2020年，国内学者NS发文大爆发！
不平凡的2020年终于过去了。在这特殊又艰难的一年，有一批科研人员从未停下前进的脚步。从Nature、Science发文来看，这一年我国科研人员可谓硕果累累。中国高校的N&S总发文数达到了首度突破了单年度150篇的大关，有超过60所内地高校作为通讯作者单位在N&S发表至少一篇文章，其中材料相关领域发文40余篇。
6月份，我们盘点过2020上半年材料、化学领域国内作者NS发文情况（从半年nature science发文来看 国内科研竞争激烈程度已进入地狱级），这篇文章继续为大家梳理下半年国内单位NS文章。
Nature
1. 北京大学&厦门大学Nature：表面配位层钝化铜氧化过程
北京大学的江颖以及厦门大学的傅钢、郑南峰（共同通讯作者）等人发现，在甲酸钠存在下，利用溶剂热处理的铜能够在其表面进行晶体重构并形成超薄的表面配位层。在此前的研究中，该联合团队已经发现利用甲酸盐作为还原剂能够通过溶剂热方法合成可在空气中稳定存在的铜纳米片。而此次的研究不仅揭示了这一表面改性策略可以赋予铜在空气、盐雾以及碱性条件的抗氧化性能，还发现表面改性并不会影响铜的热/电导率。此外，研究还引入了烷硫醇配体与缺陷位点进行配位，从而能够进一步提高铜表面的抗氧化性能。最后，研究还阐释了这一温和的改性方式使用于制备各种形式（包括箔、纳米线、纳米颗粒等）的空气稳定铜材料。因此，研究人员也期待该项工作发展的新型表面钝化技术能够进一步拓展铜的工业应用。2020年10月14日，相关成果以题为“Surface coordination layer passivates oxidation of copper”的文章在线发表在Nature上。
2. 武大&上科大Nature:MOF基复合材料实现高效二氧化碳光还原
武汉大学的邓鹤翔、Ling Zan以及上海滚球体育 大学的Osamu Terasaki（共同通讯作者）等人创造了一种新型的MOF内“分子隔间（molecular compartments）”材料。研究人员在MIL-101及其衍生物的孔结构内生长二氧化钛，从而构建具有了分子隔间的MOF基复合材料。研究显示，这一隔间能够促进光吸收/电子生成的二氧化钛单元与具有催化性能的MOF金属簇产生协同作用，从而实现光催化二氧化碳还原过程以产生氧气。在这一复合材料中，二氧化碳光还原的量子效率甚至可以高达11.3%（350nm光源处），表明二氧化钛在MOF体系中的精确定位能够有效提升二氧化钛的活性。2020年09月09日，相关成果以题为“Filling metal–organic framework mesopores with TiO2for CO2photoreduction”的文章在线发表在Nature上。
文献链接：Filling metal–organic framework mesopores with TiO2for CO2photoreduction（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2738-2）
3. 华东师范大学Nature：在分子链中打出多种结
尽管在DNA和蛋白质中可以发现结，并在其他长聚合物链中随机形成，但是在合成的纳米级链中却缺乏将不同种类的结系在一起的方法。高对称的分子结以前是通过非共价相互作用来组装和缠绕分子链而合成的，但在这种情况下，模板或链结构本质上决定了拓扑，这意味着通常只有一种类型的结是可能的。华东师范大学李大为（David A. Leigh）教授团队首次实现了利用单一分子股线通过模拟分子伴侣蛋白诱导蛋白折叠的过程，构筑了三种不同的分子拓扑结构，这一过程完全区别于该领域以前所报道的一种合成方法对应一种拓扑结构的策略，大大拓展了分子拓扑学在未来研究拓扑类蛋白功能及构象关系的潜力。所得到的三种拓扑结构中，存在对称度较低的52结这一结结构，这也是首次报道该拓扑结构的合成策略。将纳米尺度的链连接成不同的结的能力为探索合成低聚物、聚合物和超分子的结构和性质的改变提供了机会。相关研究以“Tying different knots in a molecular strand”为题目，发表在Nature上。
文献链接：Tying different knots in a molecular strand（Nature, 2020,DOI: 10.1038/s41586-020-2614-0）
4. 长春应化所Nature：稳定的室温二维钙钛矿光泵浦连续波激光
