材料前沿最新綜述精選(2017年12月第1周)

1、Progress in Polymer Science綜述:聚合物材料制備及應用最新進展

圖1 P22 FL“開啟”信號轉導機制的示意圖

共軛聚合物（CPs）由于其優異的光電性能引起了科學家們的廣泛關注。其中，聚乙炔（PA）由于在高摻雜狀態下的導電性而引發了聚合物領域的革命。近日，來自香港科技大學的唐本忠院士和浙江大學的孫景志教授(共同通訊作者)等人概述了聚二取代乙炔(PDSAs)的最新研究進展。作者首先描述了用于二取代乙炔單體（DSAms）聚合的Pd基催化劑體系，接著討論了聚合催化劑對聚合物立體化學的影響以及立體化學對功能特性的影響。PDSAs通常具有多孔結構，對外來物質如極性不同的溶劑和金屬陽離子顯示出可變的熒光效應，這些性質表明PDSA用于熒光傳感器和探針有著良好的前景。

文獻鏈接：Poly(disubstituted acetylene)s: Advances in Polymer Preparation and Materials Application (Prog. Polym. Sci. : 10.1016/j.progpolymsci.2017.11.004）

2、Advanced Energy Materials綜述: 柔性半透明有機太陽能電池

圖2 太陽能電池結構示意圖

柔性半透明有機太陽能電池（OSC）被認為是在可穿戴能源和建筑一體化光伏領域應用最有前景的光伏器件。迄今為止，柔性OSC的最高功率轉換效率已達10％以上，半透明OSC的平均可見光透過率為37％。近日，來自中科院化學所的李永舫院士和蘇州大學的李耀文、崔超華 (共同通訊作者)等人概述了太陽能電池(OSC)相關材料和器件的最新研究進展。柔性底部透明電極(BTE)和電極緩沖層材料是組成高效率供體和受體光伏材料的關鍵，其中柔性BTE具有高導電性，低表面電阻，高光學透明性和光滑表面等優良性能；而電極緩沖層材料則具有較低的后處理溫度。

文獻鏈接：Flexible and Semitransparent Organic Solar Cells (Adv.Energy Mater.: 10.1002/aenm.201701791）

3、Advanced Energy Materials綜述: 用于鈉離子電池的層狀氧化物陰極

圖3 層狀Na氧化物晶體結構示意圖

鈉離子電池（SIBs）由于具有與鋰離子電池類似的“搖椅式”鈉儲存機制以及金屬Na資源的低成本等特性，有望將來廣泛應用于能源存儲領域。近日，來自中科院化學所的郭玉國教授和殷雅俠教授 (共同通訊作者) 等人概述了鈉離子電池（SIBs）層狀氧化物研究的最新進展。作者討論了層狀氧化物沒有吸濕特性的相變機理以及采用金屬鈉作為對電極來評估半電池中的電極性能。此外，作者還提出為進一步促進鈉離子電池的實際應用，還需要不斷進行電池組裝技術，粘合劑和電解液添加劑的優化工作。

文獻鏈接: Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries: Phase Transition, Air Stability, and Performance (Adv. Energy Mater.: 10.1002/aenm.201701912）

4、Advanced Materials綜述：金屬有機框架的催化應用

圖4 手性MIL-101合成示意圖

近日，來自中國科學技術大學的江海龍教授和日本國家產業技術綜合研究所的徐強教授(共同通訊作者)等人概述了金屬有機框架(MOF)催化應用方面取得的最新進展，包括多相催化，光催化，以及MOF和MOF基材料的電催化。作者討論了通過引入活性位點或特定功能來提高MOF催化性能的方法，活性位點的加入發揮了各組分（MOF和另外的原子/基團/客體物質）的功能從而實現了用于增強催化的“1 + 1> 2”效應。此外，作者還討論了MOF衍生物，其具有超高的化學和熱穩定性以及可調的摻雜性能，在催化反應中起著獨特的作用。

文獻鏈接：Metal–Organic Frameworks as Platforms for Catalytic Applications (Adv.Mater.: 10.1002/adma.201703663）

