和O 1s (b)的高分辨率XPS图

Chem. Rev：结构明确金属催化剂的演变：从纳米催化到单原子位点催化（被引频次66）

在多相催化中使用结构明确的材料将为开发先进催化剂提供许多新的机遇，以应对能源和环境方面的全球性挑战。清华大学李亚栋、牛志强研究团队发表的综述文章系统地阐述了纳米催化和单原子位点催化方面的研究成果，展示了从上个世纪以来在纳米催化领域所取得的诸多成就和近几年在单原子位点催化领域的新进展。综述讨论了纳米/单原子位点催化剂的合成策略、构效关系以及新型纳米/单原子位点催化剂在基础化学工业、精细有机化工、能源转化催化以及环境催化中的应用。相关研究以“Well-Defined Materials for Heterogeneous Catalysis: From Nanoparticles to Isolated Single-Atom Sites”为题目，发表在Chem. Rev.上。DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00311

图8 单晶表面原子的形状依赖性电子结构

ACS Sustainable Chem. Eng.：木质素-碳水化合物复合物作为抗氧化剂清除体内和体外活性氧的研究及其应用（被引频次65）

在体外，木质素-碳水化合物复合物(LCCs)显示出抗氧化的能力来清除个别的自由基，而很少有研究表明是否LCCs能有效清除细胞内和内源性活性氧(ROS)，活性氧是代谢过程中分子氧减少而产生的多重自由基。越南孙德盛大学Houman Babazadeh教授等人采用经典方法从竹子(LCCs−B-B)和杨树(LCCs−B-P)中分离出富含碳水化合物的低碳水化合物，并通过体外清除RAW 264.7细胞内ROS和体内清除斑马鱼内源性ROS来评价其抗氧化活性。成分分析结果表明，两种LCC制剂中碳水化合物(52.2%和51.2%)和木质素(44.1%和47.8%)含量相近。然而，NMR分析表明，LCCs−B-B含有16.1/100C₉的LCCs键，高于LCCs−B-P (12.3/100C₉)。抗氧化实验表明，LCCs−B-B具有较好的抗氧化活性，能够清除单个自由基。在细胞和动物模型水平上，LCCs−B-B在清除H₂O₂刺激的RAW 264.7细胞和斑马鱼体内的内源性ROS方面也优于LCCs−B-P，这可能是由于它能较好地防止氧化应激下抗氧化酶活性的降低。相关研究以“Characterization and application of lignin-carbohydrate complexes from lignocellulosic materials as antioxidant for scavenging in vitro and in vivo reactive oxygen species”为题目，发表在ACS Sustainable Chem. Eng.上。DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b05290

图9 LCCs-B-B和LCCs-B-P的DPPH自由基清除能力(a)和O₂^•−自由基清除能力(b)

Nat.Commun.：锂离子电池正极材料发展的思考（被引频次64）

近30年来，锂离子电池推动了便携式电子革命。其正在推动汽车电气化，并开始进入公用事业。锂离子电池的出现和主导地位是由于其能量密度比其他可充电电池系统高，这得益于高能密度电极材料的设计和开发。近日，德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授系统的总结了锂离子电池及其正极材料的发展，该文旨在推动对锂离子电池正极材料化学的发展历程进行深入的考察和反思。本文就基础研究如何促进三大类锂离子电池氧化物阴极的发现、优化和合理设计进行了反思，并对这一重要领域的未来进行了展望。相关研究以“A reflection on lithium-ion battery cathode chemistry”为题目，发表在Nat. Commun.上。DOI: 10.1038/s41467-020-15355-0

图10 紧密排列的氧化物中具有较低能垒的锂扩散途径

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本文由Junas供稿。

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