有机-无机卤化铅准二维(2D)钙钛矿由于其成本低、颜色可调、优异的稳定性和溶液处理能力，是一种很有前途的激光应用获取介质。在高密度集成光电器件中，光泵浦连续波（CW）激光被广泛应用，是实现电泵浦激光的关键一步。然而，由于连续波光泵浦下的激光突然终止现象(lasing death)，在室温下的连续波激光还没有实现，其原因尚不清楚。在这里，中科院长春应用化学研究所秦川江研究员和日本九州大学Chihaya Adachi教授等人研究了具有不同有机阳离子的基于卤化铅的准2D钙钛矿膜，并观察到长寿命的三态激子在放大自发发射和光泵浦脉冲和连续波激光中显著地阻碍了粒子数反转。研究结果表明，单线态三重态激子湮没是导致激光死亡的一种可能的内在机制。通过使用具有高质量因子的分布式反馈腔，并应用三重态管理策略，可以在室温下在空气中连续光泵浦下获得稳定的准2D钙钛矿绿色准激光器。相关研究以“Stable room-temperature continuous-wave lasing in quasi-2D perovskite films”为题目，发表在Nature上。
文献链接：Stable room-temperature continuous-wave lasing in quasi-2D perovskite films（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2621-1）
Science
1. 清华Science:金属3D打印技术取得重大研究进展
清华大学的赵沧、卡内基梅隆大学的Anthony D. Rollett和弗吉尼亚大学大学的Tao Sun（共同通讯作者）等人利用告诉X射线成像技术对锁孔形成进行了细致的观测。研究介绍，高速X射线能够在Ti-6Al-4V合金中对由锁孔尖端的临界失稳所造成的孔结构进行原位观测。而经过观测，研究发现处于power-velocity空间的锁孔孔隙展现出了尖锐、平滑的边界形貌。研究表示，临界锁孔失稳现象能够在熔化槽产生声波，从而为锁孔附近的孔提供额外但关键的驱动力，使其运动原理锁孔并最终成为缺陷。因此，研究认为对孔隙缺陷形成的理解为避免孔隙产生从而构建高质量金属部件提供了路线图。2020年11月27日，相关成果以题为“Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting”的文章在线发表在Science上。
文献链接：Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abd1587）
2. 浙大&中科院植物所最新Science:观测绿色硫属细菌中光合作用复合物结构
近日，中科院植物所的匡廷云院士、Jian-Ren Shen和浙江大学的张兴（共同通讯作者）等人利用冷冻电镜技术确定了绿色硫细菌Chlorobaculum tepidum中FMO- GsbRC超复合物结构。在这一结构中，GsbRC结合了叶绿素[(B)Chls]，并且(B)Chls的组织与II型光系统类似。不仅如此，与常见的反应中心不同，GsbRC中的BChl层不是通过Chls连接，而是与类胡萝卜素衍生物相关联。此外，研究也发现FMO的BChls与GsbRC相距在22-33埃范围，与其低效的能量转移一致。这一研究发现超复合物结构同时具有I型和II型反应中心的特征，为光合作用反应中心的演变提供了新的理解。2020年11月20日，相关成果以题为“Architecture of the photosynthetic complex from a green sulfur bacterium”的文章在线发表在Science上。
文献链接：Architecture of the photosynthetic complex from a green sulfur bacterium（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abb6350）
3. 中科院金属所卢柯团队Science:铜金属中的新型亚稳态结构—可维持高温下的金属强度
中科院金属研究所的卢柯、李秀艳（共同通讯作者）等人通过实验和分子动力学模拟在多晶纯铜中发现了一种新型的亚稳态类型。研究显示，当晶粒尺寸减小到几个纳米尺度时，孪晶界网络能够限制约束多晶体中的晶界，使其演变成三维的最小界面结构。在这一多晶结构中，即便温度升高到熔点附近，晶粒粗化现象依然可被有效抑制，保证其强度不会大幅下降（依然接近铜的理论值）。因此，文章认为这一研究为纳米金属稳定化探索了新的途径。2020年11月13日，相关成果以题为“Constrained minimal-interface structures in polycrystalline copper with extremely fine grains”的文章在线发表在Science上。
文献链接：Constrained minimal-interface structures in polycrystalline copper with extremely fine grains（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abe1267）
4. 中科院物理所Science：指导钠离子电池层状氧化物电极的设计制备
