梳理：詳解歷年來材料&化學領域上top10榜單的那些高被引論文

20世紀以來，物理、化學、力學、生物學等學科的研究和發展推動了對于物質結構、材料的物理化學和力學性能的深入認識和了解。自諾貝爾化學獎設立一百多年以來，化學和材料學領域研究蓬勃發展，開創了太陽能電池、有機合成、納米技術、超級電容器、自由基聚合、上轉換發光、生物材料等領域。接下來我們分別以百年、改革開放四十周年和近十年為節點，研讀化材領域高被引論文top10（數據均來自Web?of Scicence）。

【引讀】

1.百年來材料&化學領域高被引top10

【正文】

1、Anal. Biochem.：利用蛋白質-染料結合原理，建立了一種快速、靈敏的蛋白質定量方法

該論文描述了考馬斯亮藍G-250與蛋白質結合的蛋白質測定方法。染料與蛋白質的結合導致染料的吸收最大值從465紅移到595nm，并且監測到595nm處的吸收增加。該測定法快速且重復性較高，染料結合過程在約2分鐘內幾乎完成，具有良好的顏色穩定性，可持續1小時。幾乎不受陽離子和有機分子干擾，在強堿性緩沖劑存在下產生少量顏色，可以通過使用適當的緩沖液對照來精確地進行測定。在測定中產生過量干擾顏色的唯一組分是相對大量的洗滌劑，例如十二烷基硫酸鈉，Triton X-100和商業玻璃器皿洗滌劑，可以通過適當的控制使用消除干擾。

文獻鏈接：A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding

2、Anal. Biochem.：酸性硫氰酸胍酚類化合物單步法提取RNA

詳情見2.1?（改革開放四十周年來材料&化學領域高被引top10）

3、PNAS：從聚丙烯酰胺凝膠到硝酸纖維素片的蛋白質電泳轉移

詳情見2.2?（改革開放四十周年來材料&化學領域高被引top10）

4、Acta Cryst.：修正了有效離子半徑和鹵化物和霰質的原子間距離的系統研究

Shannon＆Prewitt的有效離子半徑被修改為包含更多不尋常的氧化態和配位。修正基于新的結構數據、經典鍵強度-鍵長關系以及（1）半徑與體積、（2）半徑與配位數、（3）半徑與氧化態的關系。影響半徑加性的因素有：多面體畸變、部分陽離子占位、共價和金屬特性。平均Nb⁵⁺-O和Mo⁶⁺-O八面體距離與失真成線性關系。陽離子占用率的降低以可預測的方式增加Li⁺-O、Na⁺-O和Ag⁺-O距離。當X或M的電負性降低時，共價鍵會明顯縮短Fe²⁺-X、Co²⁺-X、Ni²⁺-X、Mn²⁺-X、Cu⁺-X、Ag⁺-X和M-H^-鍵。Zn²⁺-X、Cd²⁺-X、In³⁺-X、Pb²⁺-X、Ti⁺-X的影響較小。一些與離域電子結合因此具有金屬性質的鍵，如Sm-S、V-S和Re-O，明顯比與局域電子的類似鍵短。

文獻鏈接：Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomie Distances in Halides and Chaleogenides

5、Comp. Mater. Sci.：利用平面波基組計算金屬和半導體從頭到尾總能量的效率

詳情見2.3?（改革開放四十周年來材料&化學領域高被引top10）

6、Science：原子薄膜中的電場效應

詳情見2.4?（改革開放四十周年來材料&化學領域高被引top10）

7、Nature：螺旋狀石墨碳微管

詳情見2.5?（改革開放四十周年來材料&化學領域高被引top10）

8、Nat. Mater.：石墨烯的崛起

詳情見2.6?（改革開放四十周年來材料&化學領域高被引top10）

9、Nature：一種低成本、高效率的基于染料敏化膠體TiO₂薄膜的太陽能電池

詳情見2.7?（改革開放四十周年來材料&化學領域高被引top10）

10、JACS：氧化石墨烯的制備

通過以前文獻中描述的方法制備石墨氧化物非常耗時而且危險性較高。在這里作者開發了一種快速，相對安全的方法，從石墨簡單的將無水的硫酸，硝酸鈉和高錳酸鉀的混合物制備成石墨氧化物。

