上半年国内发表Nature、Science汇总 哪个学校发得最多？

转眼间，2021年已经过半，是时候盘点一波各单位Nature&Science发文量KPI。本文汇总了上半年国内科研单位在Nature&Science上发的材料领域文章。这半年，材料领域的国内学者共发表了Science21篇，Nature9篇。其中浙江大学以5篇Science，1篇Nature的数量遥遥领先，清华大学手持1篇Science，两篇Nature紧随其后。

下面为大家梳理一下这30篇文章的内容。

Science

1.北大Science: “播种”二维晶体

在硅电子技术中实现对二维范德华半导体的集成通常要求生产大规模、均一以及高度晶化的薄膜。然而，二维材料的原子级厚度使得其合成很大程度上依赖于基底的表面性质，因此目前大多数制备块体单晶的方法都无法用来制造大尺寸二维半导体单晶。针对这一问题，北京大学的叶堉（通讯作者）等人通过固固相转变和重结晶过程，开发了一种二维单晶的无缝外延生长法，可在非晶绝缘基底上成功制备晶圆级范德华2H二碲化钼半导体。在这一制备过程中，研究人员首先在非晶绝缘晶片中心精心植入单核，并由此触发2H二碲化钼半导体的横向扩张。由此得到的单晶薄膜可完全覆盖2.5厘米级晶片，同时还具有非常有益的均一性。不仅如此，这一制备得到的半导体薄膜还可以自身微模板，进一步进行垂直模式的快速外延。器件研究表明，基于这一2H二碲化钼单晶制造的晶体管阵列展现出了良好的电学性能以及100%的器件产率。综合研究成果，作者认为该工作为范德华二维半导体的工业化提供了新的思路和可能性。这一研究打破了对硼基催化剂的传统认知，为丙烷有氧脱氢制丙烯的工业化提供了新的思路。2021年04月09日，相关成果以题为“Seeded 2D epitaxy of large-area single-crystal films of the van der Waals semiconductor 2H MoTe₂”的文章在线发表在Science上。

文献链接：Seeded 2D epitaxy of large-area single-crystal films of the van der Waals semiconductor 2H MoTe₂（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abf5825）

2.浙大高超&西安交大刘益伦最新Science：石墨烯氧化物基纤维的可逆融合和裂

在浙江大学高超教授和西安交通大学刘益伦教授（共同通讯作者）团队等人带领下，提出了一种溶剂触发的形貌调控策略来实现可逆的融合和裂变。选择GO（GO）纤维作为模型，因为它具有二维（2D）拓扑结构、丰富的化学分子、超柔性和自粘接能力。在膨胀后，湿法纺丝的GO纤维具有一个外壳（最外层），限制了内部GO薄片的运动，并显示出溶剂触发的大体积变化和弹性变形能力。在水和极性有机溶剂的刺激下，纤维壳的形貌通过膨胀和溶胀在皱褶的管状状态和扩展的圆柱状状态之间可逆地切换，从而引起瞬时的纤维界面，导致任意数量的GO纤维的循环自融合和自裂变。在每个循环中，GO纤维的数量、大小、组成、结构和性能在裂变后都得到了恢复，显示了融合和裂变的精确可逆性。相关成果以题为“Reversible fusion and fission of graphene oxide–based fibers”发表在了Science。

文献链接：Reversible fusion and fission of graphene oxide–based fibers（Science，2021，DOI:10.1126/science.abb6640）

3.浙大&中科院物理所Science:控制界面超导性

利用电场控制超导性不论是对于基础研究还是未来应用都是极具吸引力的。而与半导体场效应管类似，超导体的二维载流子密度n_2D能够通过外源的栅电压（gating voltage V_G）来进行调控。然而，对于大多数超导体来说，n_2D值都非常高且远超过典型电选通的容量（~10¹⁴cm⁻²或更低），使得控制超导性成为了巨大的挑战。中科院物理所的Jirong Sun、Yi Zhou和浙江大学谢燕武（共同通讯作者）团队利用LaAlO₃和 KTaO₃(111)（LAO/KTO(111)）之间的氧化物界面可展现出超导态这一现象，通过施加穿过KTaO₃的V_G，来实现从超导到绝缘态的连续调控，同时还产生了圆顶型T_c-V_G相关性（为转变温度）。研究显示，电选通对载流子密度作用较小，但对迁移具有比较大的影响。研究认为这一对迁移行为调控主要是由于载流子在界面的空间状态发生变化，即产生“有效的无序性”。这一工作表明LaAlO₃/ KTaO₃(111)可作为理想平台，以探索无序二维超导体中的丰富物理现象。2021年05月14日，相关成果以题为“Electric field control of superconductivity at the LaAlO3/KTaO3(111) interface”的文章在线发表在Science上。

文献链接：Electric field control of superconductivity at the LaAlO3/KTaO3(111) interface（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abb3848）

