納米材料前沿研究成果精選【第5期】

1.Nature Communications：光驅動超穩定納米機械轉子

納米機械裝置吸引了越來越多的跨學科研究團體的興趣，因為它們可以用作各種物理量的高度敏感的換能器。對這些系統的精確控制有助于在物理學基礎上進行實驗。近日，維也納大學的Stefan Kuhn（通訊作者）團隊報道了將時鐘穩定性轉換為真空中光學捕獲的硅納米棒的旋轉。 通過用圓偏振光周期性地驅動旋轉，創建了一個納米力學轉子，其旋轉頻率fr和頻率噪聲由周期性驅動單獨確定。 這種從動轉子對非保守力敏感，工作頻率可以調節近1012倍的線寬。 通過這種方法，頻率穩定性不受材料應力，激光噪聲和碰撞阻尼的影響。 被驅動的納米旋轉器可在室溫下工作，并且可在從低真空到中真空的寬壓力范圍內工作，實現三分之一壓力分辨率，原則上允許低于zepto-Nm水平的轉矩靈敏度。

文獻鏈接：Optically driven ultra-stable nanomechanical rotor （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01902-9）

2.Nature Communications：金底物相互作用在催化金亞納米團簇中的關鍵作用

金在催化中的應用在過去的25年中經歷了巨大的發展，主要是由于其在溫和的反應條件下的高催化性能和在有機官能團轉化中的高選擇性。 根據金的氧化和聚集狀態，已經開發了不同類型的反應。 因此，Au（0）以小尺寸納米粒子（AuNPs）的形式用于非均相催化活化C-X鍵（X = C，H，鹵素等），而Au（I）和Au（III）物質被廣泛用作活化烯烴和炔烴的均相催化劑，金催化劑的發展使得有機合成的活性和復雜性大大提高。最近，報道了使用非常活躍的小金子亞群（Aun，n <10）。這種納米催化劑的穩定化以防止自聚集是一個真正的挑戰，已經部分地得到了解決，例如，通過固定在聚合物基質中。近日，西班牙拉里奧哈大學Gonzalo Jiménez-Osés和José M. López-de-Luzuriaga（共同通訊）團隊的工作描述了通過烷基鏈或芳族基團附加到簡單炔烴的反應性π鍵上的非常小的金亞納簇（Aun，n <5）的瞬態穩定。中長鏈脂肪族炔烴（1-己炔和1-二十烷）和苯乙炔相對于苯乙炔的布朗斯特無酸水合的優越性能被實驗證明，并在計算上進行研究。由量子力學計算和時間分辨發光實驗支持的色散Au ... C-H和/或Au ...π相互作用的協作網絡被認為是這種穩定的起源。

文獻鏈接：The key role of Au-substrate interactions in catalytic gold subnanoclusters （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01675-1）

3. ACS Nano: 在鐵磁稀土表面合金上取向有序納米線的聚合

磁性底物與分子覆蓋層的高反應性迄今為止抑制了更復雜的表面上反應的實現，從而剝奪了顯著類別的化學定制的有機物如石墨烯納米帶，寡核自旋鏈和金屬有機網絡的這些界面。近日，西班牙CFM材料物理中心-MPC的Jens Brede（通訊作者）團隊提出了一種多技術表征聚合4,4"-二溴對三聯苯前體有序的聚（亞苯基）陣列頂部的雙金屬GdAu2表面合金。隨著溫度依賴性X射線光電子能譜，溴分裂的活化溫度和隨后的分子前體的同時偶聯。通過低能電子衍射和掃描隧道顯微鏡進行超分子和聚合物相的結構表征，建立了延伸到中尺度的非常有序的程度。 利用高均勻性，利用角分辨光電子能譜測定了價帶的電子結構。 重要的是，觀察到局部分子軌道轉變成高度分散的π-帶（成功聚合的指紋），同時使所有表面相關的帶完好無損。 此外，通過X射線吸收光譜學證明了所有相的GdAu2中的鐵磁有序性。 將原位精確生長的共價鍵大分子原位方法轉移到磁性稀土合金上，是研究和控制固有的碳基和稀土基磁性的重要一步。

文獻鏈接：Polymerization of Well-Aligned Organic Nanowires on a Ferromagnetic Rare-Earth Surface Alloy （ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b06374）

4.JACS: N配位雙金屬位點的設計：用于酸性氧還原反應的穩定且活性的PtFree催化劑

目前，報道的非貴金屬催化劑催化的ORR活性由于嚴重的浸出而在酸性介質中緩慢，表現為較大的超電位（40-400mV）和穩定性差于市售的Pt / C。為了實現商用Pt基材料的替代，中國科學技術大學吳宇恩教授和西安交通大學常春然副教授（共同通訊）團隊開發了一種主客體策略，構建了一種在N摻雜多孔碳上嵌入Fe-Co雙重位點的電催化劑，并展示了其在酸性電解質中氧還原反應的活性。該催化劑表現出優異的氧還原反應性能，具有與市售的Pt / C相當的起始電位（Eonset，1.06 vs 1.03V）和半波電位（E₁ / 2,0.863 vs 0.858V）。燃料電池測試表明（Fe，Co）/ N-C比H₂ / O₂和H₂ /空氣中報道的大多數無Pt催化劑優異。 此外，這種具有雙金屬位點的陰極催化劑在長期運行中是穩定的，電極測量為50,000次循環，H2 /空氣單室操作為100小時。 密度泛函理論計算揭示了雙重位點有利于O-O的激活，對四電子氧還原至關重要。

