材料前沿最新綜述精選(2018年4月第3周)

1、Chemical Reviews綜述: 金屬催化劑的非均相催化：從單原子到納米團簇和納米粒子

圖1 單原子，團簇及納米粒子的幾何和電子結構

金屬組元的尺寸大小會使多相催化反應產生不同的催化表現，粒度，形狀，化學組成，金屬-載體的相互作用以及金屬-反應物/溶劑相互作用對金屬催化劑的催化性能有著顯著影響。良好的控制合成方法及先進的表征工具令科學家可以從分子水平上了解這些影響。近日，西班牙瓦倫西亞大學的Avelino Corma(通訊作者)等人概述了金屬催化劑單原子，納米團簇和納米粒子的電子及幾何結構。作者總結了單原子，納米團簇和納米粒子在不同類型反應（包括CO氧化，選擇性氧化，選擇性加氫，有機反應，電催化和光催化反應）中的催化應用。
文獻鏈接：Metal Catalysts for Heterogeneous Catalysis: From Single Atoms to Nanoclusters and Nanoparticles (Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00776）

2、Chemical Society Reviews綜述:用于功能油墨與印刷的二維材料

圖2 石墨烯生產過程圖

石墨烯和相關的二維材料為下一代革命性技術及應用提供了理想的平臺。在印刷過程中，通過使用這些經處理的二維材料，可以在剛性和適應性基材上實現圖案的添加，同時實現柔性設備的設計和大規模，高速度，高效益的制造生產。近日，來自英國劍橋大學的Tawfique Hasan (通訊作者)等人概述了二維材料在油墨配方領域的進展以及二維材料所開發的可打印應用。此外，作者還對二維材料在功能油墨與印刷的研究進展和技術前景做出了展望。
文獻鏈接：Functional inks and printing of two-dimensional materials (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C8CS00084K）

3、Chemical Society Reviews綜述: 碳基納米混合凝膠：結合生物傳感，生物成像和響應藥物遞送的協同納米平臺

圖3 碳基復合納米凝膠及其在納米醫學中的應用

納米交聯聚合物網絡（命名為納米凝膠）憑借其多孔結構，大比表面積，良好的生物相容性和對內部/外部化學物理刺激的響應性，在各種應用中發揮著越來越重要的作用。碳納米材料如碳量子點，石墨烯/氧化石墨烯納米片，富勒烯，碳納米管和納米金剛石被嵌入響應性聚合物納米凝膠中，以便將碳納米材料的獨特電光特性與納米凝膠系統的優點結合，以改善其在納米醫學中的應用。近日，來自中國科學院合肥物質科學研究院的Wang Hui 和紐約城市大學的Zhou Shuiqin (通訊作者)等人概述了碳基混合納米凝膠最新的發展和應用，并闡述了碳基混合納米凝膠在生物醫學領域的未來前景。
文獻鏈接: Carbon-based hybrid nanogels: a synergistic nanoplatform for combined biosensing, bioimaging, and responsive drug delivery (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00399D）

4、Chemical Society Reviews綜述：用于生物醫學領域的二維過渡金屬碳化物和氮化物

圖4 MXenes材料的研究歷程

二維過渡金屬碳化物和氮化物(MXenes)，通式為Mn+1Xn（n = 1-3），將導電過渡金屬與大量碳化物，氮化物或碳氮化物的優點結合在一起。由于其超薄結構和令人著迷的物理化學（電子，光學，磁性等）特性，在生物醫學應用領域引起了人們廣泛的興趣。近日，來自深圳大學的林靜教授、黃鵬教授和麻省大學醫學院韓綱教授(通訊作者)等人概述了MXenes在生物醫學應用的最新進展。作者介紹了MXenes的制備方法和表面修飾，然后闡述了其獨特的性質。最后，還討論了MXenes在生物醫學應用方面所面臨的挑戰和新機遇。
文獻鏈接：Two-dimensional transition metal carbides and nitrides (MXenes) for biomedical applications (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00838D）

5、Chemical Society Reviews綜述：生命系統中人造光致動器的演變——從平面到納米結構界面

圖5 光致動器的顯微圖像

人為地增強活細胞中的光敏感性可以用來控制神經元路徑或重要功能，避免與使用刺激電極相關的布線。實現這一目標可以采用多種策略，包括生物物質的直接光激發，細胞的遺傳修飾或使用光生物界面。近日，來自意大利國家研究委員會的Francesca Di Maria和意大利理工學院的Guglielmo Lanzani (共同通訊作者)等人概述了基于無機和有機半導體的不同光致動器，從平面非生物/生物界面到納米粒子，允許將光信號轉換成信號，從而影響主機系統的生物活性。此外，作者重點介紹了噻吩基材料的應用，由于其獨特的化學-物理特性，幾何適應性，良好的生物相容性和穩定性，有望開發新一代全有機光致動器并用于人體內。
文獻鏈接：The evolution of artificial light actuators in living systems: from planar to nanostructured interfaces (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00860K）