4.南航顾冬冬Science：材料-结构-性能一体化的激光金属增材制造

在南京航空航天大学顾冬冬教授（通讯作者）团队等人带领下，提出了材料-结构-性能一体化增材制造（MSPI-AM）的整体概念，将MSPI-AM定义为通过集成多材料布局和创新结构，一步制造一体式金属组件的过程，目的是主动实现设计的高性能和多功能。在需要实现的性能或功能的驱动下，MSPI-AM方法能够并行设计多种材料、新结构和相应的印刷工艺，并强调它们的相互兼容性，为激光-金属AM的现有挑战提供了一个系统的解决方案。MSPI-AM由两个方法论概念定义：“在正确的位置打印正确的材料”和“为独特的功能打印独特的结构”。在单个打印部件中对微观和宏观结构进行工程设计的方法越来越有创意，这导致了使用AM来生产多材料的更复杂的结构。现在，设计和打印具有空间变化的微结构和性能的多材料组件（如纳米复合材料、原位复合材料和梯度材料）是可行的，进一步使功能结构与电子集成在激光打印单体组件体积内成为可能。这些复杂结构（如整体式拓扑优化结构、仿生结构、多尺度分层晶格或细胞结构）在力学性能和物理/化学功能方面都取得了突破。高性能和多功能的主动实现需要跨尺度的协调机制（即从纳米/微尺度到宏观尺度）。相关成果以题为“Material-structure-performance integrated laser-metal additive manufacturing”发表在了Science。

文献链接：Material-structure-performance integrated laser-metal additive manufacturing（Science，2021，DOI:10.1126/science.abg1487）

5.武汉理工大学Science：以碘化铅生长为模板的无甲胺钙钛矿大面积印刷制备

钙钛矿光伏技术近年来发展迅速，其光电转换效率已突破25%，可与晶硅太阳能电池相媲美，而且可通过溶液法制备，生产成本低，因此具有巨大的应用潜力。然而，影响钙钛矿太阳能电池产业化的主要障碍之一是电池制备成大面积组件后，光电转换效率相比小面积电池大幅降低。如何制备高质量大面积钙钛矿吸光层薄膜是目前面临的一个主要技术挑战。如果能够像印刷报纸一样快速连续生产高质量低缺陷的钙钛矿吸光层薄膜，这将是对传统光伏产业技术的一个重大革新。武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室程一兵院士团队的主要研究方向是开发大面积钙钛矿电池的制备技术。近日，团队黄福志研究员在大面积高效稳定钙钛矿太阳能光伏组件的印刷制备技术方面取得重要突破。通过对杂化钙钛矿及其溶剂结晶相成核结晶生长过程的深入研究，发现在钙钛矿成膜过程中必须抑制钙钛矿溶剂相的不可控生成以得到致密薄膜。本文通过在CsFA纯碘钙钛矿DMF前驱体中引入与铅元素摩尔比1:1的N-甲基吡咯烷酮（NMP）, 在前驱体中诱导PbI₂·NMP溶剂络合相优先成核并脱溶，从而抑制钙钛矿-DMF中间相及其相应枝状晶的形成。这样，在一步法钙钛矿成膜过程中，PbI₂·NMP溶剂络合相首先形成一个模板，同时使有机胺盐均匀地沉积在PbI₂·NMP溶剂络合相四周，再通过随后的加热过程实现原位钙钛矿反应，得到致密的大面积钙钛矿薄膜。该方法不需要反溶剂处理，可一步印刷成膜，结合KPF₆和2D钝化，制备的小器件电池效率达到23.2%， 未封装器件在空气环境85°C下500小时后仍可维持80%的效率。通过狭缝挤出印刷技术可以印刷制备钙钛矿电池模组，5 cm × 5 cm小组件（有效面积17.1 cm²）和10 cm × 10 cm小组件（有效面积65 cm²）分别取得20.42%和19.54%的效率。

文献链接：https://science.sciencemag.org/content/372/6548/1327

6.Science：浙大实现仿生人工牙齿制备！

无机材料，特别是矿物和陶瓷，在现代社会中扮演着重要的角色，但是它们的整体的制造是一个巨大的挑战。实际上，许多无机材料是以粉末形式生产的，然后通过压制和烧结进行固结。然而，通过烧结处理，颗粒间的质量传递往往不足，在大块材料中无法实现完全的颗粒融合，颗粒边界仍然存在。由于内部不连续性，烧结无机块体的性能不理想，特别是在机械强度方面。在自然界中，生物有机体如海胆和球虫可以产生具有连续结构和灵活形态的无机骨骼。因此，这些无机骨架由于其结构的完整性而优于人工骨架。越来越多的证据表明，这些生物有机体使用无定形粒子作为前体，通过粒子-粒子融合产生骨骼。近日，浙江大学唐睿康教授团队受大自然的启发，制造出一颗仿生的碳酸钙“牙齿”。他们通过调控结构水含量与外部压力，将数百纳米尺度的无定形碳酸钙颗粒成功融合为毫米尺度的具有连续结构的宏观块体材料，块体透明，机械性能与单晶方解石相近。该文章近日以题为“Pressure-driven fusion of amorphous particles intointegrated monoliths”发表在知名期刊Science上，第一作者是浙大化学系博士生慕昭和孔康任，通讯作者是浙大化学系刘昭明研究员和唐睿康教授。

文献链接：Pressure-driven fusion of amorphous particles into integrated monoliths(Science,2020, doi: 10.1126/science.abg1915)

