中国纳米系列优刊丨Nano Research高被引特色文章简读及期刊简介

【期刊简介】

《纳米研究（英文版）》（Nano Research）是一本国际化、多学科交叉的专业学术期刊。该期刊主要刊登纳米研究领域的高质量、原创性的研究论文和综述文章。文章内容涉及纳米滚球体育 研究领域的各个方面。2007年由清华大学出版社创办，2008年正式出刊，至今已逾10年。

目前有近20个数据库收录该刊。自2010年1月被SCI收录后，期刊影响因子一直稳步上升，2016年为7.354，在所属的4个学科均处于Q1区。2015年开始增加刊文量，国际影响力日益提升，2016年电子版全文下载量约为28.1万次，电子订阅机构7500多个，分布在世界各主要大学和研究机构。

2013年和2016年分别获得“中国滚球体育 期刊国际影响力提升计划”第一期和第二期A类资助；2017年获得“中国滚球体育 期刊登峰行动计划”项目支持。先后荣获“中国出版政府奖期刊奖”、“中国百强滚球体育 期刊”、“中国最具国际影响力学术期刊奖”和“中国高校精品滚球体育 期刊奖”等多个奖项。

【编辑团队】

主编

戴宏杰：美国科学院院士、美国科学与艺术学院院士、斯坦福大学教授

李亚栋：中国科学院院士、清华大学教授

顾问编委会主席

薛其坤：中国科学院院士、清华大学教授

副主编

彭笑刚：国家“千人计划”专家、浙江大学教授

段镶锋：美国加州大学洛杉矶分校教授

顾臻：美国北卡大学教堂山分校副教授

《纳米研究（英文版）》现有编委共68位，国际编委34位（占50%）；2011年汤森路透评出全世界最优秀100名化学家中，有12位担任期刊的主编、副主编或编委。

【近两年高引特色文章简读】

（注：所有图片均来自相应文章）

[催化类]

A mini review on nickel-based electrocatalysts for alkaline hydrogen evolution reaction

Ming Gong, Di-Yan Wang, Chia-Chun Chen*, Bing-Joe Hwang*, and Hongjie Dai*

2016, 9(1): 28-46 (DOI:10.1007/s12274-015-0965-x)

利用电能将水分解产生氢气是一种获取氢气的理想方法。但是水分解过程是非自发的，需要外界的能量输入才能进行。高效的水分解催化剂，即氧化水产氧催化剂和还原水产氢催化剂的使用可大大降低能量输入量，从而更加高效节能地获取氢气。

目前在碱性条件下，质优价廉的产氧催化剂已经研发出来，因而开发具备同样高活性且低成本的产氢催化剂成为电解水产氢领域的研究重点。由斯坦福大学戴宏杰课题组发表的这篇短综述展示了目前镍基产氧催化剂的研究进展，涉及碱性条件下产氧的机理研究、纳米级镍金属和镍合金催化剂、镍氧化物和氢氧化物催化剂、硫化镍及磷化镍催化剂、镍基异质结复合催化剂的研究进展及相应的催化性能。

A highly active oxygen evolution electrocatalyst: Ultrathin CoNi double hydroxide/CoO nanosheets synthesized via interface-directed assembly

Jun Wu, Zhiyu Ren*, Shichao Du, Lingjun Kong, Bowen Liu, Wang Xi, Jiaqing Zhu, and Honggang Fu*

2016, 9(3): 713-725 (DOI:10.1007/s12274-015-0950-4)

黑龙江大学付宏刚和任志宇课题组采用两相界面法合成了超薄的镍钴水滑石/氧化钴复合纳米片[图1(a)和图1(b)]。作者利用水溶性还原剂还原甲苯相中有机胺配位的金属离子以生成大量水合金属纳米晶。在两相界面张力的挤压作用下，这些形成水合金属纳米晶相互连接、组装形成超薄纳米片。由于Ni与O轨道杂化、Ni和Co元素之间的电子转移使得部分金属呈现高氧化态，进而提高了材料的产氧性能。实验测得在氮气饱和的1.0 M KOH水溶液中，纳米片的起偏电位为1.48 V；电流为10 mA/cm²时的超电位仅为0.3 V[图1(c)]。