文獻鏈接：Preparation of Graphitic Oxide

2.改革開放四十周年來材料&化學領域高被引top10

1、Anal. Biochem.：酸性硫氰酸胍酚類化合物單步法提取RNA

該論文介紹了一種用硫氰酸胍-苯酚-氯仿混合物單次提取總RNA的新方法，提供了一種高產量的未降解RNA的純化制備方法，可在4小時內完成，尤其適用于處理大量樣本和從少量細胞或組織樣本中分離RNA。

文獻鏈接：Single-step method of RNA isolation by acid guanidinium thiocyanate- phenol-chloroform extraction

2、PNAS：從聚丙烯酰胺凝膠到硝酸纖維素片的蛋白質電泳轉移

本文報道了一種將蛋白質從聚丙烯酰胺凝膠電泳轉移到硝酸纖維素片材上的方法。該方法導致核糖體蛋白從含有尿素的凝膠中定量轉移，對于十二烷基硫酸鈉凝膠，獲得原始條帶圖案沒有損失分辨率，但轉移不是定量的。該方法允許通過放射自顯影檢測蛋白質，并且比常規方法更簡單。該方法適用于分析具有特定反應或配體的多種蛋白質。

文獻鏈接：Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: Procedure and some applications

3、Comp. Mater. Sci.：利用平面波基組計算金屬和半導體從頭到尾總能量的效率

作者提出了一個詳細的描述和比較的算法，以執行從頭量子力學計算使用偽粒子和平面波基集。主要分四個方面討論：(a)?線性四面體方法和有限溫度密度泛函理論框架內的部分占用；(b)?Kohn-Sham哈密頓量對角化的迭代方法和基于有效迭代方法的討論Pulay剩余最小化的思想，即使對于相對較大的系統也接近N_atoms²縮放；(c)?用于電荷密度的高效Broyden樣和Pulay混合方法，包括針對平面優化的新的特殊“預處理”-波基組；(d)?共軛梯度法，用于同時最小化所有自由度的電子自由能。作者在一個叫做VAMP (Vienna ab-initio molecular-dynamicspackage)的軟件中實現了這些算法。該程序和技術已成功地應用于許多不同的系統(液體和非晶態半導體，液體簡單和過渡金屬，金屬和半導體表面，簡單金屬中的聲子，過渡金屬和半導體)，結果非常可靠。

文獻鏈接：Efficiency of ab-initio total energy calculations for metals and semiconductors using a plane-wave basis set

4、Science：原子薄膜中的電場效應

作者制備了只有幾個原子厚度的單晶石墨薄膜，它在環境條件下仍然是穩定的，金屬的，并且具有非常優異的性能。這些薄膜是二維半金屬，在價帶和電導帶之間有微小的重疊，并且它們表現出強烈的雙極電場效應，通過施加柵極電壓，可以誘導電子和空穴的濃度達到10¹³/cm²，室溫移動范圍為10000 cm²/V·s。

文獻鏈接：Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films

5、Nature：螺旋狀石墨碳微管

合成C₆₀和其他富勒烯形式的分子碳結構引起了人們對石墨碳片結構的濃厚興趣。本文報道了一種新型的由針狀管組成的有限碳結構的制備。采用類似于富勒烯合成的電弧放電蒸發法生產，針生長在電弧放電電極的負極端。電鏡顯示，每根針都由同軸石墨片管組成，數量從2根到50根不等。在每根管上，碳原子六邊形以螺旋的方式圍繞針軸排列。螺旋螺距從一根針到另一根針，從一根針到另一根針。這種螺旋結構似乎有助于生長過程。這些針的直徑從幾納米到幾十納米不等。它們的形成表明，在比富勒烯大得多的尺度上進行碳結構構筑是可能的。

文獻鏈接：Helical microtubules of graphitic carbon

6、Nat. Mater.：石墨烯的崛起

石墨烯是材料科學和凝聚態物理領域中一顆迅速崛起的新星。這種嚴格的二維材料顯示出極高的晶體和電子質量。盡管它的歷史很短，已經揭示了新的物理和潛在的應用的聚寶塔。只有當商業產品出現時，人們才能確定其應用的真實性，但石墨烯不再需要進一步證明其在基礎物理方面的重要性。由于其不尋常的電子光譜，石墨烯導致了一種新的“相對論”凝聚態物理范式的出現，其中一些在高能物理中無法觀測到的量子相對論現象，現在可以在桌面上的實驗中模擬和測試。更一般地說，石墨烯代表了一種概念上只有一個原子厚度的新材料，在此基礎上，它為低維物理學提供了新的突破，這種突破從未停止，并繼續為應用提供了肥沃的土壤。