7.港大校长Science:原子级晶体管

在自然界中，细胞通过特殊的通道来快速门控离子流，是许多生物学过程的关键所在。基于原子级过滤器，这些生物离子通道能够快速、选择性地门控离子，从而维持重要的生命功能。尽管已有研究报道在纳观通道中实现了离子输运，但在原子级通道中完成门控快速、高选择的离子扩散依然极具挑战。针对这一挑战，香港大学校长张翔（通讯作者）团队报道了一种能够展现出超快、选择性离子输运行为的原子级离子晶体管。研究人员从还原石墨烯氧化物单片中制备了高度仅有3埃的石墨烯通道，并在该通道中实现电场门控技术来实现并控制超快、高选择性的离子输运。进一步检测表明，该通道的离子扩散系数比在水中的扩散系数高两个数量级。不仅如此，由于水合离子插入在该通道中存在临界能垒，因此该离子通道还展现出了阈值行为。原位光学测量则显示，该通道的超快离子输运很有可能来源于离子的高度密堆积以及其在通道中的协调运动能力。这一研究不仅为生物系统中的快速离子筛选提供了新的理解，也为高度可控、超快离子输运在离子电池、海水脱盐、医学透析等方面的应用提供了崭新的策略和思路。2021年04月30日，相关成果以题为“Atomic-scale ion transistor with ultrahigh diffusivity”的文章在线发表在Science上。

文献链接：Atomic-scale ion transistor with ultrahigh diffusivity（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abb5144）

8.浙江大学肖丰收领衔Science:孤立的硼助力丙烷脱氢反应

中科院武汉物理与数学研究所的郑安民和浙江大学的孟祥举、王亮以及肖丰收（共同通讯作者）等人联合研发了新型催化剂，在丙烷有氧脱氢中展示出了高活性和高选择性的特点。研究人员发现，在硼硅酸盐沸石分子筛中硼周围的硅氧物种会与之配位，形成孤立的硼。这种硼中心具有硼双羟基结构，并与邻近的双硅羟基形成–B[OH…O(H)–Si]₂配位。在丙烷脱氢反应中，硼双羟基与其中一个硅羟基协同活化丙烷和氧气，从而形成稳定的中间体并在随后转化为丙烯，这一反应能垒优于单硼羟基结构，因此该催化剂的催化性能显著提升。此外，Si-O-B键在反应过程中会发生可逆水解-缩合，能够有效抑制分子筛的脱硼形成硼酸，提高了催化剂的稳定性。这一研究打破了对硼基催化剂的传统认知，为丙烷有氧脱氢制丙烯的工业化提供了新的思路。2021年04月02日，相关成果以题为“Isolated boron in zeolite for oxidative dehydrogenation of propane”的文章在线发表在Science上。

文献链接：Isolated boron in zeolite for oxidative dehydrogenation of propane（Science, 2021, DOI: 10.1126/science. abe7935）

9.黄维院士Science：在室温高湿条件下稳定黑相甲脒钙钛矿的形成

在南京工业大学、西北工业大学、南京邮电大学黄维院士和南京工业大学陈永华教授（共同通讯作者）团队等人带领下，报道了一种稳定的黑相α-FAPbI₃的合成，在其制备过程中对环境条件不敏感。以离子液体甲酸甲胺（MAFa）为原料，制备了垂直取向的碘化铅（PbI₂）薄膜。与常用溶剂N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）不同，MAFa溶剂通过C=O···Pb螯合和N-H···I氢键与PbI₂的强相互作用，促进了PbI₂相对于底物的垂直生长。甲脒碘（FAI）可以通过原位形成离子通道进入PbI₂薄膜，显著降低了薄膜的形成能垒。无论RH（20 ~ 90%）和温度（25°~ 100°C）， α-FAPbI₃都能快速转变为稳定的黑相α-FAPbI₃。团队在环境空气中实现了大于24%的PCE，在充氮手套箱5000小时可以保持93%的初始效率，热稳定性达500小时（在85°C保持80%的初始效率），稳定连续光胁迫下（在最大功率点运行500小时后，仍保持了90％的初始效率）。相关成果以题为“Stabilizing black-phase formamidinium perovskite formation at room temperature and high humidity”发表在了Science。

文献链接：Stabilizing black-phase formamidinium perovskite formation at room temperature and high humidity（Science，2021，DOI:10.1126/science.abf7652）

10.中科大Science: 分布裁剪碳-氟键

加州大学洛杉矶分校的的Kendall N. Houk和中科大的汪义丰（共同通讯作者）等人受到生物合成DNA过程的启发，发现通过自旋中心转移机制可以用于三氟乙酸衍生物的碳-氟键断裂。基于此，研究人员将含三氟甲基的三氟乙酰胺或者三氟乙酸酯等和路易斯碱-硼烷化合物等混合形成反应体系。通过加热，反应体系产生路易斯碱-硼自由基，随后与三氟甲基分子作用并发生自旋中心转移，从而在消除氟离子的同时生成二氟甲基自由基。同理，进一步发生自旋中心转移反应可获得单氟甲基自由基。这些自由基可进一步反应，最终生成双氟或者单氟有机物。该工作认为，研究从成本低廉的三氟乙酸衍生物出发，高效可控合成了双氟/单氟化合物，发展了一种制备含氟有机化合物的新途径。2021年03月19日，相关成果以题为“Sequential C–F bond functionalizations of trifluoroacetamides and acetates via spin-center shifts”的文章在线发表在Science上。

文献链接：Sequential C–F bond functionalizations of trifluoroacetamides and acetates via spin-center shifts（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abg0781）