文獻鏈接：Design of N?Coordinated Dual-Metal Sites: A Stable and Active PtFree Catalyst for Acidic Oxygen Reduction Reaction?(J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b10385）

5. Nature Communications：大量子點的非通用傳輸相位行為

電子波函數通過量子點在相干傳輸中經歷相位修改。當掃描到庫侖阻塞共振時，該傳輸階段經歷π的特征偏移。在連續的共振之間，根據量子點狀態的奇偶性，理論上期望發生π的傳輸相位逝去或相位平穩。盡管相當多的實驗努力，這個傳輸階段行為仍然是一個大量子點難以捉摸。近日，法國格勒諾布爾-阿爾卑斯大學的Christopher B?uerle （通訊作者）團隊提出了跨越這樣一個容納數百個電子的大量子點的傳輸相位測量。用一個原始的雙路干涉儀沿著14個連續的共振掃描傳輸相位，并觀察到相位失效和平臺。研究證明，量子點變形通過涉及的量子點狀態的奇偶校正修改改變了相位失效和高原的順序。這一發現為全面了解量子點的傳輸階段設定了里程碑

文獻鏈接：Non-universal transmission phase behaviour of a large quantum dot （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01685-z）

6. Nature Communications：由金屬有機骨架制造高負載的二氧化硅負載的鈷費托催化劑

制備高負載金屬納米載體催化劑的合成方案的發展在過去幾年得到了很大的關注。 由于這些關鍵性能參數之間有明確的相互依賴性，獨立控制金屬負載，納米粒子尺寸，分布和可接近性已經被證明是具有挑戰性的。 近日，德爾福特理工大學及國王阿卜杜拉科技大學的 Jorge Gascon（通訊作者）提出了一種逐步的方法，使用含鈷金屬有機框架作為硬模板（ZIF-67），解決了這個長期的挑戰。 二氧化硅在空間的Co-金屬有機框架中的縮合，然后熱解并且隨后煅燒這些復合物使得高負載的鈷納米復合材料（重量約50％的Co）具有約80％的氧化鈷還原性和良好的顆粒分散性，在費 - 托合成中表現出高活性，C5 +選擇性和穩定性。

文獻鏈接：Manufacture of highly loaded silica-supported cobalt Fischer–Tropsch catalysts from a metal organic framework （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01910-9）

7. Nature Communications：II型Weyl半金屬WP₂和MoP₂中的極高的磁電阻和電導率

狄拉克和外爾半金屬表現出交叉的獨特帶結構可導致壯觀電子性質：如大遷移率非常高的磁阻通過伴隨。特別是，相同手性的兩個緊密相鄰的Weyl點通過結構失真或缺陷被保護免于湮滅，從而顯著地降低它們之間的散射概率。近日，德國馬克斯·普朗克固體化學物理研究所Claudia Felser和Nitesh Kumar （共同通訊）團隊通過運輸，角分辨光電子能譜和第一原理計算的電子性質提出了過渡金屬二磷化物，WP₂和MoP₂，具有大量的韋爾點，屬于II類Weyl半金屬。WP₂的單晶顯示其具有極低的低溫電阻率（3nΩcm），同時又在63T和2.5K時，表現出超高的各向異性的磁阻。從運輸測量的WP₂中可觀察到電荷載流子后向散射的大量抑制。作者提出這些性質可能是由該化合物中表達的新穎的Weyl費米子引起的。

文獻鏈接：Extremely high magnetoresistance and conductivity in the type-II Weyl semimetals WP₂ and MoP₂ （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01758-z）

8. Nature Communications：稀土鎳酸鹽中結構觸發的金屬 - 絕緣體轉變

稀土鎳化物形成了一系列相關的鈣鈦礦氧化物。除了LaNiO₃之外，它們還表現出冷卻至尖銳的金屬 - 絕緣體電子相變，同時發生結構相變以及磁性相轉變成反常的反鐵磁自旋。由于缺乏對電子，結構和磁性之間相互作用的全面理解，因此對這些化合物的充分利用仍然受到阻礙。近日，比利時列日大學的Philippe Ghosez（通訊作者）團隊提出從第一性原理計算顯示鎳化物的金屬 - 絕緣體轉變是由氧 - 呼吸變形的軟化產生的，由氧 - 八面體旋轉運動在結構上觸發。這種罕見的觸發機制的起源可以追溯到它們的電子和磁性特性。作者進一步發展到Landau模型，考慮稀土陽離子的金屬 - 絕緣體轉變演化，并且通過氧氣旋轉運動來合理調整這個轉變。

文獻鏈接：Structurally triggered metal-insulator transition in rare-earth nickelates （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01811-x）

本文由材料人編輯部納米學術組Jing供稿，材料牛編輯整理，?點我加入材料人編輯部。

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