材料前沿最新綜述精選(2018年2月第2周)

1、Prog. Polym. Sci.綜述：聚合物膜和飲用水再利用工藝

圖1 聚合物膜的應用模板類型示意圖

傳統的水資源在許多地區都不足以滿足人口增長的需求，因此重復利用就可以作為一種增加供水的手段。膜技術的最新進展已經允許回收城市廢水用于生產飲用水，即可再利用。近日，麻省理工學院John H. Lienhard V（通訊作者）等人通過開發多種膜，用于去除從顆粒、病原體到溶解的有機化合物和鹽的水污染物。文章討論了包括孔尺寸，潤濕性，表面電荷，粗糙度，耐熱性，化學穩定性，滲透性，厚度和機械強度在內的膜性質在膜和應用之間的關系。此外，文章總結了聚合物膜在廢水處理飲用水水質中的作用，并突出分離過程的最新進展。文章也為膜包裝飲用水的再利用（包括化學和生物污染物排斥和膜污染）等領域做了進一步研究和開發。

文獻鏈接：A review of polymeric membranes and processes for potable water reuse （Prog. Polym. Sci.,2018,DOI：10.1016/j.progpolymsci.2018.01.004）

2、Adv. Mater. 綜述：金屬有機框架用于光敏材料功能的研究

圖2 使用PSE將[FeFe] dcbdt（CO）6并入UiO-66的示意圖

金屬有機骨架（MOFs）是一種具有多種功能的工具平臺，MOF的附加功能可以為各種應用生成新型材料。近日，同濟大學費泓涵、李良春、閆冰（共同通訊作者）等人對用作光敏材料的MOF的功能化進行了實驗研究：第一，通過化學方法，用金屬簇和有機連接體在MOFs中進行合成修飾，即在孔隙表面上的位置以及孔內光敏部分的化學捕獲，從而產生具有化學功能的材料，用于光分解和CO₂還原；第二是MOFs光化學反應的功能化和這種材料的多功能應用。文章還總結了通過孔隙表面和毛孔內光化學反應將MOF官能化的最新研究；第三，文章還介紹了光功能材料MOF的功能化，包括光致發光調諧和集成，光致發光LED器件和條形碼以及化學傳感的光物理應用。

文獻鏈接：Functionalization of Metal–Organic Frameworks for Photoactive Materials（Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1002/adma.201705634）

3、Adv. Mater.綜述：可編程多功能DNA基材料的生物醫學應用

圖3? DNA納米結構及其生物醫學應用

DNA編碼遺傳信息近來成為材料科學的重要力量。近日，芬蘭埃博學術大學Zhang Hongbo（通訊作者）等人，鑒于只有四種類型的核苷酸之間堿基配對相互作用，因此設想DNA自組裝也是可編程和可預測的。莖環結構、粘性末端、霍利迪連接、DNA分子瓦和晶格是形成基于DNA結構的典型圖案。本實驗研究從基于DNA的人造結構的基本特征和進化軌跡開始，并集中在生物醫學應用上。覆蓋范圍從控制藥物輸送到高精度治療概況和診斷。各種以DNA為基礎的材料，廣泛應用于不同的生物醫學領域。另外，為獲得更好的性能和功能，材料復合被廣泛地引用，最后，文章還討論了DNA納米結構修飾等問題。

文獻鏈接：Programmable and Multifunctional DNA-Based Materials for Biomedical Applications?（Adv.Mater.，2018，DOI: 10.1002/adma.201703658）

4、Adv. Energy Mater.綜述：高性能鋰電池的離子凝膠電解質

圖4 各種離子凝膠電解質的示意圖

離子液體（ILs）是用于電化學裝置的重要電解質，其研究的一個新興趨勢是與固體基質（稱為離子凝膠）的結合。離子凝膠不僅能克服離子液體的流動性，而且能顯示固體基體的高機械強度，在制作鋰電池方面顯示出優異的應用前景。近日，北京大學郭少軍課題組和北京理工大學陳人杰課題組（共同通訊作者）發表最新研究，總結了用于限制離子液體的各種類型的固體基質，包括非金屬氧化物、金屬氧化物、IL-束縛的納米粒子、官能化的SiO₂、金屬有機骨架和其他結構材料。并且記錄了離子凝膠的合成策略，然后詳細介紹了離子凝膠的結構，離子電導率，熱穩定性和電化學穩定性。此外，作者還強調了最先進的離子凝膠在鋰電池中的潛在應用。

文獻鏈接：Ionogel Electrolytes for High-Performance Lithium Batteries: A Review（Adv. Energy Mater.，2018,DOI:10.1002/aenm.201702675）