11.清华大学Science: “搅动”铁电聚合物

清华大学的南策文和沈洋（共同通讯作者）等人在P(VDF-TrFE)铁电聚合物中发现了自组织的环形拓扑纹理，其展现出了具有反耦合手性畴（anticoupled chiral domains）的同心圆拓扑结构。研究发现，弹性能、电能和梯度能的相互作用导致了与聚合物链正交的极化的旋转和环形组装，同时还能诱导沿着聚合物链的弛豫行为。这一环形极化拓扑引起了极化远红外波的周期性吸收，可实现在介观尺度上对太赫兹波进行操纵。研究认为，这一发现不仅能够为柔性铁性体材料的设计提供指导，还能为发展具有多刺激转变性质的柔性电子器件提供新的机会。2021年03月05日，相关成果以题为“Toroidal polar topology in strained ferroelectric polymer”的文章在线发表在Science上。

文献链接：Toroidal polar topology in strained ferroelectric polymer（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abc4727）

12.中科大&大连化物所 Science:揭示电子角动量对反应动力学的影响

中科大的王兴安和中科院大连化物所的杨学明、孙志刚（共同通讯作者）等人合作研究了具有分波共振的F+HD反应的动力学过程，并首次发现电子角动量对化学反应微分截面的影响。利用高分辨成像技术，研究人员在F + HD → HF + D反应中分波共振附近的微分截面中观察到了特殊的马蹄铁形图案。进一步地理论分析发现，这一特殊图案源自于F原子的电子角动量效应能够将单一的分波共振可以变成具有四重精细结构的分波共振，从而改变化学反应产物的角度分布。这一发现为“自旋-轨道相互作用影响反应动力学”提供了一个典型的案例。2021年02月26日，相关成果以题为“Quantum interference between spin-orbitsplit partial waves in the F + HD → HF + D reaction”的文章在线发表在Science上。

文献链接：Quantum interference between spin-orbit split partial waves in the F + HD → HF + D reaction（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abf4205）

13.南方滚球体育 大学最新Science: “扭曲”的热性能

南方滚球体育 大学的何佳清（通讯作者）团队整合利用了熵工程设计，合成了具有优异热电性能的单相高熵合金。通过熵驱动结构稳定化，研究形成了n型硒化铅基高熵材料，并在该材料中将900K时的热电优值（zT值）强化到了1.8。进一步表征分析发现，这一高熵系统中的高度无序晶格造成了异常的剪切应变，对较低晶格热导率提供了强大的声子散射。随着合金元素的增加，无序状态却能稳定材料、避免其向多相化转变。因此，无序扭曲的晶格能够在维持电学性能的同时抑制热传输，为大幅提升材料的热转换效率提供了保证。基于这些实验结果，研究人员制备了分段部件，其热电转换效率在温度差为507K时可达到12.3%。这一工作为在高熵热电材料中优化热电性能提供了全新的范例。2021年02月19日，相关成果以题为“High-entropy-stabilized chalcogenides with high thermoelectric performance”的文章在线发表在Science上。

文献链接：High-entropy-stabilized chalcogenides with high thermoelectric performance（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abe1292）

14.武汉大学Science:合成气催化转化取得重大突破

武汉大学的定明月（通讯作者）团队设计合成了一种具有优异疏水性能的FeMn@Si催化剂，能够有效阻止二氧化碳和甲烷的形成。费托合成过程中会产生水，因此在这一新型催化剂中，研究人员设计了疏水的外壳层从而保护碳化铁内核不受水的氧化作用，同时也能缩短水分子在催化剂表面的停留，限制了水相关的副反应出现。此外，锰到铁原子的电子转移能够大幅提升烯烃产率并抑制甲烷的形成。实验表明，催化剂能够抑制二氧化碳和甲烷的选择性不高于22.5%，同时在一氧化碳转化率为56.1%的水平上还能提高烯烃产率至36.6%。这一研究为新型催化剂的设计提供了崭新的策略和思路。2021年02月05日，相关成果以题为“A hydrophobic FeMn@Si catalyst increases olefins from syngas by suppressing C1 by-products”的文章在线发表在Science上。

文献链接：A hydrophobic FeMn@Si catalyst increases olefins from syngas by suppressing C1 by-products（Science, 2021, DOI: 10.1126/science. abb3649）

15.浙大联合中科院上高院和丹麦技术大学Science: 具有原子级精度的催化活性界面操纵

浙江大学的王勇、中科院上海高研院的高嶷以及丹麦技术大学的Jakob B. Wagner、Thomas W. Hansen（共同通讯作者）合作利用球差校正（aberration-corrected）环境透射显微学的方法研究了低电子束剂量下金纳米颗粒和二氧化钛载体之间的界面状况。直接的原子尺度观测显示，在一氧化碳氧化过程中（总压力为几个毫巴，温度为500摄氏度），金纳米颗粒会旋转10度左右，并在一氧化碳被移除时又恢复到初始位置，同时也发现金纳米颗粒外延旋转和金-二氧化钛界面原子结构之间具有相关关系。DFT计算表明，金属纳米颗粒的旋转是由界面处吸附分子氧的覆盖变化所引起的。进一步地，利用可逆可控旋转，研究还通过改变气氛和温度实现了对活性金-二氧化钛界面的原位操纵。这些成果均表明在运行条件下实时设计催化界面是可行的。2021年01月29日，相关成果以题为“In situ manipulation of the active Au-TiO₂interface with atomic precision during CO oxidation”的文章在线发表在Science上。