图1(a)合成方法示意图；(b)合成的镍钴水滑石/氧化钴纳米片的透射电镜（TEM）图像；(c)镍钴水滑石/氧化钴纳米片的催化产氧性能图及其同其他材料性能的对比。

Unravelling charge carrier dynamics in protonated g-C₃N₄interfaced with carbon nanodots as co-catalysts toward enhanced photocatalytic CO₂reduction: A combined experimental and first-principles DFT study

Wee-Jun Ong*, Lutfi Kurnianditia Putri, Yoong-Chuen Tan, Lling-Lling Tan, Neng Li, Yun Hau Ng, Xiaoming Wen, and Siang-Piao Chai*

2017, 10(5): 1673-1696 (DOI:10.1007/s12274-016-1391-4)

将二氧化碳还原为有机物是完成碳循环利用的关键一步，也是解决目前温室气体过度排放带来的一系列环境问题的潜在途径之一。开发具有高活性的催化剂是进行规模化二氧化碳还原的前提。

新加坡滚球体育 研究局的Wee-Jun Ong团队和莫纳什大学马来西亚分校的Siang-Piao Chai团队发表的这篇文章报道了一种碳纳米点修饰的氮化碳催化材料。该研究不仅通过实验系统地对材料结构、物化性质和组成进行了表征、测试了材料的催化性能[图2(a)]，还通过第一性原理计算阐释了材料优异性能的成因：电子可从氮化碳快速传递到表面的碳纳米点[图2(b)]，从而形成密集的催化活性位点，将二氧化碳气体还原为甲烷气体。

图2碳纳米点修饰的氮化碳的(a)催化性能稳定性性能；(b)催化机理示意图。

Hierarchical MoS₂intercalated clay hybrid nanosheets with enhanced catalytic activity

Kang Peng, Liangjie Fu, Huaming Yang*, Jing Ouyang, and Aidong Tang*

2017, 10(2): 570-583 (DOI:10.1007/s12274-016-1315-3)

中南大学杨华明课题组与中南大学唐爱东课题组合作发表的该文章报道了一种二硫化钼基嵌层复合物的合成及其在环境净化中的应用。作者们利用水热法，通过十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）的支撑在蒙脱石（MMT）层间原位生长二硫化钼纳米片。所形成的复合材料可有效降解硝基苯酚，一种水体污染物[图3(a)]。此外，作者们还推理并解释了该嵌层复合物的生长机理[图3(b)]。

图3(a)催化性能稳定性实验结果；(b)材料的生长机理示意图。

[能量存储类]

Chemical routes toward long-lasting lithium/sulfur cells

Meinan Liu, Fangmin Ye, Wanfei Li, Hongfei Li, and Yuegang Zhang*

2016, 9(1): 94-116 (DOI:10.1007/s12274-016-1027-8)

锂硫电池以其高理论能量密度（2567 Wh/kg）和价格低廉等特点在二次电池科研领域中逐渐崭露头角。但是，其自身的一系列缺点使得锂硫电池目前距离大规模商业化应用还有一定的距离。其中之一便是正极材料硫单质在充放电过程中形成的可溶解于电解液中的多硫化锂化合物，与负极金属锂发生化学反应，从而不断消耗活性物质硫，导致电池性能迅速衰减，寿命较短。来自清华大学和中科院苏州纳米所的张跃钢团队在本篇综述中详细综述了利用化学吸附策略来将多硫化物固定在基底表面，防止多硫化物流失，进而提升电池寿命的研究进展。

作者们首先介绍了多硫化物的化学行为（形成机理等），然后主要展示了有关多硫化物与含氧、硼、氮和硫官能团的相互作用机制的理论计算与实验研究成果。此外，作者也简单介绍了有关金属氧化物类添加剂以及一些高分子类材料用于吸附多硫化物的研究进展。

Three-dimensional graphene framework with ultra-high sulfur content for a robust lithium–sulfur battery

Benjamin Papandrea, Xu Xu, Yuxi Xu, Chih-Yen Chen, Zhaoyang Lin, Gongming Wang, Yanzhu Luo, Matthew Liu,Yu Huang, Liqiang Mai*, and Xiangfeng Duan*

2016, 9(1): 240-248 (DOI:10.1007/s12274-016-1005-1)