5、Prog. Mater. Sci.綜述：原位同步輻射X射線衍射研究小尺度材料力學行為的進展

圖5 標準式樣結構拉伸試驗的應力-應變曲線

近年來，低維材料的力學行為引起了人們的關注，納米結構正在進行小型化的過程并具有了非凡的性能。現代同步加速器X射線衍射方法可以提供具有良好空間分辨率和完全3D的結構信息。近日，來自法國土倫大學的Thomas W. Cornelius教授（通訊作者）等人通過實驗研究討論了原位微米和納米力學測試，以及多組同步輻射X射線衍射技術相結合的技術的發展，同時通過監測彈性和塑性變形，提供了多功能樣品環境和位移領域極高的精度，并研討了這些方法的優勢。

文獻鏈接：Progress of in situ synchrotron X-ray diffraction studies on the mechanical behavior of materials at small scales（Prog. Mater. Sci.，2018，DOI:10.1016/j.pmatsci.2018.01.004）

6、Adv.Mater.綜述：聲子熱運輸在熱電材料中應用

圖 6 最小化晶格熱導率的策略示意圖

幾十年來，熱電發展主要依賴于晶格熱導率（κL）的降低。近日，同濟大學裴艷中（通訊作者）等人根據玻爾茲曼運移理論的聲子，認為強化聲子的散射率是降低晶格熱導率的關鍵。同時由于聲學聲子通常是κL的主要影響因素，與光學聲子相比它們具有更高的速度，所以許多低κL熱電子依賴于晶體結構的復雜性，使得材料具有整體低聲子傳播速度。人們可以通過實驗驗證這些熱策略對于改進熱電性質是否有效。同時可以將所使用的原理與諸如工程的方法相結合以改善電子性質，并將這種技術進一步推廣應用。

文獻鏈接：Manipulation of Phonon Transport in Thermoelectrics（Adv.Mater.，2018，DOI: 10.1002/adma.201705617）

7、Adv.Mater.綜述：激光輻照金屬氧化物薄膜和納米結構

圖7 金屬氧化物薄膜和納米結構中的激光誘導現象及其在各種功能器件中的應用

最近開發的各種激光器方面的技術進步為材料加工開辟了新的途徑。材料的激光加工能快速和局部集中能量，同時產生電子和熱力學非平衡的條件。激光誘導的熱量可以局限在空間和時間上，從而可以很好地控制材料的操作。金屬氧化物對于從微電子到醫藥的應用具有重要意義。近日，弗吉尼亞理工學院Shashank Priya、韓國科學技術研究所Keon Jae Lee、韓國材料科學研究所Jungho Ryu（共同通訊作者）等人通過簡要概述激光材料相互作用的原理，回顧了激光輻照金屬氧化物薄膜和納米結構的各種應用。最后總結了激光輔助金屬氧化物加工的最新進展。

文獻鏈接：Laser Irradiation of Metal Oxide Films and Nanostructures: Applications and Advances （Adv.Mater.，2018，DOI: 10.1002/adma.201705148）

8、Acc.Chem.Res.綜述：磁性納米材料

圖8 磁性納米材料單組分和多組分結構及其應用示意簡圖

磁性納米材料（MNMs）所具有的獨特超順磁性熱能對鐵磁納米顆粒作用而引起了人們的廣泛關注。在超順磁尺寸規模中，納米粒子的磁矩隨著熱能而波動。近日，北京大學侯仰龍教授（通訊作者）等人概述了在各種MNM（包括單組分納米結構（例如金屬，金屬合金，金屬氧化物/碳化物）和多組分納米結構（異質結構和交換耦合納米磁體））的化學合成方面的進展，同時強調了過去十年來一直關注的高溫有機相合成方法。通過將不同的功能組分一起生長或結合而獲得的多組分納米結構，不僅保留了每種單一組分的性能，而且由界面偶聯產生的協同性能，具有改善的磁性，光學或催化特征。文章既闡明了具有特定組成、大小和結構的可控制備MNM的進展，并對生物醫學和催化領域以及環境問題和其他潛在應用進行了詳細分析。

文獻鏈接：Magnetic Nanomaterials: Chemical Design, Synthesis, and Potential Applications（Acc.Chem.Res.，2018，DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00407）

9、Chem. Rev.綜述：半導體納米晶中的局域表面等離子體共振

圖9? 膠體納米晶體及其結構應用性能示意圖

半導體納米晶體（NCs）中局域表面等離子體共振（LSPR）可以通過合成變化的混合，實現從可見光到遠紅外的寬光譜范圍內調諧，同時也可以通過化學氧化和還原、光化學和電化學來可控合成。近來，德州大學奧斯汀分校Delia J. Milliron（通訊作者）等人通過討論控制等離子體半導體NCs中輕物質相互作用的基本電磁動力學，以及由這種NCs的膠體合成路線的發展來實現各種物理性質。同時，文章說明在各種半導體材料（包括金屬氧化物，金屬硫屬元素化物，金屬氮化物，硅和其他材料）中如何誘導自由載流子的介電性質。作者還強調雜質摻雜對主晶格帶的影響以及形狀和晶體結構的相互作用在確定半導體納米晶LSPR特性中的作用。同時為了說明關于LSPR活性納米晶的物理和合成方面，文章重點從銅硫族化合物納米晶的金屬氧化物，以及其他摻雜半導體材料的一些實例來進行討論。

