盤點：2017年Science?China?Materials封面都報道了什么？

SCIENCE CHINA Materials

2017

Cover Collections

一月

Tuning crystal polymorphs of a π-extended?tetrathiafulvalene-based cruciform molecule towards?high-performance organic field-effect transistors

通過晶相調控實現高性能十字形TTF分子場效應晶體管器件構筑

馮琳琳，董煥麗*，李清源，朱偉剛，仇格格，丁尚，李旸，Mikkel A. Christensen，Christian R. Parker，魏鐘鳴，MogensBr?dsted Nielsen，胡文平

摘要：有機分子溶劑的選擇對于調控不同晶相來說有著關鍵性作用。本文通過兩種溶劑的調控，成功得到茚并芴四硫富瓦烯(IF-TTF)兩種不同的晶相—α相帶狀晶體和β相片狀晶體，并對兩種晶相的內部分子排列堆積情況進行了一系列的對比分析。結果表明場效應電荷傳輸能力隨著晶相的不同而有所差異，直接證明了分子堆積的合理調控對實現有機半導體材料高性能電荷傳輸性能的重要性。

SCIENCE CHINA Materials?2017, 60(1): 75-82

二月

Reduced-sized monolayer carbon nitride nanosheets?for highly improved photoresponse for cell imaging?and photocatalysis

具有顯著增強光響應的小尺寸單層石墨相氮化碳納米片用于細胞成像及光催化

梁慶華，李智，白宇，黃正宏*，康飛宇，楊全紅*

摘要：不含金屬的二維石墨相氮化碳納米片由于具有優異的催化、光學及電學性能而受到研究者的廣泛關注。然而制備納米級尺寸的單層石墨相氮化碳納米片仍然存在挑戰。本文采用一種高效超聲方法制備了橫向尺寸約為55 nm，厚度約為0.6 nm的單層石墨相氮化碳納米片(NMGCNs)。由于其納米級尺寸及單層片狀結構，NMGCNs表現出與大尺寸納米片和量子點顯著不同的光響應特性。NMGCNs的水分散溶液具有良好的穩定性能和優異的熒光性能，熒光量子產率可達32%，所以可用于細胞熒光成像。此外，NMGCNs表現出比多層石墨相氮化碳納米片更優異的可見光催化性能。獨特的小尺寸及單層超薄結構使得NMGCNs在傳感器和光電子等領域都具有潛在應用前景。

SCIENCE CHINA Materials?2017, 60(2): 109-118

三月

Promoting charge carrier utilization by integrating?layered double hydroxide nanosheet arrays?with porous BiVO₄ photoanode for efficient?photoelectrochemical water splitting

水滑石納米片陣列/多孔BiVO₄復合光陽極用于高效光電催化分解水

黃義，于一夫，信雅妮，孟楠楠，余玉，張兵*

摘要：可再生清潔能源的不斷探索推動了高活性的光電催化分解水材料的開發。然而, 提高光電材料的載荷子利用率仍是材料與光電化學領域的一個重要挑戰。本文報道了一種簡單的方法來構筑由多孔BiVO₄薄膜作為光吸收劑和水滑石(LDH)納米片陣列作為產氧助催化劑(OECs)的復合光電陽極。由于多孔BiVO₄膜高效的電荷分離效率和LDH納米片陣列優異的水氧化活性協同效應，所制備的BiVO₄/NiFe-LDH光電陽極展現出優異的光電催化分解水性能，在1.23 V(相對于可逆氫電極(RHE))下光電流密度達4.02 mA cm^?2。此外，BiVO₄/NiFe-LDH光陽極表面的O₂產生速率高達29.6 μmol h^?1 cm^?2，并且活性可以維持30小時以上。此外，通過將一定量的Co²⁺離子摻雜到NiFe-LDH中作為OEC，可以進一步增強復合光電陽極的性能。在1.23 V(相對于RHE)下，光電流密度高達4.45 mA cm^?2，該值是目前報道的基于未摻雜BiVO₄光陽極的最高值。