文献链接：In situ manipulation of the active Au-TiO₂ interface with atomic precision during CO oxidation（Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abe3558）

16.中山大学&澳大利亚国立大学Science：聚合物钝化PSCs实现填充因子（FF）最高达到0.845

中山大学李俊韬教授、澳大利亚国立大学Kylie R. Catchpole和Kylie R. Catchpole（共同通讯作者）等人报道了一种PSC结构，其中作者利用稀疏的纳米级TiO₂纳米棒阵列取代了常用的介孔TiO₂（meso-TiO₂）电子传输层（ETL）。通过超薄的聚合物钝化层可以有效的钝化产生纳米级图案化ETL-钙钛矿界面，以获得高V_oc，同时保持优异的电荷收集和界面传输性能，从而实现低串联电阻和高FF。在大面积（1 cm2）电池上，其功率转换效率（PCE）达到了21.6%，填充因子（FF）更是达到了0.839。在Voc=1.240 V，FF=0.845的条件下，一个小面积（~0.165 cm2）电池的PCE竟然达到了~23.17%。作者使用三维（3D）数值模拟研究和解释了纳米结构界面的性能，精确地复制了FF增强和观察到的纳米级图形几何实验趋势。模拟结果表明，TiO₂纳米棒未完全涂覆聚甲基丙烯酸甲酯：PCBM（苯基-C61-丁酸甲酯）钝化材料，使局部低电阻接触的暴露区域直接类似于高效硅太阳能电池中的局部接触结构。通过模拟和实验之间的详细比较，为暴露的纳米棒面积分数和暴露的ETL-钙钛矿界面上复合活性缺陷的密度设定了合理的界限。此外，作者还介绍了一种无离子掺杂的混合空穴传输层（HTL），该层提供了与掺杂替代物类似的电池性能。在85℃和85%相对湿度的条件下，在暴露1000 h后，包含新ETL和HTL组合的封装电池仍然保留了>90%的初始效率。研究成果以题目为“Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells”发表在国际顶级期刊Science上。

文献链接：Nanoscale localized contacts for high fill factors in polymer-passivated perovskite solar cells (Science,2021, DOI: 10.1126/science.abb8687)

17.复旦大学/德国明斯特大学/马里兰大学王&美国陆军实验室Science:可充锌空气电池新体系

德国明斯特大学Martin Winter教授，复旦大学王飞研究员，马里兰大学王春生教授和美国陆军实验室许康研究员（共同通讯作者）提出了一种Zn-O₂/(ZnO₂)化学反应，它在非碱性水系电解质中通过2e^-/O₂过程进行，这使得锌空气电池中的氧化还原反应具有高度可逆性。这种ZnO₂是由疏水三氟甲基磺酸盐阴离子引起的空气阴极上富水和锌离子(Zn²⁺)的内亥姆霍兹过渡区形成的。这样构造的非碱性锌-空气电池不仅可以耐受环境空气中的稳定运行，而且还比碱性电池具有更好的可逆性。本文研究结果表明，只要正确选择了非碱性电解质，电池就可以使用可逆性更好的双电子锌氧/过氧化锌化学物质工作。通过使电解质疏水，可以将水从阴极的近表面排除，从而防止四电子还原。这些电池还显示出更高的能量密度和更好的循环稳定性。相关研究成果以“A rechargeable zinc-air battery based on zinc peroxide chemistry”为题发表在Science上。

文献链接：“A rechargeable zinc-air battery based on zinc peroxide chemistry”(Science，2020，10.1126 / science.abb9554)

18. 吉林大学Science：长程有序结构增强超分子手性表面等离子组装体的光学不对称性

吉林大学刘堃研究团队与美国密歇根大学Nicholas A. Kotov研究团队、巴西圣卡洛斯联邦大学André de Moura研究团队的联合研究中，利用超分子相互作用，实现了金纳米棒与人胰岛淀粉样多肽的精准共组装，构建了具有类似于手性液晶的长程有序的纳米螺旋纤维结构，其g-factor可高达0.12；同时提出了更加普适性的预测和解释手性纳米结构与g-factor之间构效关系的新理论；液晶般的颜色变化和纳米棒加速的纤化过程使其可在复杂的生物介质中进行药物筛选。研究成果以Enhancement of Optical Asymmetry in Supramolecular Chiroplasmonic Assemblies with Long-Range Order为题发表在国际顶级期刊Science上。

文献链接：Enhancement of Optical Asymmetry in Supramolecular Chiroplasmonic Assemblies with Long-Range Order(Science,2021, DOI: 10.1126/science.abd8576)

