SCIENCE CHINA Materials 2017年第10期

SCIENCE CHINA Materials?

Volume 60, Issue 10, October 2017

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利用不同維度組裝單元的協同作用，中科大俞書宏教授等人制備了一種具有整齊層狀結構、低有機填料含量的類珍珠薄膜。這種三元復合膜是由一維黑云母納米線和二維蒙脫石納米片在聚乙烯醇的輔助下構建制得。所制備的薄膜具有高抗拉強度和韌性的綜合性能，這是由不同納米級構件間的協同增韌機制產生的，為設計高性能復合薄膜提供了新的策略（參見第909頁的文章）。

Article

Bio-inspired clay nanosheets/polymer matrix/mineral nanofibers ternary composite films with optimal balance of strength and toughness

受生物啟發的三元柔性粘土片/聚乙烯醇/硅酸鈣納米纖維復合薄膜的組裝及協同增強力學性能研究

李士闊，茅瓅波，高懷嶺，姚宏斌，俞書宏*

摘要：盡管人們在實驗室模擬貝殼的多級層狀結構方面已經取得了顯著進步，但在理解生物材料獨特的強度和韌性的平衡方面仍然有很大的挑戰。本文利用不同維度的組裝單元制備了具有高強度和韌性的三元仿貝殼層狀多級結構的粘土片/聚乙烯醇/硅酸鈣納米纖維(MTM/PVA/NFX)復合薄膜。這種層狀的人工復合薄膜是通過一維的NFX網狀層和二維的MTM納米片層交替堆積而成，制得的MTM/PVA/NFX復合薄膜不但強度高(241.8 ± 10.2 MPa)，而且韌性好(5.85 ± 0.46 MJ m^?3)。其數值比一元的NFX網狀薄膜和二元的MTM/PVA復合薄膜高出數倍，并且優于傳統的二元MTM/聚合物復合薄膜。這可能是由于所制備的復合薄膜中MTM納米片與NFX納米纖維產生的協同增強效應所導致的。這種基于組分間協同增強的組裝方案為設計和構建新型仿貝殼層狀多級結構的復合薄膜提供了一種簡單的方法.這種柔性復合膜可望應用于功能涂層、組織工程和膜分離等領域。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 909-917

Articles

Acid promoted Ni/NiO monolithic electrode for overall water splitting in alkaline medium

酸活化法制備一體化鎳/氧化鎳電極用于堿性條件下分解水

李彩彩，侯俊先，吳則星，郭凱，王得麗， 翟天佑，李會巧*

摘要：開發和制備堿性條件下的非貴金屬析氫和析氧催化劑對于緩解能源和環境危機至關重要。本文利用一種簡單的酸活化方法，制備出了一種基于泡沫鎳的鎳/氧化鎳一體化電極。由于其粗糙及類片層的表面結構使得制備出的電極具有大的比表面積和更多的表面反應活性位點。同時，與粉末催化劑相比，此一體化電極可實現催化劑和集流體之間的良好接觸，在一定程度上緩解催化劑的脫落問題，保證了電極的穩定性。當用作雙功能催化劑時，其表現出了優異的催化活性和良好的穩定性。此法簡單且易規模化，可以為制備其他非貴金屬催化劑提供思路。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 918-928

Article

In-situ?wet tearing based subnanometer MoSeS for?efficient hydrogen evolution

原位濕法撕裂制備超小MoSeS納米材料用于高效析氫

盧文禮，崔家斌*，姜瑞，陳玥光，汪樂余*

摘要：制備超小型層狀金屬硫屬化合物是一種有效增加邊緣活性位點和高效提升析氫性能的方法。本文首次報道了一種原位撕裂的方法來制備由碳納米管(CNTs)支撐的三元MoSeS納米復合析氫催化劑。生長在CNTs@Ni(OH)₂薄膜上的大尺寸多層MoS₂片(18.3± 1.1 nm)，通過原位的硒化過程被撕裂成超小的MoSeS(5.2 ± 0.7 nm)納米片，同時Ni(OH)₂薄膜也被轉化為小尺寸的NiSe納米晶，最終得到的納米復合催化劑具有豐富的邊緣活性位點，表現出超高的活性，在200 mA cm^?2高的電流密度下，過電勢只要189 mV；同時在10000次循環下，依舊保持優異的穩定性。該工作為納米晶催化劑的設計和應用打下了良好的基礎。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 929-936