文獻鏈接：The rise of graphene

7、Nature：一種低成本、高效率的基于染料敏化膠體TiO₂薄膜的太陽能電池

通過低成本工藝從低到中等純度的材料制成，具有商業上現實的能量轉換效率的光伏電池。該裝置基于10?μm厚的光學透明的二氧化鈦顆粒薄膜，這種薄膜只有幾個納米大小，表面涂有一層電荷轉移染料以使薄膜感光，以便采光。由于半導體薄膜的高表面積和染料的理想光譜特性，該裝置獲得了很高比例的入射太陽能通量(46%)，并顯示出極高的效率將入射光子轉換為電流(超過80%)。在模擬日光下，光能轉換的總當量為7.1-7.9%，在漫射日光下為12%。電流密度大(大于12mA/cm²)，穩定性好(至少能維持500萬次不分解)，成本低，所以該太陽能電池有巨大的應用前景。

文獻鏈接：A Low-cost, High-efficiency Solar-cell Based on Dye-Sensitized Colloidal TiO₂?Films

8、J. Mater. Res.：一種利用載荷和位移傳感壓痕實驗測定硬度和彈性模量的改進技術

用Berkovich壓痕機對六種材料的壓痕載荷-位移行為進行了詳細的記錄，建立了一種從壓痕載荷-位移數據中確定硬度和彈性模量的改進方法。這些材料包括熔融石英、鈉石灰玻璃和鋁、鎢、石英和藍寶石的單晶。結果表明，在卸載過程中，這些材料的荷載-位移曲線即使在初始階段也不是線性的，這說明在卸載數據分析中經常使用的平沖頭近似并不完全足夠。作者提出了一種考慮卸載數據曲率的分析技術，并提供了一種物理上合理的程序來確定深度，該深度應與壓頭形狀函數一起使用，以確定峰值載荷下的接觸面積。用分析程序計算了六種材料的硬度和彈性模量，并與用獨立方法確定的值進行比較，以評估方法的準確性。結果表明，采用良好的測量技術，可以將模量控制在5%以內。

文獻鏈接：An improved technique for determining hardness and elastic modulus using load and displacement sensing indentation experiments

9、Chem. Rev.：半導體光催化的環境應用

半導體光催化似乎是一種很有前途的技術，在環境系統中具有許多應用，例如空氣凈化，水消毒，危險廢物修復和水凈化。此外，作為該技術應用基礎的基礎研究，正在形成對多相環境中金屬氧化物系統復雜多相光化學的新認識。

文獻鏈接：Environmental Applications of Semiconductor Photocatalysis

10、Nature：由液晶模板機制合成的有序介孔分子篩

由于其較大的內表面積，微孔和介孔無機固體（孔徑分別為≤20 ?和~20-500 ?）在催化劑和吸附介質中有巨大實用性。典型的微孔材料是結晶骨架固體，例如沸石，但到目前為止發現的最大孔尺寸為~10-12??（對于一些金屬磷酸鹽）和~14??（對于黃磷鐵礦）。中孔固體的材料包括二氧化硅和改性的層狀材料，但這些材料總是無定形的或者是非晶的，具有不規則間隔并且尺寸分布廣泛的孔。孔隙尺寸可以通過層狀硅酸鹽與表面活性劑物質的嵌入來控制，但最終產品部分地保留了前體材料的分層性質。在這里，作者報道了在表面活性劑存在下煅燒硅鋁酸鹽凝膠合成的中孔固體。該材料具有規則的均勻通道陣列，通過選擇表面活性劑，輔助化學品和反應條件，可以調整其尺寸（范圍在16 ?到100 ?之間）。通過硅酸鹽材料在有序的表面活性劑膠束之間形成無機壁，作者提出一種新的液晶“模板”機制。

文獻鏈接：Ordered mesoporous molecular sieves synthesized by a liquid-crystal template mechanism