近日，中国科学院物理研究所陆雅翔副研究员、胡勇胜研究员联合哈佛大学Alán Aspuru-Guzik教授、波尔多大学Claude Delmas教授、代尔夫特理工大学Marnix Wagemaker教授等人通过引入了“阳离子势”来表征层状材料的关键相互作用，使得预测堆叠结构成为可能。通过合理设计和制备具有改善性能的层状电极材料可以证明堆叠结构决定功能性能的特点，此方法为碱金属层状氧化物的设计提供了有效的解决方案。该文章近日以题为“Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries”发表在知名期刊Science上。
文献链接：Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries(Science,2020, doi: 10.1126/science.aay9972)
5. 中科大Science：黑磷复合材料助力锂离子电池快充技术
中国科学技术大学季恒星教授与加州大学洛杉矶分校段镶锋教授联合在新型锂离子电池电极材料研究方面取得了重大突破：通过采用“界面工程”策略将黑磷和石墨通过共价键连接在一起，在稳定材料结构的同时提升了黑磷石墨复合材料内部对锂离子的传导能力。通过将轻薄的聚合物凝胶做成防尘外衣“穿”黑磷石墨复合材料的表面，使得锂离子可以顺利进入电极材料。结果表明，电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量，2000次循环后认可保持90%的容量。该全新设计的黑磷复合材料使兼具高容量、快速充电且长寿命的锂离子电池成为可能。该文章近日以题为“Black phosphorus composites with engineered interfaces for high-rate high-capacity lithium storage”发表在知名期刊Science上。
文献链接：Black phosphorus composites with engineered interfaces for high-rate high-capacity lithium storage(Science, 2020, doi: 10.1126/science.aav5842)
6. 华中科大Science：用于低热回收的增强型液体热电池
华中滚球体育 大学周军团队利用温敏结晶工艺，在不破坏σ的情况下，显著提高Seebeck系数（Se），抑制热导率（κ），使LTCs在室温附近的卡诺相关效率（ηr）高达11.1%。因此，获得的LTCs的成本-性能指标大幅降低，并与当前发电技术相媲美，这表明它具有廉价和高效收集低温废热能的潜力。该文章近日以题为“Thermosensitive crystallization–boosted liquid thermocells for low-grade heat harvesting”发表在知名期刊Science上。
文献链接：Thermosensitive crystallization–boosted liquid thermocells for low-grade heat harvesting(Science, 2020, doi: 10.1126/science.abd6749)
7. 中科院金属所Science：二维材料薄膜质子快速传输最新进展
中国科学院金属研究所的成会明院士与任文才研究员(通讯作者)团队报道了在空位诱导二维材料薄膜中质子快速传输应用方面取得的重要进展。他们提出了一种新型的含过渡金属空位的过渡金属磷硫化物（CdPS3）纳米片自组装薄膜，Cd空位的存在使得薄膜具有超高的质子传输性能，克服了传统二维材料薄膜质子交换率性能远低于商用Nafion薄膜的缺点以及Nafion薄膜在高温（＞80°C）、低湿度下脱水引起质子传输率降低等问题。其中，在90℃、98%相对湿度条件下，Cd0.85PS3Li0.15H0.15薄膜的质子传输率高达0.95 S cm-1，是目前已报道的水相质子传输材料中性能最高的。这种性能主要是由于Cd空位的存在，为质子传输贡献了大量的质子，质子易脱附，保持薄膜良好的亲水性，以及低质子传输活化能等特点。在此基础上，还发展了Cd0.85PS3Li0.3和Mn0.77PS3Li0.46两种高性能锂离子传输薄膜。该工作不仅设计了一种新型的、含Cd空位的具有超高的质子、锂离子传输率二维CdPS3薄膜，还验证了含空位的过渡金属磷硫化物薄膜具有高离子传输性能的普适性，而且为离子传输薄膜大家族增添了新的成员，为设计新型离子传输薄膜提供了新的思路。相关研究成果以“CdPS3nanosheets-based membrane with high proton conductivity enabled by Cd vacancies”为题于2020年10月30日在线发表于Science上。论文第一作者为钱希堂博士。