Article

Encapsulated MnO in N-doping carbon nanofibers as efficient ORR electrocatalysts

氮摻雜碳纖維包覆一氧化錳作為高效氧還原電催化劑

商超群，楊明陽，王振宇，李泯嬋，劉猛，朱劍，朱迎港，周亮君，程化，古映瑩，唐有根，趙興中，盧周廣*

摘要：廉價、儲量豐富的非貴金屬材料作為高效氧還原電催化劑是未來能量存儲系統實際應用的關鍵。基于此，我們通過靜電紡絲法并結合相應熱處理制備了一維氮摻雜碳納米纖維包覆一氧化錳(MnO-NCNFs)。該材料在堿性體系中表現出良好的電化學性能，耐甲醇腐蝕性和穩定性。其優異的電催化活性主要歸結于以下幾點：(1)均一的一維纖維結構和導電網絡能夠促進反應過程中快速的電子轉移；(2)過渡金屬錳的引入能夠促進無定型碳向石墨碳的轉變，同時石墨化程度的提高意味著更好的導電性，有利于氧還原活性的提高；(3)多孔結構和高比表面積能夠有效降低傳質阻力并提高暴露的氧還原活性位點數量，進而提高物質利用效率

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 937-946

Article

Fabrication of multifunctional carbon encapsulated Ni@NiO nanocomposites for oxygen reduction, oxygen evolution and lithium-ion battery anode materials

多功能碳包覆的Ni@NiO納米復合材料用于析氧反應、氧還原反應和鋰離子電池電極的研究

徐冬陽，牟從普*，王博翀，向建勇，阮文君，溫福昇*，杜夏，柳忠元*，田永君

摘要：本文成功合成了多功能的碳包覆Ni@NiO納米復合材料，并將其用作析氧反應和氧還原反應催化劑以及鋰離子電池的負極材料，掃描電鏡和透射電鏡照片表明Ni@NiO@C納米復合物具有均一的球形核殼結構。將Ni@NiO@C納米復合物用作氧還原反應的催化劑時，在濃度為0.1 mol L^?1的氫氧化鉀溶中以1600 rpm轉速下連續反應15小時后，電流密度仍然可以保持在初始值的90%以上。作為析氧反應的催化劑時，在電流密度為10 mA cm^?2時Ni@NiO@C納米復合物的活性電位是380 mV (vs. RHE)。同時線性擬合的塔菲爾斜率為55 mV dec^?1。Ni@NiO@C納米復合物被用作鋰離子電池的負極材料時，在電流密度為200 mA g^?1下循環400圈后，電池容量還可以達到750 mA h g^?1。結果表明Ni@NiO@C納米復合物用于氧還原反應、析氧反應和鋰離子電池均具有優異的電化學性能。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 947-954

Article

Rational synthesis of SnS₂@C hollow microspheres?with superior stability for lithium-ion batteries

定向合成用于鋰離子電池的高穩定性SnS₂@C空心微米球

楊岵林，蘇艷輝，丁琳，林建德，朱挺*，梁叔全，潘安強*，曹國忠

摘要：錫基材料作為鋰離子電池高容量負極材料得到了廣泛研究。然而循環充放電過程中的大體積變化通常會造成電極材料粉化。本文報道了水熱法合成SnO₂@C空心微米球，再對其進行固相硫化制備SnS2@C空心微米球的方法。制得的SnS₂@C空心微米球具有獨特的碳外殼及空心結構，用作鋰離子電池電極材料時，在100 mA g^?1電流密度下表現出814 mA h g^?1的高可逆容量，優秀的循環性能(循環200圈后仍保留783 mA h g^?1，平均每圈損失0.02%)，以及出色的倍率容量(2 C時為433 mA h g^?1)。其內部空心部分可為充放電循環過程中的體積膨脹提供額外空間，同時碳外殼能夠保護微米球的完整性。該SnS₂@C出色的電化學性能展示出用于下一代鋰離子電池負極材料的應用前景。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 955-962

Article

Rational design of SnO₂-based electron transport?layer in mesoscopic perovskite solar cells: more?kinetically favorable than traditional double-layer?architecture

介孔鈣鈦礦太陽能電池中二氧化錫基電子傳輸層的合理設計: 比傳統雙層結構更具動力學優勢

董慶順，薛源，王適，王立鐸*，陳凡，張森，遲日涵，趙亮，史彥濤*

摘要：本文采用點分布SnO₂和TiO₂介孔層中的納米粒子組成的“協同層”作為高效介孔鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層襯層。基于該新策略，電荷復合和能量損失路徑被有效阻隔，使得之前報道的SnO₂基電子傳輸層介孔鈣鈦礦太陽能電池中的強烈電荷復合被有效抑制。同時，整個介孔鈣鈦礦太陽能電池的串聯電阻顯著降低。新型的電子傳輸層動力學上更有利的電子傳輸有效提升了介孔鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能，并明顯抑制了電池的回滯。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 963-976