文章来源：吉林大学官网

19. 中科大Science：在单化学键精度上确定表面分子体系的结构与化学特异性

中国科学技术大学单分子科学团队侯建国、王兵和谭世倞等采用融合STM，AFM，TERS等扫描探针技术的策略，发展了STM-AFM-TERS联用技术，突破了单一显微成像技术的探测局限。利用这一高分辨的综合表征技术，以并五苯分子及其衍生物作为模型体系，结合电、力、光等不同相互作用，实现了对电子态、化学键结构和振动态、化学反应等多维度内禀参量的精密测量。实验结果揭示了Ag(110)表面吸附的并五苯分子转化为不同衍生物的机理，其中纳腔等离激元激发是导致特定吸附构型下C—H键选择性断裂的原因。在技术上，通过集成高灵敏度的单光子计数器，把拉曼光谱的实空间成像速度提高了2个数量级，成功地实现了并五苯分子化学反应前后的动态跟踪与测量。结合理论计算，揭示了分子化学反应过程的机理，验证了实验观测结果。研究成果以“Determining structural and chemical heterogeneities of surface species at the single-bond limit”为题，于2021年2月19日发表在Science上。

文献链接：Determining structural and chemical heterogeneities of surface species at the single-bond limit(Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abd1827)

文章来源：国家自然科学基金委员会官网

20. 哈工大&江苏大学Science：单极冲程、电渗泵碳纳米管纱线肌肉

江苏大学丁建宁、哈尔滨工业大学冷劲松与美国德克萨斯大学达拉斯分校Ray H. Baughman（共同通讯）合作，首次发现通过聚电解质功能化的策略，可实现人工肌肉智能材料的“双极”（Bipolar）驱动转变为“单极”（Unipolar）驱动，同时发现了人工肌肉随电容降低，驱动性能增强的反常现象（Scan Rate Enhanced Stroke, SRES），这一重要突破解决了人工肌肉驱动性能的电容依赖性问题，为后续设计具有无毒、低驱动电压的高性能驱动器提供新的理论基础。研究成果以Unipolar-Stroke, Electroosmotic-Pump Carbon Nanotube Yarn Muscles为题发表于Science上。

文献链接：Unipolar-Stroke, Electroosmotic-Pump Carbon Nanotube Yarn Muscles(Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abc4538)

文章来源：哈尔滨工业大学官网

21. 中科院上海有机化学研究所science：铱催化Z式保留不对称烯丙基取代反应

手性分子的“精准”合成对于生命科学、材料科学和药物化学等领域都具有十分重要的意义。发展新型高效、高选择性的不对称催化反应是推动手性分子精准合成的重要手段。中国科学院上海有机化学研究所游书力团队利用π-烯丙基铱物种反应特点，从易得的Z-式烯丙基酯原料出发，实现了含有Z-式烯烃手性化合物的精准合成。该研究揭示了全新的不对称烯丙基取代反应模式，为含有Z-式烯烃结构单元的手性分子提供了一个通用的合成策略，有望应用于药物化学、天然产物合成等领域。相关研究成果以Iridium-catalyzed Z-retentive asymmetric allylic substitution reactions为题，于2021年1月22日在Science上在线发表。

文献链接：Iridium-catalyzed Z-retentive asymmetric allylic substitution reactions(Science, 2021, DOI: 10.1126/science.abd6095)

文章来源：中国科学院上海有机化学研究所官网

Nature

1.清华大学Nature：单分子成像技术探测范德华相互作用

利用分子指针来探测主客体相互作用是一种研究复杂环境中相互作用的重要方法，但是想要实现超高分辨率下的单分子构象精准表征依然是一个巨大的挑战。近日，清华大学的陈晓和魏飞等人利用积分差分相位衬度扫描透射电子显微技术（iDPC-STEM）实现了对单个对二甲苯（PX）分子在二维ZSM-5分子筛内的直接成像。PX分子在这一研究中发挥了分子指针的作用，可探测每一个孔道内的范德华相互作用，并通过对分子取向的成像和二维分子筛的原子级解析，揭示了小分子是如何被限域在亚纳米尺寸的孔道中。这项工作提供了一种可在分子水平上研究多孔材料的直观手段，同时也推动了电子显微镜学在单分子成像上的进一步应用。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03429-y

2.吉林大学最新Nature：一种高度稳定的柔性沸石电解质固态锂空气电池

到目前为止，为SSLABs设计一种同时实现高环境适应性和出色电化学性能的固态电解质仍然是一个挑战。在吉林大学于吉红院士和徐吉静教授（共同通讯作者）团队带领下，提出了一种集成的固态锂空气电池，它包含一个超薄的、高离子导电的锂离子交换沸石X膜（LiXZM）作为无机固态电解质。采用原位组装策略，该电解质与铸锂作为负极，碳纳米管（CNTs）作为正极集成在一起。由于沸石固有的化学稳定性，有效地抑制了电解质因锂或空气的作用而变质。该电池碳纳米管的容量为12020 mAh/g，在电流密度为500 mA/g和容量为1000 mAh/g的情况下，循环寿命为149次。在相同条件下，这种循环寿命比磷酸铝锗锂（12次）和有机电解质（102次）的电池更长。沸石基锂空气电池的电化学性能、柔性和稳定性赋予其实际应用性，可以扩展到其他储能系统，如锂离子电池、钠空气电池和钠离子电池。相关成果以题为“A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery”发表在了Nature。

文献链接：A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery（Nature，2021，DOI:10.1038/s41586-021-03377-7）

