材料前沿最新綜述精選 (2018年2月第3周)

1、Angewandte Chemie International Edition綜述：石墨烯二維化學：二硫化鉬和黑磷功能化的新興領域

圖1 2D層狀材料

近日，埃爾朗根紐倫堡大學Andreas Hirsch（通訊作者）等人總結了石墨烯，二硫化鉬（MoS₂）和黑磷（BP）三種單層2D材料的現狀。這種二維片狀聚合物目前是合成化學，物理學和材料科學界面上的一個新興領域。片材結構的共價和非共價官能化都允許其性質的系統性改變，即溶解性和加工性的改進，防止再聚集或帶隙調整。除了成功實現功能化之外，還解決了基本挑戰。這些包括大多數二維片狀聚合物的不溶性和多分散性，合適表征工具的開發，有效結合策略的確定，基底平面的化學活化以及平面加成反應的區域選擇性。

文獻鏈接：Post-Graphene 2D Chemistry: The Emerging Field of Molybdenum Disulfide and Black Phosphorus Functionalization（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI:10.1002/anie.201708211）

2、Nano Energy綜述：單元化再生陰離子交換膜燃料電池雙功能氧還原/催化劑研究進展及展望

圖2 再生陰離子交換膜燃料電池

由于成本低，能量儲存容量高，特別是與可再生資源整合時，單元化再生陰離子交換膜燃料電池（UR-AEMFC）被廣泛認為是有前景的能量轉換和存儲設備。然而，氧電極反應長期以來一直是UR-AEMFCs的主要限制因素之一，這是由于其動力學緩慢并導致高超電勢。近日，Giner. Inc. Newton的Xu Hui（通訊作者）等人總結了近年來使用過渡金屬或金屬氧化物的ORR/OER雙活性部位納米結構催化劑。從文獻中收集實驗證據以提供形態，價態，電子結構，能帶等的觀點。還總結了用先進的碳材料合成混合結構的不同方法，這些方法彌補了大多數純過渡金屬氧化物缺乏的不良電導率。比較和分析了改進異質原子界面活性的不同機制。 此外，針對UR-AEMFC的工業實施討論了可逆的ORR/OER電催化劑耐久性要求，并提出了用于未來催化劑設計的途徑。

文獻鏈接：Recent Progress and Perspectives of Bifunctional Oxygen Reduction/Evolution Catalyst Development for Unitized Regenerative Anion Exchange Membrane Fuel Cells（Nano Energy, 2018, DOI:10.1016/j.nanoen.2018.02.015）

3、Advanced Materials綜述：工程生活材料：使用生物系統指導智能材料裝配的前景和挑戰

圖3 工程生物材料的性質

開發新穎的工程化平臺的潛力巨大，這些平臺可結合生物學用于編程先進材料生產。這樣的系統將具有自主性，自適應性和自我修復特性，將被設計為具有跨多個尺度的具有物理化學或機械性質材料。近日，哈佛大學Neel S. Joshi（通訊作者）團隊重點介紹了工程化生物材料（ELM）的早期工作，重點是工程化細菌系統，整合無機成分的活性復合材料，大規模實施的成功范例和生產方法。此外，還介紹了ELM技術的基本標準及其未來挑戰的探索。在合成生物學和自組裝材料的豐富交叉之中，ELM技術的發展使得生物納米材料可以利用生物學的力量來生長復雜的結構和物體。

文獻鏈接：Engineered Living Materials: Prospects and Challenges for Using Biological Systems to Direct the Assembly of Smart Materials（Adv. Mater., 2018, DOI:10.1002/adma.201704847?）

4、Advanced Energy Materials綜述：開發電極，電解質和診斷工具以了解和推進鈉離子電池的挑戰

圖4 性能數據

考慮到鈉資源的天然豐富性和低成本，鈉離子電池（SIBs）在大規模電化學儲能方面受到了極大關注。然而，需要智能結構設計策略和良好的機械性能來實現高能量密度的先進SIBs。近年來，對先進的陰極，陽極和電解質材料以及先進的診斷技術的探索得到了廣泛的開展。近日，阿貢國家實驗室Khalil Amine（通訊作者）等人集中在具有吸引力的電池材料（即陰極，陽極和電解質）的挑戰性問題，總結了改善其電化學性能的最新策略，并介紹了操作數診斷方面的最新進展，以揭示電化學性能背后的物理特性，并為設計和綜合先進電池材料提供指導和方法。 還提供了關于未來研究以建立更好的SIBs的展望和觀點。