SCIENCE CHINA Materials?2017, 60(3): 193-207

四月

Fast synthesis of uniform mesoporous titania?submicrospheres with high tap densities for?high-volumetric performance Li-ion batteries

快速制備均勻的高振實密度亞微米級二氧化鈦介孔球及其在鋰離子二次電池中的應用

朱坤磊，孫穎慧，王榮明，單忠強*，劉鍇*

摘要：隨著人們對電動汽車和可穿戴電子產品需求的增加，開發具有高體積比容量的鋰離子二次電池非常必要，特別是制備高振實密度的電極材料尤為重要。TiO₂是一種具有應用前景的陽極材料，然而它們的振實密度普遍較低(通常小于<1 g cm^?3)。本論文報道了一種均勻的亞微米級TiO₂介孔球，其振實密度高達1.62 g cm^?3。以其作為鋰離子二次電池的陽極材料時，在高達24 mg cm^?2的負載量的情況下，TiO₂介孔球的體積比容量比其他對比TiO2材料的體積比容量高出2倍之多。制備該TiO₂介孔球僅需6 h的反應時間且產率接近100%，因此其工業化生產可能性很大。此外，該制備方法的普適性非常好，其他高振實密度介孔材料，如亞微米級Li₄Ti₅O₁₂介孔球，也可采用類似方法制備，因此，本工作可為工業化制備高振實密度介孔材料及其在高體積比容量鋰離子二次電池中的應用提供重要借鑒。

SCIENCE CHINA Materials?2017, 60(4): 304-314

五月

Synthesis and catalytic property of?urania-palladium-graphene nanohybrids

二氧化鈾-鈀-石墨烯納米復合材料的合成及其催化4-硝基苯酚還原反應的研究

丁莉, 張則堯, 李彥*

摘要：本文通過溶劑熱方法合成了二氧化鈾-鈀-石墨烯納米復合材料。在這種復合材料中，金屬鈀和二氧化鈾的納米晶負載在石墨烯氧化物上，且鈀納米晶與二氧化鈾納米晶密切接觸。這一復合材料對4-硝基苯酚還原反應表現出良好的催化活性，二氧化鈾在其中發揮了關鍵作用。二氧化鈾有效地防止鈀顆粒在溶劑熱過程中團聚、長大；此外，在鈀與二氧化鈾界面處，電子從鈀轉移至二氧化鈾表面，為催化還原反應提供了更多的吸附和反應位點，從而有效地提高了催化劑活性。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(5): 399-406

六月

Magnetic drug delivery systems

基于磁性質的藥物遞送系統

劉洋，李明熹，楊芳*，顧寧*

摘要：隨著過去幾十年來生物醫學納米技術和納米材料領域的持續發展，基于納米顆粒的藥物輸送系統逐漸開始有望應用于臨床研究。其中，由于具有良好的生物相容性和優異的多功能負載能力，基于磁性納米粒子的磁性藥物傳遞系統受到越來越多的關注。本綜述首先總結了磁性藥物傳遞系統的基本物理化學性質，以闡明磁性藥物傳遞系統需要保持適當的性能以滿足特定的臨床需要；其次，討論了在設計未來臨床應用的磁性藥物傳遞系統時的表面修飾和功能化問題；最后，重點綜述了磁性納米顆粒、磁性組裝體以及磁性微泡、磁性脂質體和生物膜修飾的磁性載體系統的設計和制備最新進展。最后，本綜述對目前研究的磁性載體系統的設計、制備和安全性進行了總結，并對未來進一步解決磁性藥物傳遞系統的臨床應用瓶頸和前景進行了展望。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(6): 471-486