本篇论文介绍了加州大学洛杉矶分校段镶锋课题组和武汉理工大学麦立强课题组合作发表的有关锂硫电池正极材料的研究工作。研究者们利用氧化石墨烯作为碳骨架前驱体，硫代硫酸钠作为硫源，通过一步水热法合成了自支撑的三维还原氧化石墨烯包覆硫颗粒的锂硫电池正极材料[图4(a)]。其中三维还原氧化石墨烯骨架为电化学反应提供了优良的导电网络；三维多孔结构可实现硫单质的大量负载并为电解质的快速传输提供通道[图4(b)]；同时还原氧化石墨烯对硫颗粒的包覆可以在一定程度上缓解电化学反应过程中多硫化物的穿梭效应。

实验测试表明，该正极材料的硫单质负载量可达90 wt.%，且以整个电极质量计算容量时，在0.1 C电流密度下容量高达969 mAh/g；在1 C电流密度下的长循环过程中，容量次衰减率仅为0.052%[图4(c)]。

图4合成的硫-还原氧化石墨烯(a)结构示意图，(b)扫描电镜（SEM）图片和(c)长循环性能。

Facile fabrication of integrated three-dimensional C-MoSe₂/reduced graphene oxide composite with enhanced performance for sodium storage

Dong Xie, Wangjia Tang, Yadong Wang, Xinhui Xia*, Yu Zhong, Ding Zhou, Donghuang Wang, Xiuli Wang, and Jiangping Tu*

2016, 9(6): 1618-1629 (DOI:10.1007/s12274-016-1056-3)

相较于锂离子电池，钠离子电池因为钠丰富的储量而使得成本更低。但因为钠离子较锂离子更大，致使很多优良的锂离子电极材料无法用于钠离子的存储。因此，开发新型高活性的钠离子电池电极仍是目前该领域研究的热点之一。

本文报道了来自浙江大学涂江平课题组的一篇关于碳包覆二硫化钼-还原氧化石墨烯的钠离子电池负极材料（合成方法示意图见图5(a)，合成的材料形貌见图5(b)）的工作。该负极材料展示出了利用钠离子存能的高活性：200 mA/g电流密度下电容量达445 mAh/g；4000 mA/g电流密度下电容量达228 mAh/g[图5(c)]。

图5(a)合成方法示意图；(b)SEM图片和(c)碳包覆二硫化钼-还原氧化石墨烯复合电容量性能图及与相应单一材料的性能对比。

Hierarchically porous carbon foams for electric double layer capacitors

Feng Zhang, Tianyu Liu, Guihua Hou, Tianyi Kou, Lu Yue, Rongfeng Guan, and Yat Li*

2016, 9(10): 2875-2888 (DOI:10.1007/s12274-016-1173-z)

超级电容器是能量存储器件大家族中的另一个大类。不同于电池，超级电容器可以在极短时间内完全放电或完全充电，且造价低、性能稳定，适合用于高功率电能输出或输入装置。但是，超级电容器存储的电量往往不及电池。近些年兴起了将超级电容器的电容量大幅提升的研究热潮。但值得指出的是，电容量的大幅提升往往只在较慢的充放电速率下达到。受限于离子扩散和电子传导速率的制约，超级电容器的电容量在快速充放电速率下提升量仍不明显。

在本篇文章中，来自加州大学圣克鲁兹分校李軼课题组报道了一种具有多级孔结构的多孔三维超级电容器电极。该电极的合成原料为壳聚糖水凝胶。通过引入碳酸钾使其在高温下产生大量气体物质（如一氧化碳和二氧化碳）及生成氢氧化钾，达到高温剥离壳聚糖碳化形成的三维碳结构并引入大量介孔和微孔[图6(a)]以增加电极表面积的目的。得益于高比表面（>1000 m²/g），高导电性，独特的孔结构[图6(b)]和壳聚糖带来的本征氮掺杂，该电极在10⁵mA/g的极高电流密度下的电容量高达166.3 F/g[图6(c)]。

图6(a)合成方法示意图；(b)SEM图显示材料的多孔结构；(c)电极的倍率性能。

[电磁波吸收类]

Achieving excellent bandwidth absorption by a mirror growth process of magnetic porous polyhedron structures

Hualiang Lv, Haiqian Zhang, Jun Zhao, Guangbin Ji*, and Youwei Du

2016, 9(6): 1813-1822 (DOI:10.1007/s12274-016-1074-1)