3.西安交大、中科院力学所、清华三校合力发Nature

西安交通大学马恩教授、中科院力学研究所武晓雷研究员和清华大学朱静院士（通讯作者）等人报道了他们通过设计系统且细致的实验，以避免需要数据拟合和多种可能的解释。通过使用适当的区轴、微/纳米束衍射、原子分辨率成像和透射电子显微镜（TEM）的化学绘图，明确地揭示了面心立方（fcc）VCoNi浓溶液中的CSRO。其中，TEM观察显示VCoNi MEA中的双相微结构，主要相是fcc溶液，体积分数约为80%。少数相仅占样品体积的20%左右，具有长程化学有序的L1₂结构，以块状存在于fcc晶粒内，含有高密度的断层。完全再结晶的fcc溶液由等轴和无位错晶粒组成，平均尺寸为1.2 μm。根据原子探针层析成像证明，其成分为V₃₆Co₃₃Ni₃₁，由于共存的L1₂含有更多的Co和Ni，因此相对于整个VCoNi成分略有移动。这些互补表征提供了有关CSRO的程度/范围、原子堆积结构以及化学物种优先占据相邻晶格平面/位置的具体信息。对最近原子壳层上CSRO序参数和对关联的模拟表明，CSRO偏向于相邻最近的不同（V-Co和V-Ni）对，并且避免了V-V对。总之，该发现不仅提供了一种鉴别浓溶液合金中CSRO的方法，而且也使用原子应变图来证明CSROs增强的位错相互作用，阐明了这些CSROs对塑性机制和变形后力学性能的影响。研究成果以题目为“Direct observation of chemical short-range order in a medium-entropy alloy”发表在国际顶级期刊Nature上。

文献链接：Direct observation of chemical short-range order in a medium-entropy alloy.Nature,2021, DOI: 10.1038/s41586-021-03428-z

4.浙江大学&中南大学Nature:揭秘黑砷中自旋轨道耦合与斯塔克效应的协同作用

当自旋轨道耦合（SOC）与库仑相互作用、拓扑结构和外部调制力动态相互作用时，非中心对称二维电子系统中可能会出现令人兴奋的现象。当耦合通过量子约束的原子精度控制和电场的外部调制、电荷掺杂和/或范德韦尔斯(vdW)异质结构进行调谐时，vdW晶体的出现为探索二维极限中的SOC物理提供了前所未有的机会。浙江大学郑毅研究员，许祝安教授联合中南大学夏庆林副教授（共同通讯作者）报道了中心对称的几层黑砷中SOC和斯塔克（Stark）效应之间的协同效应，表现为粒子-孔不对称的拉什巴（Rashba）效应和由静电门控可逆控制的量子霍尔态。这些不寻常的缺陷源于黑砷的弯曲正方形晶格，其中4p轨道形成一个具有P_z对称的以布里渊区为中心的Γ谷，在X点的时间恢复不变动量附近与P_x起源的D谷共存。当垂直电场破坏了结构反转对称时，P_x带激活强拉什巴SOC，产生自旋谷有利的D^±谷，而Γ谷的拉什巴分裂受到P_z对称的限制。有趣的是，巨大的斯塔克效应表现出相同的P_x轨道选择性。这种协调能够实现对二维空穴气体的可调的拉什巴谷，特征在于量子霍尔态依赖的朗道能级的形成，量子霍尔态中非常规的跃迁奇偶性问题。相关研究成果以“Rashba valleys and quantum Hall states in few-layer black arsenic”为题发表在Nature上。

文献链接：“Rashba valleys and quantum Hall states in few-layer black arsenic”(Nature，2021，10.1038/s41586-021-03449-8)

5.湖南大学&美国加州大学洛杉矶分校Nature：通过卷起合成高阶超晶格

原子薄的2D层状材料的出现，为探索单原子层或几个原子层前所未有的性能或独特功能的功能器件开辟了新的途径。美国加州大学洛杉矶分校段镶锋教授和湖南大学段曦东教授（共同通讯作者）团队报告了一种通过卷起vdW异质结构来实现高阶vdW超晶格的直接方法。研究表明，可以利用毛细管力驱动的卷起过程将合成的SnS₂/WSe₂vdW异质结构从生长基底上分层，并产生具有交替WSe₂和SnS₂单层的SnS₂/WSe₂卷成，从而形成高阶SnS₂/WSe₂vdW超晶格。这些超晶格的形成可以调控电子带结构和维度，从而实现传输特性从半导体到金属、从2D到1D的转变，并具有角度相关的线性磁阻。这一策略可以扩展到创建不同的2D/2D vdW超晶格、更复杂的2D/2D/2D vdW超晶格以及其他2D材料，包括3D薄膜材料和1D纳米线，生成混合维度的vdW超晶格，如3D/2D、3D/2D/2D、1D/2D和1D/3D/2D vdW超晶格。该研究展示了一种生成高阶vdW超晶格的通用方法，其具有广泛的材料组成、尺寸、手性和拓扑结构，为基础研究和技术应用定义了丰富的材料平台。相关成果以题为“High-order superlattices by rolling up van der Waals heterostructures”发表在了Nature。

文献链接：High-order superlattices by rolling up van der Waals heterostructures（Nature，2021，DOI:10.1038/s41586-019-1904-x）