文献链接：CdPS3nanosheets-based membrane with high proton conductivity enabled by Cd vacancies（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abb9704）
8. 清华大学魏飞&张如范Science：揭秘厘米级碳纳米管的抗疲劳性的最新检测技术
清华大学魏飞教授与张如范教授（共同通讯作者）合作开发了一种非接触声共振测试系统（ART），使用化学气相沉积来生长厘米级的碳纳米管。然后，使用二氧化钛纳米粒子装饰这些纳米管以进行光学可视化，发现碳纳米管疲劳寿命取决于应变时初次缺陷的形成，并且在较低温度下疲劳寿命更高。具体来讲，具有不同手性的CNT在共振中显示出不同的颜色，因此，具有沿其轴向方向发生结构或手性变化的单个CNT将在该方向上显示颜色变化。设计了配备纳米探针系统的非接触声共振测试（ART）系统，以研究各个CNT的机械性能。作者将TiO2纳米颗粒沉积到悬浮的CNT上，以使其可视化，并控制其共振频率，这是通过改变弦线密度来实现的。通过改变TiO2在CNT上的量，从而实现共振频率从MHz降低到数百Hz。通过从由数字信号发生器控制的扬声器发出低频声波来激发共振振动。与使用电子显微镜的普通纳米材料测试系统不同，本文ART系统在环境条件下不仅避免了由电子束引起的缺陷形成的可能性，而且还可以测试数量级更长的样本。相关研究成果以“Super-durable ultralong carbon nanotubes”为题于2020年8月28日发表在Science上。
文献链接：“Super-durable ultralong carbon nanotubes”(Science，2020，DOI:10.1126 / science.aay5220 )
9. 中科院金属研究所任文才团队Science：具有普适性的层状二维材料MoSi2N4的化学气相沉积生长策略
中科院金属研究所任文才团队（通讯作者）在非层状氮化钼（MoN2）化学气相沉积生长（CVD）过程中引入了元素硅（Si），可以钝化非分层2D MoN2的表面，从而使得MoSi2N4的厘米级单层膜得以生长。该单层由N-Si-N-Mo-N-Si-N的原子层构成，可以看作MoN2层夹在两个Si-N双层之间。由此制备出的材料表现出带隙约为1.94 eV的半导体性能，约为66 GPa的高强度以及出色的环境稳定性。同时通过密度泛函理论计算预测了此类单层结构二维层状材料的大家族，包括半导体，金属和磁性半金属材料。相关研究成果以“Chemical vapor deposition of layeredtwo-dimensional MoSi2N4materials”为题于2020年8月7日在线发表于Science上。
文献链接：“Chemical vapor deposition of layeredtwo-dimensional MoSi2N4materials”(Science，2020，10.1126/science.abb7023)
10. 上海交大&上硅所&克莱姆森大学最新Science: 半导体材料中的“变形金刚”
中科院上海硅酸盐研究所的陈立东、美国克莱姆森大学的Jian He以及上海交通大学的史迅（共同通讯作者）等人联合报道了在二维硒化铟中发现超塑性变形能力（superplastic deformability）。研究发现，相比于多晶的硒化铟半导体，块体单晶硒化铟能够被数量级水平地进行压缩，从而可以在室温下演变成莫比乌斯带或者结构简单的类折纸形态。研究认为，在长程铟-硒库仑作用以及软性层内铟-硒键合的介导下，二维半导体会发生层间滑动（interlayer gliding）和跨层的位错滑移（dislocation slip）现象，最终导致了这一超常的可塑性行为。此外，研究人员还设计了一种综合性的可变形指标，可以对候选块体半导体进行预筛选，以此作为下一代可变形/柔性电子器件的潜在材料。2020年07月30日，相关成果以题为“Exceptional plasticity in the bulk single-crystalline van der Waals semiconductor InSe”的文章在线发表在Science上。
文献链接：Exceptional plasticity in the bulk single-crystalline van der Waals semiconductor InSe（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aba9778）
11. 香港城市大学Science: 兼具强度和延展性能的超晶格合金