3.近十年材料&化學領域高被引top10

1、Rev. Mod. Phys.：石墨烯的電子性能

本文回顧了石墨烯的基本理論方面，石墨烯是一種原子厚的碳同素異形體，具有不尋常的二維狄拉克電子激發。可以通過施加外部電場和磁場，或通過改變樣品幾何形狀和/或拓撲來控制狄拉克電子。狄拉克電子在隧穿，限制和整數量子霍爾效應中以不尋常的方式表現。討論了石墨烯疊層的電子特性，并且隨著層疊順序和層數而變化。石墨烯中的邊緣（表面）狀態取決于邊緣終止（鋸齒形或扶手椅）并影響納米帶的物理性質。不同類型的病癥改變狄拉克方程，導致不尋常的光譜和傳輸特性。還介紹了單層和多層石墨烯中電子-電子和電子-聲子相互作用的影響。

文獻鏈接：The electronic properties of graphene

2、Science：單層石墨烯的彈性和內在強度的測量

在原子力顯微鏡下，作者通過納米壓痕的方法測量了獨立單層石墨烯薄膜的彈性性能和固有斷裂強度。在非線性彈性應力-應變響應框架內解釋力-位移行為，分別得到了每米340?N?m^-1和-690 N?m^-1的二階和三階彈性剛度。斷裂強度為42?N?m^-1，表示無缺陷薄板的固有強度。這些量對應的楊氏模量E=1.0 terapascals，D=-2.0 terapascals的三階彈性剛度以及散裝石墨σ_int?= 130?GPa的內在應力。這些實驗證明石墨烯是迄今為止測量到的最堅固的材料，并表明原子完美的納米材料可以通過機械測試來變形，遠遠超出線性范圍。

文獻鏈接：Measurement of the elastic properties and intrinsic strength of monolayer graphene

3、Nat. Mater.：電化學電容器材料

電化學電容器，也稱為超級電容器，使用離子吸附（電化學雙層電容器）或快速表面氧化還原反應（偽電容器）來儲存能量。當需要高功率輸送或吸收時，它們可以補充或替換電能存儲和收獲應用中的電池。通過理解電荷存儲機制和先進納米結構材料的開發的最新進展，已經實現了性能的顯著改進。在小于溶劑化離子的孔中發生離子去溶劑化的發現導致使用具有亞納米孔的碳電極的電化學雙層電容器的電容更高，并且打開了使用各種電解質設計高能量密度器件的大門。將電容納米材料（包括氧化物，氮化物和聚合物）與最新一代納米結構鋰電極相結合，使電化學電容器的能量密度更接近電池的能量密度。碳納米管的使用具有進一步發展的微電化學電容器，使得能夠制造靈活且適應性強的裝置。

文獻鏈接：Materials for electrochemical capacitors

4、Nature：發現新電池

設計綠色和可持續的電池系統至關重要，因此生命周期，原材料豐富和電極回收等標準變得至關重要。由于這些原因，人們期望能夠大大提高鋰-空氣電池的能量密度，以及使用從生物質獲得電活性有機分子的鋰基系統。完全基于納米材料的下一代鋰離子電池將很快出現，其次是鋰空氣電池和其他使用有機材料的電池。

文獻鏈接：Building better batteries

5、Science：石墨烯的現狀與前景

石墨烯是一種神奇的材料，獲得了許多最高級稱號。它是宇宙中最薄的物質，也是有史以來最強的物質。它的載流子具有巨大的固有遷移率，有效質量為零，并且可以在室溫下不發生散射。石墨烯可以承受比銅高六個數量級的電流密度，具有創紀錄的導熱率和剛度，不透氣，并且兼顧了諸如脆性和延展性之類的矛盾性質。石墨烯中的電子傳輸由狄拉克式方程描述，該方程可以在試驗臺上研究相對論量子現象。本綜述分析了石墨烯研究和應用的最新趨勢，并試圖確定該領域可能發展的未來方向。

文獻鏈接：Graphene: Status and Prospects

6、Science：在銅箔上大面積合成優質均勻的石墨烯薄膜

石墨烯以其獨特的條帶結構和物理性能而備受關注。今天，石墨烯被限制在小尺寸，因為它主要是通過剝落石墨而產生的。作者利用甲烷化學氣相沉積的方法在銅基底上生長了大面積的厘米級石墨烯薄膜。這些薄膜主要是單層石墨烯，只有一小部分(少于5%)的面積只有幾層，并且在銅表面臺階和晶界上是連續的。銅中碳的低溶解度似乎有助于使這種生長過程自限性。作者還開發了石墨烯薄膜轉移到任意基底的工藝，在硅/二氧化硅基底上制作的雙柵場效應晶體管在室溫下顯示出高達4050?cm²?V^-1?s^-1的電子活動性。