七月

Highly active CeO₂ hollow-shell spheres with Al doping

鋁摻雜氧化鈰多殼層空心球的可控合成及其催化應用

王祖民?，姜帥宇?，李彥輝，徐鵬飛，趙昆，宗玲博，王浩，于然波*

摘要：本文利用多孔碳球為模板，通過競爭吸附控制煅燒法制備了鋁摻雜的氧化鈰多殼層空心球材料。通過XRD、SEM、TEM對所得材料的結構、表面形貌以及熱穩定性能進行了表征，結果表明該方法制備的不同摻雜比例的多殼層空心球均一分散，鋁原子被均勻地分布到氧化鈰的晶格中，使其熱穩定性得到提高。XPS結果表明鋁的摻雜大大提高了材料中三價鈰和表面氧空位的比例，所以當其被作為催化劑載體時，負載的金納米粒子更加分散且與載體結合作用更強。將該催化劑應用于硝基苯酚加氫反應，其催化活性比未摻雜鋁的樣品提高了一倍。本文研究結果表明鋁摻雜可以有效提高氧化鈰催化劑的穩定性和活性；競爭吸附控制煅燒法是制備空心摻雜材料的一種簡單實用的方法。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(7): 646-653

八月

Synthesis of single-crystal hyperbranched rhodium nanoplates with remarkable catalytic properties

超支化Rh單晶納米薄片的合成及其催化性能研究

張嘉偉，陳梅珊，陳佳煜，李慧齊，王蘇恒，匡勤*，曹振明，謝兆雄*

摘要：貴金屬納米晶的催化性質與其結構密切相關。比表面積越大、配位不飽和的邊角原子密度越高，貴金屬納米晶在催化反應過程中表現出的性能往往越優異。相比于常見的具有完整幾何形貌的貴金屬納米晶，具有多重分級結構特征的超支化貴金屬納米晶擁有更大的比表面積以及更豐富的配位不飽和的活性位點，因此被認為是一種潛在的性能優異的催化劑。 但這種具有多重分級結構特征的超支化貴金屬納米晶無論是在生長機理研究還是可控制備上都還存在巨大的挑戰。本文通過簡單的濕化學法成功制備出一種具有多重分級結構特征的超支化Rh納米薄片。該產物由三角形納米片在擴散限制條件下分級生長形成，整體呈現三次對稱性的單晶特征。研究表明，該納米結構不僅具有出色的結構穩定性，而且其生長級數可通過反應溶劑比例的簡單調節進行調控，從而實現Rh納米薄片比表面積和位于邊/角活性位點的原子比例的調控。由于擁有更大的比表面積以及更為豐富的配位不飽和的活性位點，這種具有多重分級結構的超支化Rh納米薄片在乙醇電催化氧化和苯乙烯催化加氫催化反應中展現出了比目前主流商業催化劑Rh黑更為優異的催化活性。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(8): 685-696

九月

Microfluidic generation of Buddha beads-like microcarriers for cell culture

微流控制備仿佛珠微載體用于細胞培養研究

王潔，鄒旻含，孫靈鈺，程瑤，商珞然，付繁繁，趙遠錦*

摘要：構建可用于細胞三維培養的多功能微載體在組織工程的應用中至關重要。本文受佛珠手串中佛珠可以在繩子上自由滑動這一特殊結構的啟發，利用毛細管陣列微流控技術制備了一種具有可控大孔微結構的新型異質細胞微載體，用于細胞三維培養。仿佛珠微載體的構建首先需要通過海藻酸鈉與鈣離子的快速凝膠化形成海藻酸鈣纖維，隨即在纖維上包覆可聚合的細胞預聚溶液，通過流體的剪切實現溶液乳化并將其固化聚合，從而獲得串有可以自由滑動的微載體的纖維串。纖維上釋放的微載體中間的大孔結構的尺寸高度可控，這一特點在微載體用于細胞三維培養中具有重要意義，因為微載體中間的大孔結構能夠有效保證載體內部細胞氧氣、營養物質的充分交換，減少細胞壞死。此外，通過將多種細胞預聚溶液引入微流控通道中，還可以獲得具有多組分異質結構的細胞微載體，從而有望實現體內復雜的組織器官結構與功能的模擬。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(9):?857-865