5、Advanced Materials綜述：來自硅藻的納米結構材料

圖5 尺寸對GO分散體流變行為的影響

硅藻是單細胞的光合微藻，分布于海洋和淡水環境中。硅藻具有微米到納米級多孔的細胞壁，具備高表面積，機械阻力，獨特的光學特性和生物相容性等優良特性，在生物醫學和能量轉換存儲領域有著諸多應用。近日，巴里大學的Gianluca M. Farinola（通訊作者）等人概述了硅藻納米技術的最新研究進展。作者討論了多種分離硅藻同時保留其完整結構的方法，通過改變其化學組成用于制備純的生物礦化硅材料。此外，作者還討論了通過轉換、模仿硅藻殼體的化學或生物方法來開發納米智能材料方面的研究進展。

文獻鏈接：Multiple Routes to Smart Nanostructured Materials from Diatom Microalgae: A Chemical Perspective (Adv.Mater.: 10.1002/adma.201704289）

6、Advanced Materials綜述：Li-O₂電池氧化還原介質的研究進展

圖6 Li₂O₂分解示意圖

Li-O₂電池因其超高的能量密度而備受關注。然而Li-O₂電池充電時所需的高電勢會降低其能量效率并分解電解質和碳電極。紅氧介質（RM）可以均勻地溶解在電解質溶液中，并且有效地氧化在放電過程中產生的Li₂O₂沉淀。近日，來自漢陽大學的Yang-Kook Sun (通訊作者)等人概述了近年來有關氧化還原介體的研究進展，并闡述了氧化還原反應的機理。討論了這種重要電池技術的發展機會，并提出了今后的發展方向。盡管RM能夠解決Li-O₂電池陽極穩定性差，往返效率低，循環壽命有限等問題，然而，有數據表明RM會參與氧還原產物（超氧化物，過氧化物）和Li金屬陽極的副反應。

文獻鏈接：Redox Mediators for Li–O₂ Batteries: Status and Perspectives (Adv.Mater.: 10.1002/adma.201704162）

7、Advanced Materials綜述：超薄2D光催化劑的研究進展

圖7 超薄TiO₂膜形成示意圖

近日，來自江蘇大學的李華明教授和南洋理工大學的劉政教授(共同通訊作者)等人概述了超薄二維光催化劑的最新研究進展，并對超薄二維光催化劑的分類，可控合成，形成機理進行了評述。作者總結了超薄二維光催化劑電子結構的調整方案，包括組分調整，厚度調整，摻雜和缺陷工程。為進一步提高其光催化性能，文中提出引入外來組分與超薄2D結構雜化，例如量子點/ 2D材料，單原子/ 2D材料，分子/ 2D材料和2D-2D堆疊材料等。此外，作者還討論了超薄二維光催化劑在水氧化，析氫，二氧化碳還原，固氮和有機合成等領域的應用進展。最后，文章介紹了超薄二維光催化劑在未來將會遇到的機會和挑戰。

文獻鏈接：Ultrathin 2D Photocatalysts: Electronic-Structure Tailoring, Hybridization, and Applications (Adv.Mater.: 10.1002/adma.201704548）

8、Chemical Society Reviews綜述：富勒烯電荷轉移的研究

圖8 供體-橋-受體系統下光致激發過程示意圖

近日，來自埃爾朗根-紐倫堡大學的D. M. Guldi (通訊作者)等人概述了近25年來在富勒烯電荷轉移化學方面的研究。作者討論了富勒烯和卟啉在電子供體-受體結合物之間的界面相互作用，以及自組裝的結合物和共晶體的光伏性能。通過比較分子系統，結晶顆粒系統和散裝體系之間的相似性和差異性對卟啉進行了深入研究。此外，作者還討論了卟啉的光致激發機械性能，包括光捕獲，能量轉移（EnT），電荷分離（CS），電荷轉移（CSH），電荷轉移和電荷重組（CR）等。

文獻鏈接：Fullerenes – how 25 years of charge transfer chemistry have shaped our understanding of (interfacial) interactions (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00728K ）