电磁波吸收材料不仅在武器装备的雷达隐身方面有特殊的战略地位，在民用领域应用也日趋广泛。南京航空航天大学姬广斌教授课题组巧妙地采用无机阳离子(Ba²⁺)作为形貌诱导剂，成功制备出了微米尺寸、十二面体的对称结构[图7(a)]。Ba²⁺最终转化为BaCO₃，并均匀地分布十二面体中[图7(b)]。借住聚焦离子束(FIB)和高分辨TEM[图7(c)]，成功解析出该单晶结构。他们进一步将十二面体α-Fe₂O₃/BaCO₃逐步转化为磁性多孔十二面体 [图7(d), 7(e)]，以增强其磁损耗。该多孔磁性特殊结构的复合物展现出良好的电磁吸收性能，在1.5 mm的计算涂层厚度下，具有7.2 GHz的有效带宽 (<−10 dB) [图7(f)]。该材料有望解决日益严重的电磁污染问题。

图7(a, b)十二面体的SEM照片；(c)选区衍射图；(d, e)Fe₃O₄/BaCO₃多孔结构的SEM照片；(f)Fe/BaCO₃在1.5 mm厚度下的电磁吸收图谱。

Electromagnetic wave absorption in reduced graphene oxide functionalized with Fe₃O₄/Fe nanorings

Yi Ding, Long Zhang, Qingliang Liao*, Guangjie Zhang, Shuo Liu, and Yue Zhang*

2016, 9(7): 2018-2025 (DOI:10.1007/s12274-016-1092-z)

北京滚球体育 大学张跃课题组利用化学水热生长法合成了一种新型电磁波吸收复合材料，并系统研究了不同成分复合材料的电磁波吸收性能。该复合材料由还原氧化石墨烯包裹的四氧化三铁/铁纳米环组成[图8(a)和8(b)]。通过研究，发现了氧化铁和还原氧化石墨烯的合成条件、成分配比及形貌等对电磁波吸收性能的影响，并指出了吸波性能最佳的合成条件。研究发现，厚度为4毫米的复合材料在9.16 GHz的最小反射率达到−23.09 dB，在7.4-11.3 GHz波段的反射率小于−10dB，有效吸收频宽达到3.9 GHz[图8(c)]。本研究提出的方法有望实现大规模化生产，为实现石墨烯复合吸波材料的实际应用奠定基础。

图8(a)铁基纳米环的SEM图像；(b)铁基纳米环-还原氧化石墨烯复合材料的SEM图像；(c)不同厚度石墨烯复合材料的电磁波吸收性能。

[量子点光学性质控制]

One-pot/three-step synthesis of zinc-blende CdSe/CdS core/shell nanocrystals with thick shells

Yuan Liu, Chaodan Pu, Runchen Lai, Renyang Meng, Wanzhen Lin, Haiyan Qin, and Xiaogang Peng*

2017, 10(4): 1149-1162 (DOI:10.1007/s12274-016-1287-3)

浙江大学彭笑刚课题组发表的这篇文章展示了一种在CdSe量子点上外延生长厚度均匀的CdS壳层的方法（图9）。实验结果表明，CdSe核量子点浓度在外延生长中起到关键作用。除实现接近定量的厚度控制以外，所报道的新方法实现了完好的闪锌矿单晶结构控制。同时，所得核壳量子点优异的光学性能也达到了几乎定量的重现性。

图9CdSe/CdS核壳结构合成方法示意图。

【作者简介】

刘田宇，美国加州大学圣克鲁兹分校（University of California, Santa Cruz）化学博士。2012年本科毕业于北京滚球体育 大学，于同年加入加州大学圣克鲁兹分校Yat Li（李軼）教授课题组攻读博士学位。主要研究方向为能源转化与存储，包括超级电容器、半导体光解水、微生物燃料电池和各类催化剂。除以上领域外亦关注各类二次电池、太阳能电池、生物材料、光催化、金属-有机框架化合物（MOF），氢气存储和化学教育等领域。现已在多个国际同行评议期刊上发表一作论文13篇，通讯作者论文1篇。发表论文总引用量逾1000次（Google Scholar）。Journal of Materials Chemistry A、National Science Review、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Electrochemical Society等国际期刊审稿人。担任材料人学术滚球体育 资讯网特邀编辑和资深作者、美国材料研究学会（MRS）期刊Journal of Materials Research客座编辑、2017年美国MRS春季会议现场记者、Wiley MaterialsViewsChina新闻翻译和英国皇家化学会（Royal Society of Chemistry）期刊Chemical Communications及Chemical Science的在线博客撰稿人。

个人网站：http://liutianyuresearch.weebly.com/

本文的撰写得到了Nano Research编辑部的大力支持，在此表示衷心感谢！