6.复旦大学彭慧胜/陈培宁团队Nature：大面积显示织物及其功能集成系统

复旦大学彭慧胜/陈培宁团队研制了一种6 m长，25 cm宽的大面积柔性显示织物，其中包含约5×10⁵个电致发光单元，它们之间的间隔约为800 um。编织导电纬线和发光经线纤维在经纬交织点形成微米级电致发光单元。有效克服了发光活性材料在高曲率纤维表面均匀连续负载的难题，揭示了交织点曲面界面形成均匀电场的独特机制。电致发光单元之间的亮度偏差小于8%，即使在织物弯曲、拉伸或挤压时仍旧保持稳定。该显示织物柔软透气，可经受反复的机器洗涤，可有效满足实际应用要求。进一步将织物显示、键盘和电源等模块有效集成，构建得到柔性织物显示系统，可以作为一种新型、便捷的通信工具，在物联网、人机交互、智能通讯等新兴领域显示了巨大的应用潜力。该方法可将电子器件制备和织物结构与编织方法有效结合，有望推动柔性电子领域的交叉融合发展。相关论文以题为Large-area display textiles integrated with functional systems发表在《Nature》上。

文献链接：“Large-area display textiles integrated with functional systems”(Nature，2020，DOI: 10.1038/s41586-021-03295-8)

7.南京工业大学邵宗平&周嵬Nature:完美兼容！热膨胀补偿策略助力耐用，高性能燃料电池

固体氧化物燃料电池（SOFC）作为能量转换装置的商业发展面临的一个挑战是热机械不稳定性。南京工业大学邵宗平教授，周嵬教授团队（通讯作者）通过引入热膨胀补偿策略，以此实现阴极与其他电池构件之间热机械兼容。作者使用反应烧结将具有高电化学活性和大热膨胀系数的钴基钙钛矿与负热膨胀材料结合在一起，从而形成具有与电解质良好匹配的热膨胀性能的复合电极。在煅烧过程中，由于复合材料中两种材料之间的反应有限，因此形成了新的界面相，这也会在钙钛矿中形成A位点缺陷，从而该复合材料显示出高活性和优异的稳定性。究其原因，作者认为降低的TEC，优化钙钛矿相以及热机械稳定性的协同作用，共同实现了SOFC复合阴极优异的电化学性能。相关研究成果以“Thermal-expansion offset for high-performance fuel cell cathodes”为题发表在Nature上。

文献链接：“Thermal-expansion offset for high-performance fuel cell cathodes”(Nature，2021，10.1038/s41586-021-03264-1)

8.北科吕昭平团队等Nature:一种具有高强度和延展性的大规模制备超细晶结构的简便策略

英国谢菲尔德大学W. Mark Rainforth教授，北京滚球体育 大学吕昭平教授和蒋虽合，以及美国国家标准与技术研究院Huairuo Zhang（通讯作者）报道了通过少量的铜合金化和通过晶粒内纳米沉淀（在30秒内）对相干无序富铜的重结晶过程，在典型的Fe-22Mn-0.6C孪生诱发塑性（TWIP）钢中实现UFG结构的大量生产。快速而丰富的纳米沉淀不仅阻止了新的重结晶亚微米晶粒的生长，而且通过Zener钉扎机制增强了所获得的UFG结构的热稳定性。此外，由于其充分的连贯性和无序的性质，沉淀物在载荷作用下与位错的相互作用较弱。这种方法可以制备晶粒尺寸为800±400纳米的完全重结晶的UFG结构，而不会引入有害的晶格缺陷，如脆性颗粒和偏析的边界。与不添加铜的钢相比，UFG结构的屈服强度增加了一倍，达到约710兆帕，均匀延展性为45％，拉伸强度约为2000兆帕。这种细化晶粒的策略促进了UFG结构的发展，结构不仅高度稳定，而且还与金属材料的典型变形机制兼容，从而利用了细晶粒的存在，大大提高了UFG合金的整体机械性能。这种晶粒细化的概念应该可以扩展到其他合金系统，并且制造过程可以很容易地应用于现有的工业生产线。相关研究成果以“Facile route to bulk ultrafine-grain steels for high strength and ductility”为题发表在Nature上。

文献链接：“Facile route to bulk ultrafine-grain steels for high strength and ductility”(Nature，2021，10.1038/s41586-021-03246-3)

9.北大&大连理工&中科院Nature:高效稳定的Pt/α-MoC催化剂用于低温产氢

北京大学马丁教授，大连理工大学石川教授，以及中国科学院大学物理科学学院周武教授（共同通讯作者）提出了一种在α-MoC表面上锚定Pt原子，得到同时具有孤立Pt原子（Pt₁）和亚纳米金属Pt团簇（Pt_n）结构，高效和稳定的(Pt₁-Pt_n)/α-MoC催化剂，其可以在313K下低温催化水煤气变换反应（WGS）。研究表明，Pt₁具有较高的本征WGS活性，比迄今报道的最佳催化剂高一个数量级，而在α-MoC上形成的Pt₁和Pt_n是高质量特异性活性的关键。原子Pt可以有效地促使吸附在Pt上的一氧化碳（CO）促使相邻的α-MoC表面上的氧物种更替，从而防止α-MoC衬底发生深度氧化和失活。(Pt₁-Pt_n)/α-MoC催化剂展现出每摩尔Pt可以实现高达4300000 摩尔H₂的转化数（TON），比Au/α-MoC催化剂高一个数量级。相关研究成果以“A stable low-temperature H₂-production catalyst by crowding Pt on α-MoC”为题发表在Nature上。

文献链接：“A stable low-temperature H₂-production catalyst by crowding Pt on α-MoC”(Nature，2021，10.1038/s41586-020-03130-6)