材料前沿最新綜述精選（2018年5月第1周）

1、Energy & Environmental Science：半透明聚合物和鈣鈦礦太陽能電池在發電窗口應用中的最新進展

圖1 發電轉換示意圖

半透明光伏（ST-PV）技術可用于替代傳統建筑物中的外墻和屋頂以及車輛上的涂層，以獲取太陽光產生能量。目前的半透明光伏技術是基于硅的，雖然硅實現了足夠高的效率，但其顏色本質上很難調整。然而，這為半透明聚合物和鈣鈦礦基光伏提供了機會，其光學性質可以通過調整其材料組成而獲得調節。近日，華南理工大學葉軒立和埃爾朗根紐倫堡大學Christoph J. Brabec（共同通訊作者）團隊總結了最近在半透明聚合物和鈣鈦礦太陽能電池的材料選擇、光學工程和器件結構設計方面取得的進展，并討論了這些半透明太陽能電池商業化的挑戰。

文獻鏈接：Recent advances in semi-transparent polymer and perovskite solar cells for power generating window applications (Energy Environ. Sci.,2018,DOI: 10.1039/C8EE00154E）

2、Nature Reviews Materials: 生物制造策略在三維體外模型和再生醫學中的應用

圖2?生物打印和生物裝配技術示意圖

器官是由不同的細胞、蛋白質和信號分子組成的復雜系統，它們以高度有序的結構排列，以協調我們身體中無數的功能。生物制造策略可用于模仿原生組織的結構和功能并通過材料和細胞的精確沉積和組裝來在體外工程化3D組織模型。近日，來自馬斯特里赫特大學的Lorenzo?Moroni（通訊作者）團隊研究了用于構建功能性組織替代物和器官模型的生物制造的方法，重點研究了可以使用生物制造技術加工的生物材料（例如超分子和光敏材料）的開發。文章強調了生物打印和生物裝配的組織模型，并研究了生物制造技術的潛力，以重新創建復雜的組織特性。

文獻鏈接：Biofabrication strategies for 3D in vitro models and regenerative medicine（Nat. Rev. Mater.,2018,DOI: 10.1038/s41578-018-0006-y）

3、Angewandte Chemie International Edition: 多孔聚電解質——新功能的電荷和孔隙的相互作用

圖3?多孔聚電解質的分類以及應用領域

在過去的十年里，多孔聚電解質方面取得了突飛猛進的進展，人們對它們的合成及其在環境、能源、生物醫學和催化技術上的應用產生了極大的興趣。 對多孔聚電解質的研究一是基于功能性有機基團和加工技術的靈活選擇；二是從單個聚電解質骨架到它們納米/微米上層結構跨越長度尺度的電荷和孔隙的協同作用。近日，來自華中科技大學趙強和克拉克森大學Yuan Jiayin（共同通訊作者）等人總結了多孔聚電解質的最新進展，包括膜、顆粒、支架和高表面積粉末/樹脂及其衍生物。重點研究的是表面化學的相互作用，它們重新定義了化學和物理學，并主要用于能量轉換、分子分離、水純化、傳感/驅動、催化、組織工程和納米醫學。

文獻鏈接：Porous Polyelectrolytes: The Interplay of Charge and Pores for New Functionalities ( Angew. Chem. Int. Ed.,2018,DOI: 10.1002/anie.201710272）

4、Joule：Sb₂S₃太陽能電池

圖4 ?Sb₂S₃晶體結構圖

作為環保可持續的可再生能源，無毒的薄膜太陽能電池技術正引起廣泛的關注。Sb₂S₃由于具有匹配的帶隙，高的吸收系數，單一的穩定相和良好的合成條件，成為了前端電池的最佳候選者。?近日，華中科技大學唐江（通訊作者）團隊對基于Sb₂S₃的光伏器件進行了全面綜述，關注了半導體敏化和平面太陽能電池領域，重點介紹了當前基于Sb₂S₃的光伏器件面臨的挑戰，并提供了未來研究方向，以促進這一新興薄膜技術的發展。

文獻鏈接：Sb₂S₃ Solar Cells (Joule,2018,DOI: 10.1016/j.joule.2018.04.003）

5、Progress in Polymer Science：物理方法構建甲殼素基材料的研究進展

圖5 各種幾丁質的生物體和材料圖片

螃蟹，蝦和龍蝦殼等豐富且可再生，并將成為最重要的化工原料之一。通過物理方法和原料甲殼素的綠色技術構建新型高分子材料是一條環保可持續的途徑，并有利于實現“綠色發展”。近日，武漢大學張俐娜院士和呂昂（共同通訊作者）等人總結了甲殼素納米晶體制備的新型甲殼素材料以及通過甲殼質的直接溶解/再生制備的方法，它們在生物材料、電化學、儲能、分離/吸收、催化劑載體和紡織材料中具有重要的潛在應用。預計未來將有更多政府，企業，大學和研究機構參與綠色聚合物的綠色轉化，從而建設一個綠色可持續性的世界。

文獻鏈接：Recent Advances in Chitin Based Materials Constructed via Physical Methods (Prog. Polym. Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2018.04.001）

