頂刊動態｜4月份Science材料前沿科研成果精選

Science四月熱點預覽：賓夕法尼亞大學僅用膠體納米晶制成柔性場效應納米晶體管；新罕布什爾州大學制備具有磁性的氫化石墨烯；丹麥科技大學通過鑭系金屬調節鉑合金的電催化性能；荷蘭奈梅亨大學研制出單原子存儲器；荷蘭納米光子學研究所中心總結光伏發電系統研究進展。

1、賓夕法尼亞大學僅用膠體納米晶制成柔性場效應納米晶體

膠體納米晶體材料可以制備出性能截然不同的器件，比如導體、半導體和絕緣體。雖然這種材料已經應用于電子設備，但現有設備里通常只會含有一種用該材料制備的組件。

賓夕法尼亞大學的Ji-Hyuk Choi、Cherie R. Kagan等人，采用基于溶液加工的方法，通過選擇合適的材料、界面相容條件以及加工工藝，從而調節納米晶體管的尺寸、形狀和組成，以制成不用性能的組件。他們以此制備了塑料柔性場效應納米晶體管所需的所有組件，該晶體管的電子遷移率為21.7cm2/vs。

這種柔性晶體管成本低、性能好、應用廣泛，提高了膠體納米晶體的競爭優勢。

文獻鏈接：Exploiting the colloidal nanocrystal library to conelectronic struct devices

2、新罕布什爾州大學制備具有磁性的氫化石墨烯

研究最廣泛的二維晶體就是石墨烯，性能優異，本身卻沒有磁性。引入磁性最好的方法是去掉個別碳原子，或者氫化。但由于其化學性質穩定，現在仍是一個難題。

新罕布什爾州大學Gonzales-Herrero等人，首先利用STM針尖去除了石墨烯上一個區域內所有的氫原子，隨后有序地增加了14個氫原子。實驗結果和模擬結果都顯示，這種材料具有低磁性。

這種方法一旦實現工業化，借助石墨烯特異的結構，可以用于儲存高密度的信息。S. M. Hollen評價這種方法類似于在畫板上畫畫。

文獻鏈接：Atomic-scale control of graphene magnetism by using hydrogen atoms

3、丹麥科技大學通過鑭系金屬調節鉑合金的電催化性能

燃料電池汽車彌補了鋰電汽車充電時間長，續航能力短，無法在低溫下使用的缺點。鉑作為聚合物膜燃料電池的陰極催化劑，具有很高的ORR催化性能。但由于鉑為貴金屬，因此減少鉑的使用，同時獲得高ORR催化性能就顯得尤為必要。

丹麥科技大學Escudero-Escribano等人研究了一系列鉑與鑭系元素和堿金屬組成的合金的ORR催化性能。相較于純鉑，性能最高提升了6倍。鑭系金屬與鉑有著很好的協同作用，這使得鉑合金的ORR催化性能優于純鉑。精心的調控合金組成加之合理的退火處理工藝，將會獲得十分優異的催化活性和長久的穩定性。

文獻鏈接：Tuning the activity of Pt alloy electrocatalysts by means of the lanthanide contraction

4、荷蘭奈梅亨大學研制出單原子存儲器

單原子磁鐵集合存儲信息是數據存儲技術小型化的核心，每一個原子有兩個方向可存儲少量信息。然而，很難在單原子中保留剩磁，因為要削弱外界環境波動的影響，將不可避免地破壞磁區，使磁性存儲器信息被擦除。Alexander Ako Khajetoorians等發現單一鈥（Ho）原子具有剩磁性，溫度上限可達40 K，且大小和穩定性遠高于原子尺度為3-12個磁鐵原子的現有記錄。

單原子磁鐵集合能夠用作未來的存儲設備，在工程上也可以為旋轉磁場中心的磁力耦合器提供一個適宜的路徑。

文獻鏈接：Toward single-atom memory

5、荷蘭納米光子學研究所中心總結光伏發電系統研究進展

近幾年的大型光伏發電系統高速發展。由于光伏發電系統的成本在一定程度上僅取決于太陽能電池的成本，因此需要提高電池效率以降低太陽能發電成本。目前有幾個機構正在研究，以研制出高效率、低成本的光伏發電系統。Albert Polman等人，全面系統地回顧了領先的候選材料，提出了每個系統的局限性，并分析了如何克服這些困難，以使整體性能提高。

文獻鏈接：Photovoltaic materials: Present efficiencies and future challenges

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