文獻鏈接：Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films on Copper Foils

7、Nature：可拉伸透明電極的石墨烯薄膜的大規模生長

石墨烯大規模規模化生長所帶來的問題是在器件應用中使用該材料的主要障礙之一。近年來，以石墨晶體和石墨烯氧化物為原料，采用二維組裝法制備了宏觀尺寸的石墨烯薄膜。然而，這些薄膜的薄膜電阻遠遠大于理論上的預期值。本文報道了用化學氣相沉積法在薄鎳層上直接合成大型石墨烯薄膜的方法，并給出了兩種不同的薄膜模式化和轉移到任意基底的方法。轉移石墨烯薄膜顯示非常低的薄層電阻～每平方280 Ω，～80%光學透明度。在低溫下，轉移到二氧化硅基底上的單層膜電子遷移率大于3700 cm²?V^-1?s^-1，呈現半整數量子霍爾效應，說明化學氣相沉積生長的石墨烯質量與機械切割石墨烯一樣高。利用石墨烯優異的機械性能，作者還演示了這些高導電透明電極在柔性、可拉伸、可折疊電子器件中的宏觀應用。

文獻鏈接：Large-scale pattern growth of graphene films for stretchable transparent electrodes

8、Nano?Letters：單層石墨烯優越的導熱性

作者報導了懸浮單層石墨烯的熱導率的測量。從拉曼G峰值頻率與激發激光功率的關系以及單獨測量的G峰值溫度系數出發，提取單層石墨烯在~(4.84±0.44)×10³到(5.30±0.48)×10³?W/mK范圍內的導熱系數。導熱系數極高，表明石墨烯在熱傳導方面可以勝過碳納米管。石墨烯的優異導熱性能有利于所提出的電子應用，并使石墨烯成為熱傳導的優良材料。

文獻鏈接：Superior thermal conductivity of single-layer graphene

9、Nat. Nanotechnol.：單層MoS₂晶體管

二維材料在下一代納米電子器件中的應用很有吸引力，因為與一維材料相比，用二維材料制造復雜結構相對更容易。研究最廣泛的二維材料是石墨烯，其物理性質豐富，流動性強。然而，原始石墨烯并沒有帶隙，而帶隙是包括晶體管在內的許多應用中必不可少的特性。設計石墨烯帶隙增加了制造復雜性，并且要么降低應變硅膜的遷移率，要么需要高電壓。雖然單層的MoS₂具有1.8 eV的大的固有帶隙，但先前報道的0.5-3 cm²?V^-1?s^-1范圍內的遷移率對于實際器件而言太低。因此作者使用氧化鉿柵極電介質來證明室溫單層MoS₂遷移率至少為200 cm²?V^-1?s^-1，類似于石墨烯納米帶，并展示了具有室溫電流開/關的晶體管比率為1×10⁸和超低待機功耗。由于單層MoS₂具有直接帶隙，因此可用于構建帶間隧道FET，其功耗低于傳統晶體管。單層MoS₂還可以在需要薄透明半導體的應用中補充石墨烯，例如光電子和能量收集。

文獻鏈接：Single-layer MoS₂?transistors

10、Nat. Nanotechnol.：可加工的石墨烯納米片的水性分散體

石墨烯薄片具有非凡的電子、熱和機械性能，有望得到廣泛的應用。開發大多數石墨烯應用程序的先決條件是大量可加工石墨烯薄片的可用性。在不借助分散劑的情況下，疏水性石墨或石墨烯薄片在水中的直接分散通常被認為是一個不可克服的挑戰。在此，作者報告從石墨中獲得的化學轉換石墨烯薄片可以通過靜電穩定容易形成穩定的水膠體。這一發現使我們能夠開發一種不需要聚合或表面活性劑穩定劑就能大規模生產水性石墨烯分散體的簡便方法。該研究成果使使用低成本的溶液處理技術處理石墨烯材料成為可能，為將這種獨特的碳納米結構用于許多技術應用開辟了巨大的機遇。

文獻鏈接：Processable aqueous dispersions of graphene nanosheets

本文由材料人新能源組大兵哥供稿，材料牛整理。