Article

Side-chain effect of organic semiconductors in OFET-based chemical sensors

有機半導體側鏈對基于有機場效應晶體管的化學傳感器性能的影響

劉大鵬，褚瑩莉，吳小晗，黃佳*

摘要：有機場效應晶體管在化學和生物傳感、國土安全、環境監測、工業生產、醫療生物檢測中具有很大的應用前景。如何提高基于有機場效應晶體管傳感器的靈敏度和選擇性的研究已有很多報導。本文用四種具有不同長度的烷基側鏈和相同π-π共軛結構的有機半導體來制備有機場效應晶體管，集中研究有機半導體的分子結構。烷基側鏈可以減緩氨氣在有機半導體層中的擴散，阻止氨氣和導電通道之間的相互作用。研究結果揭示了改變烷基側鏈長度和薄膜厚度可以調控傳感器的靈敏度，這些結果有助于指導有機半導體材料的分子設計和種類選擇。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 977-984

Article

Remarkably high performance of clew-like ZnO superstructure in reactive adsorption desulfurization

毛線球狀ZnO超結構在反應吸附脫硫中的優異性能

白鵬*，劉博文，吳萍萍，Rooh Ullah，邢偉，閻子峰*

摘要：本文利用共聚物控制均勻沉淀法自組裝合成了一種毛線球狀ZnO超結構。通過將Ni浸漬于該氧化鋅材料上制備了一系列Ni/ZnO吸附劑。其中，樣品Ni/ZnO-4h在反應吸附脫硫中表現出極高的硫容量(189.1 mg S g-1)，是相同條件下使用普通商業ZnO制備的Ni/ZnO-C樣品的6倍。毛線球狀ZnO疏松開放的結構能夠促進反應物/產物的擴散，并抑制體積膨脹對吸附劑結構的破壞。較小的ZnO顆粒在提供較高的硫容量的同時還能促進活性組分Ni的分散，從而導致吸附劑具有較高的反應吸附脫硫性能。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 985-994

Article

Curcumin-encapsulated polymeric nanoparticles for?metastatic osteosarcoma cells treatment

負載姜黃素的聚合物納米粒子抑制轉移性骨肉瘤細胞增值和遷移

王冠祎，宋萬通，沈娜，于海洋，鄧明虓，湯朝暉*，付學奇*，陳學思

摘要：骨肉瘤是一種高轉移性的惡性腫瘤，5年生存率不到20%。姜黃素(Cur)具有治療癌癥的潛在功效，但其自身水溶性和穩定性差等性質限制了其臨床使用。本文用聚乙二醇-聚(D, L-丙交酯-乙交酯)/聚(ε-己內酯)負載姜黃素形成納米粒子，可以改善姜黃素的水溶性、穩定性和細胞內吞。與非負載的姜黃素相比，姜黃素納米粒子在抑制骨肉瘤細胞增殖和遷移方面顯示出明顯的優勢。研究結果表明，姜黃素和其納米粒子均可降低c-Myc和MMP7表達，這可以很好地解釋姜黃素納米粒子抑制骨肉瘤細胞的機制。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 995-1007

Article

Fully bio-based, highly toughened and heat-resistant poly(L-lactide) ternary blends via dynamic vulcanization with poly(D-lactide) and unsaturated bioelastomer

通過動態硫化制備的全生物基、高韌性與高耐熱聚乳酸三元共混物

司萬杰，安許沛，曾建兵*，陳玉坤，王玉忠

摘要：隨著環境污染的加劇以及不可再生石油資源的逐漸枯竭，生物基高分子材料受到了越來越多的關注。聚乳酸作為一種可再生的高分子材料，由于具有良好的生物降解性、生物相容性和機械強度，在眾多領域都具有巨大應用潛力。然而聚乳酸也存在一些缺陷限制著它的應用領域，如沖擊韌性差、耐熱形變溫度低等。基于此，我們利用動態硫化技術，將左旋聚乳酸(PLLA)，右旋聚乳酸(PDLA)以及不飽和生物基彈性體(UBE)通過自由基引發動態硫化成功制備了沖擊韌性優于高抗沖聚苯乙烯、耐熱性突出的全生物基PLLA/VUB/PDLA三元共混物，在不降低生物質含量、不影響其降解性能的情況下，實現了PLLA的高性能化。

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 1008-1022

Highlight

Unexpected boost of thermoelectric performance by?magnetic nanoparticles

磁性納米粒子意外增強熱電性能

李江宇

SCIENCE CHINA Materials 60(10): 1023-1022

本文由材料人特約作者、Sci. China. Mater.實習編輯吳禹翰整理、發布。