文獻鏈接：Localized Surface Plasmon Resonance in Semiconductor Nanocrystals（Chem. Rev.，2018，DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00613）

10、Chem. Rev.綜述：用于固態照明的下轉換氮化物材料：最新進展與展望

圖10 氮化物材料的設計合成及其應用示意圖

固態白光照明技術的進步見證了磷光材料（下轉換發光材料）的爆炸性發展。新興的氮化物熒光粉在生產用于照明和顯示應用的優質白色發光二極管方面具有革命性的作用。近日，廈門大學解榮軍教授（通訊作者）等人總結了這一新型發光材料家族的最新進展，并討論了材料的發現、晶體化學、結構相關發光、溫度依賴性發光等主題。同時文章還概述了不同類型的氮化物熒光粉及其在固態照明領域的應用，包括普通照明，背光照明和激光驅動照明。此外，作者還總結了這類下轉換材料的應用挑戰和前景。

文獻鏈接：Down-Conversion Nitride Materials for Solid State Lighting: Recent Advances and Perspectives （Chem. Rev.，2018，DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00284）

11、Chem. Soc. Rev.綜述：基于二維材料的可穿戴能源

圖11? 未來可穿戴能源及設備示意圖

隨著可穿戴電子產品的快速發展，可穿戴能源的需求變的越來越迫切。除了靈活性和超薄厚度之外，新興的2D材料呈現出超越常規材料特性的某些非凡性能，這使得它們對于高性能可穿戴能源是大為有利的。 近日，北京大學劉忠范院士、北京石墨烯研究院Wei Di（共同通訊作者）等人基于2D材料的可穿戴能源（包括可穿戴電池，超級電容器和不同類型的能量收集器）的最新進展，闡述了二維材料在可穿戴能源中的重要作用，并根據研究進展情況，討論了基于2D材料的可穿戴能源現有的挑戰和未來的應用前景。

文獻鏈接：Wearable energy sources based on 2D materials （Chem. Soc. Rev.，2018，DOI:10.1039/C7CS00849J）

12、Chem. Soc. Rev.綜述：多功能金屬有機分子篩的設計與合成

圖12多功能金屬有機分子篩的各種設計示意圖

金屬-有機分子篩（MOZs）是金屬-有機框架（MOFs）的重要分支，結合了分子篩和MOFs的優點，如高比表面積和孔隙率，以及分子篩特殊的穩定性，這將在催化化學、無機化學、配位化學、材料科學等領域產生重大影響。近日，中科院福建物質結構研究所張健、王飛（共同通訊作者）等人研究介紹了MOZs的最新進展，并以實際突出的例子作簡要概述。特別強調了MOZs設計的綜合方法及基本原則。同時遵循電荷匹配原則，調整四面體金屬中心，利用擴大的四面體構造單元作為簇，將功能團引入配體，并結合MOZ中的傳統無機TO₄位置，使具有不同拓撲結構的最終材料在各種應用中表現出優越的性能，如氣體吸附/分離、催化、對映選擇性、發光等。

文獻鏈接：Design and synthesis of multifunctional metal–organic zeolites? （Chem. Soc. Rev.，2018，DOI:10.1039/C7CS00782E）

13、Chem. Soc. Rev.綜述：“鹽中溶劑”——新材料設計

圖13 鹽/溶劑混合物的重量和體積比的分布圖

無機和有機的“鹽溶劑”（SIS）系統已經有數十年的歷史，但是直到最近才引起人們的重視。熔融鹽水合物/溶劑合物已經成功地用作可充電鋰離子電池中不可燃的良性電解質，引發了一場電池開發和設計的革命。水分子傾向于在離子介質中形成納米和微結構（液滴和通道網絡），從而影響其非均質性。這種微型結構區域可以用作化學和酶促合成的微反應器。近日，俄羅斯科學院Valentine P. Ananikov（通訊作者）等人通過已知的SIS系統討論了它們的組成、結構、性質和動態，同時概述了無機和有機SIS系統在能源、化學和生物化學領域的潛在應用。

文獻鏈接：Solvent-in-salt systems for design of new materials in chemistry, biology and energy research （Chem. Soc. Rev.，2018，DOI:10.1039/C7CS00547D）

本文由材料人編輯部渡口編譯，材料牛整理編輯。

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