6、Accounts of Chemical Research綜述：用于控制冰核形成，生長和重結晶的生物激發材料

圖6 抗凍蛋白對冰核形成中的Janus效應

冰的形成包含冰核形成，冰生長和冰再結晶三個過程，盡管經過了一個多世紀的積極研究，但結冰的機制仍遠未達到令人滿意的程度。同時，大自然具有控制結冰的獨特方式，并且可以提供解開冰結構機制的途徑。近日，來自中科院化學研究所的王健君(通訊作者)等人概述了抗凍蛋白(AFP)在控制結冰機制方面的最新研究進展。通過分子動力學（MD）模擬分析，作者觀察到冰結合面(IBF)頂上的有序六邊形冰狀水結構和非冰結合面(NIBF)頂上的無序水結構。因此得出結論：界面水在控制結冰過程中起著關鍵作用。
文獻鏈接：Bioinspired Materials for Controlling Ice Nucleation, Growth, and Recrystallization (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00528）

7、Accounts of Chemical Research綜述：持續發光納米顆粒工程在生物領域的應用：從生物傳感/生物成像到醫學診療

圖7 生物應用PLNPs的工程策略圖

持續發光納米粒子（PLNP）是獨特的光學材料，在停止激發后依然可以發光。近紅外（NIR）PLNPs具有深穿透性和由紅光或NIR光重新激活持續發光（PL）的優點，這些特征使得NIR發射型PLNP在長期生物成像中的應用不再受PL的壽命限制。近日，來自江南大學的嚴秀平教授(通訊作者)等人系統地回顧了PLNPs從生物傳感/生物成像到生物應用的成果，著重介紹了制造特定PLNPs納米探針的工程策略。文中提出的設計原則和綜合策略指導了PLNPs納米探針的設計并促進了PLNPs在生物科學和醫學領域的進一步發展。
文獻鏈接：Engineering Persistent Luminescence Nanoparticles for Biological Applications: From Biosensing/Bioimaging to Theranostics (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00619）

8、Nature Energy綜述：鋰基可充電汽車電池材料的研究進展

圖8 電池價值鏈和鋰離子與鋰金屬電池化學成分的關系示意圖

對于消費者能夠接受的電動車而言，要實現廣泛的市場普及，至少需要500公里的續航及合理的價格。因此，鋰離子電池（LIB）在能源密度和電池價值鏈成本方面需要進行重大改進，而其他關鍵性能指標（如壽命，安全性，快速充電能力和低溫性能）則需要加強或至少保持現狀。近日，來自明斯特大學的Tobias Placke和Martin Winte (通訊作者)等人回顧了汽車應用LIB材料的進步和挑戰，特別是成本和性能參數。討論了陽極和陰極材料的生產過程，重點是材料的豐富性和成本。此外，作者還研究了用于汽車電池的不同類型電解質的優點和不足。
文獻鏈接：Performance and cost of materials for lithium-based rechargeable automotive batteries (Nat. Energy: 10.1038/s41560-018-0107-2）

9、Advanced Functional Materials綜述：微/納機器人在活性藥物遞送中的應用

圖9藥物傳輸示意圖

經過過去二十年的巨大進步，微/納米機器人可以有效地將其他形式的能量轉化為推進和移動，并且可以在生理條件和環境下導航到目標位置。其已被證明具有將治療有效載荷直接裝載，運輸和輸送至疾病部位的潛力，從而改善治療效果并減少劇毒藥物的全身副作用。近日，來自武漢理工大學的官建國教授 (通訊作者)等人概述了微生物的微/納米機器人在藥物運輸方面的最新研究進展，此外，作者還詳細討論了基于微米/納米機器人的體外和體內活性藥物遞送的最新發展。
文獻鏈接：Micro‐/Nanorobots at Work in Active Drug Delivery (Adv. Funct. Mater.: 10.1002/adfm.201706100）

10、Advanced Energy Materials綜述：生態友好型高錳硅化合物熱電材料的研究進展及未來挑戰

圖10 高錳硅化合物晶體結構圖

近日，來自澳大利亞昆士蘭大學的鄒進教授和陳志剛教授 (通訊作者)等人概述了不同高錳硅化物的晶體結構，能帶結構，合成方法和原始熱電性能。此外，作者還強調了提高電性能和降低高錳硅化物晶格熱導率的策略及其協同作用。總結了包括高硅化錳化學和機械穩定性在內的應用潛力及其組裝熱電模塊的能量轉換效率。通過分析高錳硅化物當前的進展，本綜述提出了進一步提高高錳硅化物zT的新方法。
文獻鏈接：Eco‐Friendly Higher Manganese Silicide Thermoelectric Materials: Progress and Future Challenges (Adv. Energy Mater.: 10.1002/aenm.201800056）

本文由材料人編輯部納米學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料測試、數據分析，上測試谷！