香港城市大学的刘锦川（通讯作者）等人发表文章发现纳米尺度的无序界面能够有效解决高强度合金的低延展性和晶粒粗化问题。研究发现，当在镍钴铁铝钛合金中掺杂少量硼元素后能够显著提高合金的强度。更重要的是，相邻的微米级超晶格晶粒之间因为多元素共分离（multielement cosegregation）而形成了独特的纳米层，从而驱动界面无序化。这一纳米层通过增强位错的迁移来避免脆性颗粒间断裂，赋予材料更优异的延展性能。检测显示，这一超晶格材料在室温下具有高达1.6吉帕的强度以及25%的拉伸延展性。与此同时，在升温的过程中该合金的晶粒粗化现象也极少出现。因此，研究认为设计新型纳米层为优化合金性能提供了新的方法。2020年07月24日，相关成果以题为“Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces”的文章在线发表在Science上。
文献链接：Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abb6830）
12. Science：半导体异质结构中场致金属态实现的质子传输
在中国地质大学(武汉)朱斌教授和宋怀兵教授（共同通讯作者）团队等人带领下，与湖北大学、华中滚球体育 大学、厦门大学、中国科学院高能物理研究所和英国拉夫堡大学合作，提出一种通过NaxCoO2/CeO2半导体异质结构设计增强质子导体的方法，其中界面处的场致金属态会加速质子传输。 团队开发了一种质子陶瓷燃料电池，在520℃时的离子电导率为0.30 S cm-1，输出功率为1 W/cm2。通过半导体异质结构方法，团队的研究结果提供了对质子传输机制的深入了解，这也可能改善其他能源应用中的离子传输。相关成果以题为“Proton transport enabled by a field-induced metallic state in a semiconductor heterostructure”发表在了Science。
文献链接：Proton transport enabled by a field-induced metallic state in a semiconductor heterostructure（Science，2020，DOI:10.1126/science.aaz9139）
13. 南京大学Science：基于超透镜阵列的高维多光子量子源
在南京大学王漱明教授、张利剑教授、王振林教授、祝世宁院士和香港理工大学蔡定平教授（共同通讯作者）团队等人带领下，与中国科学技术大学、台湾国立联合大学、国立台湾大学合作，通过将单超透镜阵列与非线性晶体集成，在10×10阵列中演示了100个路径自发参量下转换光子对源，显示了高维纠缠和多光子态产生的前景。同时演示了两维、三维和四维超透镜编码的不同相的双光子路径纠缠，其精确度分别为98.4%、96.6%和95.0%。此外，观察到四光子和六光子的产生，不同超透镜产生的光子具有很高的不可分辨性。基于超透镜阵列量子光子源结构紧凑、稳定、可控，为集成量子器件提供了一个新的平台。相关成果以题为“Metalens-array–based high-dimensional and multiphoton quantum source”发表在了Science。
文献链接：Metalens-array–based high-dimensional and multiphoton quantum source（Science，2020，DOI:10.1126/science.aba9779）
14. 复旦大学Science：化学计量反应控制的自限性纳米粒子定向键合
分子可以表现出单个原子所不具备的性质，与此相似，由无机纳米粒子精准组装形成的、具有精确空间构型的粒子团簇（又称之为胶体分子）能够表现出单个纳米粒子所不具备的更为丰富特殊的性能。原子可以通过轨道杂化原理形成结构精确的分子；对无机纳米粒子而言，其定向组装的策略则尚需探索。有鉴于此，复旦大学聂志鸿教授团队报导了一种简单又新颖的思路，可以高产率地制备目标胶体分子。结果表明，对于包覆互补反应聚合物的纳米粒子，化学计量反应导致均匀配体外壳的重组和纳米粒子自限键，而胶体键之间的静电排斥支配着粒子团簇对称。这一机制使产生高产量的胶体分子和可编程组织在分层纳米结构。研究工作弥补了发生在原子水平上的共价键和发生在两个数量级上的胶体键之间的差距，拓宽了纳米材料制造的方法。相关研究以“Self-limiting Directional Nanoparticle Bonding Governed by Reaction Stoichiometry”为题目，发表在Science上。
文献链接：Self-limiting Directional Nanoparticle Bonding Governed by Reaction Stoichiometry（Science，2020，DOI: 10.1126/science.aba8653）
盘点如有疏漏之处，欢迎大家补充。最后祝各位在新的一年里工作顺利，科研更上一层楼！
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