十月

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 2017, 60(10): 909-917

十一月

Advanced carbon materials for flexible and wearable?sensors

碳材料基柔性可穿戴傳感器

蹇木強，王春雅，王琪，王惠民，夏凱倫，訚哲，張明超，梁曉平，張瑩瑩*

摘要：近年來，柔性傳感器因其在可穿戴電子設備和智能系統中的廣闊應用前景而備受關注。柔性可穿戴傳感器具有高靈敏度、良好的機械柔性、優異的穩定性、人體友好性等特點，在人體運動與生理信號監測、環境因素檢測等方面具有極大的應用潛力。一般而言，柔性傳感器的性能主要取決于敏感材料的選擇與器件的結構設計。得益于其優異的性能和靈活多樣的組裝結構與形貌，碳材料是目前應用最廣泛的敏感材料之一。根據需求, 納米碳材料可組裝為各類宏觀結構，比如一維的纖維，二維的薄膜和三維的塊體結構，從而可用于制備各種柔性傳感器以適應不同的需求。此外，通過規模化、低成本的高溫碳化工藝可以將天然生物質材料轉化為柔性、導電碳材料，并用于高性能柔性傳感器制備。本文針對碳材料在柔性器件中的應用，綜述了各類碳材料的制備方法與結構特點，并重點介紹了其柔性可穿戴傳感器的制備與性能。第一部分簡要介紹了柔性傳感器與碳材料; 第二部分概述了四類典型柔性傳感器的工作原理與性能特點; 第三部分詳細綜述了一維、二維和三維碳材料的制備方法與其在柔性傳感器的組裝、性能與應用方面的最新研究進展; 最后，總結了碳基柔性傳感器領域的發展現狀，討論了該領域所面臨的挑戰及其未來前景。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(11),?1026-1062

十二月

Rapid room-temperature synthesis of hierarchical?porous zeolitic imidazolate frameworks with high?space-time yield

快速常溫合成高空時產率的多極孔ZIFs材料

段崇雄，李非兒，肖靜，柳澤偉，李超*，奚紅霞*

摘要：在常溫下快速合成具有多級孔結構的ZIFs材料具有重要的意義：一方面，多級孔道結構能有效地增加分子擴散速率、降低其傳質阻力，這對于涉及大分子參與的反應具有重要意義嗎，擴大了材料的應用范圍；另一方面，在常溫下快速合成ZIFs材料不僅能大幅降低能源消耗，并且能極大地提高生產效率，是一種綠色高效的工藝路線。本文采用有機胺類作為模板，首次在常溫下快速合成具有高空時產率的3種多級ZIFs材料(ZIF-8，ZIF-61以及ZIF-90)，材料的合成時縮短至1分鐘，同時兼具微孔，介孔，大孔結構。此外，ZIFs產物的形貌和多孔性質可以通過調節胺模板的類型或者合成時間來調控。更為重要的是，ZIFs材料的空時產率高達1.29×104 kg m^-3?d^-1，比之前報導過的值高出3倍,這為ZIFs材料的商業化生產提供了可能。最后，我們通過對有機胺類分子進行計算機模擬，再結合之前文獻報導的結果，得到了一般性的合成機理：一方面有機胺作為質子化劑使得有機配體去質子化，被質子化的配體迅速地和金屬離子結合形成金屬有機骨架；另一方面，有機胺作為模板被用來引導介孔和大孔結構的形成。

SCIENCE CHINA Materials, 2017, 60(12): 1205-1214

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

如果您也的成果有計劃上期刊封面，歡迎聯系我們制作期刊封面圖片。材料人科研繪圖解決方案，可提供期刊封面體、TOC圖、流程圖、零件圖等圖片繪制，出圖快效果好。點擊鏈接：http://cailiaoren.mikecrm.com/hdDFVHm，或者掃描下方二維碼，提交您的繪圖需求。

或者直接聯系客服微信（微信號：iceshigu）