6、Progress in Materials Science：分散晶體功能化的透明玻璃陶瓷

圖6 I型和II型GC的示意圖

具有最小散射損失的透明玻璃陶瓷提供了玻璃和（透明）陶瓷的組合特性。分散晶體的功能使透明玻璃陶瓷成為新一代光學材料，從光學到光子學都具有廣泛的應用范圍。近日，來自浙江大學的邱建榮和華南理工大學的周時鳳（共同通訊作者）等人重點介紹了常規制造方法以及新興技術的最新進展，如固態反應，溶膠-凝膠和激光誘導結晶。并討論了透明玻璃陶瓷的應用，由晶體功能化的透明玻璃陶瓷表現出各種光學功能，包括光致發光，光學非線性，等離子體吸收等。透明玻璃陶瓷的研究將揭示晶體形成的機理，并將發現新的透明玻璃陶瓷系統。

文獻鏈接：Transparent glass-ceramics functionalized by dispersed crystals (Prog. Mater. Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.pmatsci.2018.02.006）

7、Accounts of Chemical Research：金屬包封Si₁₆籠體的合成與表征

圖7 納米團簇離子表面固定化BCS的制造方法

由幾個到幾百個原子組成的納米簇一直是納米材料科學的核心問題，這源自于它們的局部化學鍵明顯偏離其大分子類似物和由尺寸特定的電子結構引起的新性質，籠形幾何形狀和電子殼層閉合方面滿足特定的穩定性，納米團簇就有望成為未來納米材料的最小功能單元。近日，來自慶應義塾大學的Atsushi Nakajima（通訊作者）等人重點介紹了金屬包封Si₁₆籠體的合成和表征方面的最新進展。作者開發了一種基于高功率脈沖磁控濺射并配有質譜儀和軟著陸裝置的納米簇源。利用掃描探針顯微鏡和光電子能譜闡明了表面固定化BCSs的結構，強化的納米簇來源還可以通過將液體嵌入直接結合到有機分散劑中，實現100 mg規模的BCS合成，使其結構成為高度對稱的“金屬封裝四面體硅籠”。

文獻鏈接：Synthesis and Characterization of Metal-Encapsulating Si₁₆ Cage Superatoms (Acc. Chem. Res.,2018,DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00085）

8、Chemical Society Reviews：化學氣相沉積法制備二維六方氮化硼的最新進展

圖8?六方氮化硼的研究進程

近年來，在基礎研究和實際應用中，二維六方氮化硼（h-BN）材料取得了重大進展。然而，可控制和可擴展的二維六方氮化硼材料制備一直是一個挑戰。 最近，利用化學氣相沉積（CVD）技術能夠獲得具有層數選擇性和大面積均勻性的高質量六方氮化硼，這大大促進了2D材料的研究。近日，北京大學劉忠范院士和蘇州大學孫靖宇、張力（共同通訊作者）等人討論了通過化學氣相沉積在各種基材上的二維六方氮化硼的合成方面的最新研究成果，并且提出了遇到的挑戰和未來的展望：1：有效控制生長BN的厚度均勻性仍然很困難；2：介電襯底上的直接生長會有所提高。

文獻鏈接：Recent progress in the tailored growth of two-dimensional hexagonal boron nitride via chemical vapour deposition (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C8CS00167G）

9、Chemical Society Reviews：多組分自組裝在材料設計中的應用

圖9?用于制造蛋白質和肽基納米結構的多組分自組裝策略

由于自然界充滿了各種具有功能強大的基于蛋白質的多組分裝配體，因此自然界成為了創建高度有序、復雜、動態蛋白質和肽基納米結構平臺的靈感來源。這樣的組裝系統依賴于不同單獨構建塊的初始相互作用，并組裝成超分子結構的復合物。近日，來自倫敦大學瑪麗皇后學院的Alvaro Mata（通訊作者）等人重點介紹了蛋白質和肽在多組分自組裝領域的最新進展，并總結了各種方法，包括共價結合，配體-受體相互作用，模板化/定向組裝和非特異性共組裝等，多種蛋白質和基于多肽的構建模塊可以轉化為功能材料。文章強調了多組分自組裝在蛋白質和肽工程中的重要性，并展望了其在材料科學和納米技術領域的發展。

文獻鏈接：Multicomponent self-assembly as a tool to harness new properties from peptides and proteins in material design (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C8CS00121A）

10、Chemical Society Reviews.：非富勒烯電子受體中分子設計及其對商業有機太陽能電池的影響

圖10?通道I和II在有機太陽能電池中的激發

富勒烯在過去的20年中已經成為了高性能有機太陽能電池的組成部分，然而它們在成本和穩定性方面的固有性質限制了該領域的發展，所謂的非富勒烯電子受體，產生了許多有希望的候選者，其可以超過富勒烯的器件性能并提供改善有機太陽能電池的穩定性和可加工性的機會。近日，來自帝國理工學院的Andrew Wadsworth（通訊作者）等人探討了非富勒烯受體庫的結構-性質關系，重點介紹了該領域取得進展的重要化學修飾，并提供了未來用于有機光伏電子受體的創新前景。

文獻鏈接：Critical review of the molecular design progress in non-fullerene electron acceptors towards commercially viable organic solar cells (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00892A）

本文由材料人電子組楊超供稿，材料牛整理編輯。

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