9、Accounts of Chemical Research綜述：電池電解質電化學穩定性和界面結構

圖9塑隱式溶劑結構圖

在電池中，電解質應該在電極界面處熱力學穩定，或是通過形成電絕緣體而不是離子導電相在動力學上保持穩定。傳統優化電解質的方法是添加助溶劑和犧牲添加劑來減少電極表面的氧化。近日，來自美國陸軍研究實驗室的Oleg Borodin(通訊作者)等人概述了應用電位函數預測電解質穩定性及初始氧化和還原反應變化的新方法。作者通過分子動力學模擬，證明了陰離子可以被設計成優先從正電極吸附或從不斷增加的電極電位解吸。運用杠桿原理可以決定陰離子氧化的順序并有效地選擇犧牲陰離子來進行分解。此外，作者還通過表面增強紅外光譜證實了在高濃度水性電解質中MD模擬所預測出的雙（三氟甲烷）磺酰亞胺（TFSI）和三氟甲磺酸鹽（OTF）的相反電吸附行為。

文獻鏈接：Modeling Insight into Battery Electrolyte Electrochemical Stability and Interfacial Structure (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00486）

10、Accounts of Chemical Research綜述：從原子尺度研究納米線的氣液固生長

圖10 VLS生長過程示意圖

氣-液-固（VLS）晶體生長及其相關的生長模式能夠合成一維納米結構材料，通常稱為“納米線”，其納米尺度的不均勻性可以被軸向編碼。為了充分理解VLS增長的微觀動態過程，需要在原子尺度上運用理論物理進行探索。近日，來自佐治亞理工學院的Michael A. Filler (通訊作者)等人概述了關于VLS晶體生長的原子尺度熱力學和動力學現象的研究進展。作者通過原位表征工具（如電子顯微鏡，紅外光譜儀和X射線衍射儀），觀察了納米線生長過程中的溶解及結晶等周期性變化，以及納米線表面的狀態隨著吸附和解吸而產生的現象。此外，作者對未來進行了展望，隨著分辨率的提高以及觀測設備的改進，納米線生長動力學和熱力學會有更深入的研究。

文獻鏈接：Atomic-Scale Choreography of Vapor–Liquid–Solid Nanowire Growth (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00392）

11、Nature Reviews Materials綜述：植入式電子設備的研究進展

圖11 可拉伸電子產品的制造原理圖

生物醫學電子設備與人體連接可以提供精確的醫療數據，并可以通過電刺激影響組織的功能。近日，來自特拉維夫大學的Tal Dvir (通訊作者)等人概述了與生理學和病理學相關的組織特性以及生產植入式電子設備的技術工藝。作者總結了柔性和可拉伸電子設備的設計原則以及適應軟組織的機制，如導電聚合物，液態金屬合金，金屬翹曲和曲折結構等。此外，作者還進一步討論了以微創方式將裝置插入體內的技術，并在沒有進一步影響的情況下將其取出。最后，作者介紹了電子器件與生物材料和細胞相結合的概念，以及這些技術如何促進仿生器官再生醫學的發展。

文獻鏈接：Tissue–electronics interfaces: from implantable devices to engineered tissues (Nat.? Rev. Mater.: 10.1038/natrevmats.2017.76）

12、Nature Reviews Chemistry綜述：金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池的研究進展

圖12 鈣鈦礦結構和帶隙示意圖

基于金屬鹵化的物鈣鈦礦太陽能電池由于其成本低廉、制備工藝簡單和高效率等優點受到科學家們的廣發關注，將鈣鈦礦吸收體材料結合到多結電池中可以實現更高的功率轉換效率。近日，來自華盛頓大學的Giles E. Eperon和牛津大學的Henry J. Snaith (共同通訊作者)等人概述了鈣鈦礦多結電池的研究進展。將多個太陽能吸收器接合部分疊在一起能夠吸收太陽光譜的不同區域，從而可以從太陽光中提取更多的能量。鈣鈦礦可以與已經在光伏技術使用中的硅結合或作為硅的替代物，并且鈣鈦礦還可以在混合串聯結構中組裝，或者在全鈣鈦礦多結電池中分層。最后作者討論了鈣鈦礦多結電池未來的前景和所要面臨的挑戰。

文獻鏈接：Metal halide perovskite tandem and multiple-junction photovoltaics (Nat. Rev. Chem.: 10.1038/s41570-017-0095）

本文由材料人編輯部學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

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