文獻鏈接：Challenges in Developing Electrodes, Electrolytes, and Diagnostics Tools to Understand and Advance Sodium-Ion Batteries（Adv. Energy Mater., 2018, DOI:10.1002/aenm.201702403）

5、Advanced Materials綜述：重組絲基材料的生物醫學應用

圖5 天然絲綢

絲綢大多被稱為豪華紡織品，起源于中國最早種植的蠶。對各種絲綢的深入研究表明，它還有更廣泛的用途。出于醫療目的，天然絲綢被認為是一種潛在的用于外科線或傷口敷料的生物材料。然而，隨著生物醫學工程的進步，對高性能，天然衍生生物材料的需求變得更加迫切和嚴格。近日，拜羅伊特大學Thomas Scheibel（通訊作者）團隊介紹了天然材料的一個常見問題是它們的批次間差異大，潛在的高免疫原性以及它們的快速生物降解。論述了開發用于生產絲蛋白的重組方法。總結了幾個研究小組研究和利用各種重組生產的絲蛋白，其中許多研究小組也將他們的產品用于生物醫學應用。

文獻鏈接：Biomedical Applications of Recombinant Silk-Based Materials（Adv. Mater., 2018, DOI:10.1002/adma.201704636）

6、Accounts of Chemical Research：優化納米電極陣列用于細胞內電生理學

圖6 細胞內和細胞外電極

電生理學的電極技術有著悠久的創新歷史，其中包括一些決定性的步驟，包括20世紀40年代Hodgkin和Huxley開發的電壓鉗測量技術以及20世紀70年代Neher和Sakmann發明的膜片鉗電極。近日，哈佛大學Donhee Ham、Hongkun Park（共同通訊）等人首先闡明納米電極和細胞膜之間界面的形態和相關電性質，以及納米電極如何進入細胞內通路。納米電極的細胞內界面目前劣于膜片鉗電極的界面，除了個別納米電極-細胞界面的優化之外，另一個重要主題是納米電極的可擴展性。在CMOS集成電路芯片上制造的1000納米電極像素執行來自數百個心肌細胞的平行細胞內記錄，這標志著電生理學中的新的里程碑。

文獻鏈接：Optimizing Nanoelectrode Arrays for Scalable Intracellular Electrophysiology（Acc. Chem. Res., 2018, DOI:10.1021/acs.accounts.7b00519）

7、Chemical Reviews綜述：膠體等離子體納米復合材料：從制造到光學功能

圖7 膠體等離子體納米復合材料

等離子體納米結構廣泛用于工程光學材料和器件結構的構建塊。等離子體納米復合材料（pNCs）是一類新興的材料，它們將這些納米結構整合到分層結構和多功能的系統中。近日，加州大學圣迭戈分校Andrea R. Tao（通訊作者）等人介紹了通過修飾等離子體激元和基體成分，以及通過控制整個復合材料的納米到宏觀形貌，這些pNCs可以高度定制。納米級裝配在表現出復雜或響應光學功能的pNCs的設計中起著特別重要的作用。 由于其可擴展性和可調性，pNCs為工程新的等離子體材料和輕松集成到光電子器件結構提供了一個多功能平臺。并提供了對pNC結構，設計，制造和光學功能方面最近取得的成就的全面解析，以及它們在光電和傳感中的應用實例。

文獻鏈接：Colloidal Plasmonic Nanocomposites: From Fabrication to Optical Function（Chem.? Rev., 2018, DOI:10.1021/acs.chemrev.7b00364）

8、Chemical Society Reviews綜述：多組分超分子凝膠如何表征？

圖8 多組分超分子凝膠組裝

當小分子自組裝成纖維結構時，會形成低分子量凝膠或超分子凝膠。在臨界濃度以上，這些結構的纏結和交聯導致形成自支撐凝膠。近日，格拉斯哥大學Emily R. Draper、Dave J. Adams（共同通訊）等人設想如果每種組分能夠自身形成凝膠，則可以通過低分子量凝膠劑（LMWG）之間的隨機或特定締合形成一系列纖維類型。纖維網絡的性質將取決于LMWG如何組裝成纖維結構。 因此，為了理解這些凝膠，有必要了解跨多個尺度的網絡。 在這里，討論了當前的工藝狀況，以及已經使用的不同技術的有效性。

文獻鏈接：How should multicomponent supramolecular gels be characterised? (Chem.? Soc. Rev., 2018,DOI:10.1039/C7CS00804J）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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