頂刊動態｜ACS Nano/Nature子刊/JACS等一周中國學術進展匯總（6.2-6.8）

摘要：中科院北京納米能源與系統研究所研發出自驅動植入式摩擦納米發電機實現對心臟進行無線監測；中科院蘇州納米所研發出基于rGO/ n-Si垂直異質結的自供電近紫外線紅外光電探測器；中科大設計自支撐銅納米線網絡集流體可顯著提升鋰電池性能；南京大學制備出具備獨立電活性的深共晶體系環保型電解液，可用于鋰電池中；北京理工大學制備出用于鋰電的三維核-殼型氧化銅納米線/氮化碳納米陣列結構陽極材料；北京化工大學通過熒光顯微鏡實現有機-無機復合材料中無機填料的微尺度 三維成像；東南大學研究單層MoS2的缺陷設計助力析氫反應；江蘇大學研究多孔超薄石墨相氮化碳（ g-C3N4）薄膜在光催化方面的應用。

1、 人體移動電源？中科院北京納米能源與系統研究所研發出自驅動植入式摩擦納米發電機實現對心臟進 行無線監測

在體內獲得生物力學能量以維持植入式醫療設備所需持續的電能是當今研究者面臨的一大問題。

近日，中科院北京納米能源與系統研究所的研究團隊研發出一種用于體內生物力學能量采集的植入式摩擦納米發電機。該研究中，驅動力由成年豬的心跳產生，該研究結果與報道的生物力學能量轉換裝置的輸出性能相比 ，輸出電壓和相應的電流分別提高了3.5和25，并且該結果是由植入式摩擦納米發電機在生物體內連續 工作72小時后所得。鑒于其在體內的輸出和穩定性突出，該植入式摩擦納米發電機不僅可以應用于植 入式醫療設備，還有可能借此制造出自供電式無線醫療監護系統。

該研究成果發表于：ACS Nano。

2、 中科院蘇州納米所研發出基于rGO/ n-Si垂直異質結的自供電近紫外線紅外光電探測器

眾所周知，理想的光電探測器應具備高靈敏度、快速響應和恢復時間、零偏操作、寬或選擇性檢測光譜 、低制造成本等特性。

近日，中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所研制出基于還原氧化石墨烯（rGO）/N型硅（n-Si）垂直 異質結的自供電式高靈敏度、快速時間響應近紫外線紅外光電探測器。n-Si與rGO之間形成的內建電場 為光生載流子快速高效分離創造驅動力，且半導體層（rGO、n-Si）與源漏極Ti/Au金屬電極的接觸有 助于光生載流子的有效傳輸。研究結果顯示，自供電式近紫外線紅外探測器可檢測的光譜范圍約為 365~1200nm，可見其靈敏度之高；波長為600nm光照下，器件的光響應達到1.52AW-1，最快響應 和恢復時間達到2ms、3.7ms，且當功率密度達到2.5mWcm-2時，開關比超過104。由于可單獨用于 外部電源中，因此該器件適用于微納電子器件，并在紫外線輻射監測、火焰檢測、通信和生物醫學成像等領域中具有應用前景。

該成果發表于：Small。

3、 中科大設計自支撐銅納米線網絡集流體可提升鋰電池性能

鋰金屬由于具有高比容量和低電化學勢，在下一代鋰電池電極材料中占有一席之地。然而，由于鋰枝晶造成的循環性能不好以及安全性問題，一直是金屬鋰電極快速發展的“攔路虎”。

近日，中科大的研究人員設計出自支撐式銅納米線（CuNWs）網絡包覆鋰電極的三維結構，有助于抑制枝晶的生長，從而顯著提高電池性能。該結構的制備途徑并不困難，銅納米線由溶劑輔助蒸發輔助技術制備，經450℃退火后的銅納米線網絡具有最高的電導率，隨后將金屬Li沉積在多孔網絡中，形成Li/CuNWs復合材料集流體。實驗結果顯示，200次充放電循環后庫倫效率仍達到98.6%，該研究結果有助于研究者將其用于全固態鋰電池等鋰金屬基電池中，以進行更加深入的研究。

該研究成果發表于：NANO?Letters。

4、 綠色可持續，南京大學制備出具備獨立電活性的深共晶體系環保型電解液用于鋰電中

隨著綠色能源產業春天的來臨，近年來人們對環保電池的關注度不斷提高，這其中最為關鍵性的挑戰在 于環保電極和電解質材料。深共晶溶劑因具有低成本、易于制備、無毒性等優點作為最有前途的綠色介 質離子液體而備受關注。

近日，南京大學的研究團隊制備出具備獨立電活性的深共晶體系電解液，該體系由FeCl3·6H2O組成， 用作電解液時兼具綠色、低成本、容量高等優點。經測試，該體系下電池可逆性能良好，體積容量達到 144.72Ah/l，能量密度達到480Wh/l（380Wh/kg）可與當前的鋰離子電池相媲美。

該研究成果發表于：Energy Environment & Science。

5、 北京理工大學制備出用于鋰電的三維核-殼型氧化銅納米線/氮化碳納米陣列結構陽極材料

鋰離子電池中過渡金屬氧化物的結構退化和低電導率導致嚴重的容量衰減，針對這一問題，目前的解決方法主要集中于使用納米復合材料或混合納米金屬氧化物與導電添加劑。

近日，來自北京理工大學的研究者設計出獨立的氧化銅納米線/氮化碳薄膜三維陣列核–殼納米結構，并將其應用于復雜、大面積陽極組件中。該研究通過在銅基板上生長氧化銅納米線，隨后射頻濺射氮化碳薄膜，形成獨立的三維陣列核–殼納米結構，呈三明治結構。該結構可以容納鋰嵌入脫出過程中的體積 膨脹，提供豐富的電活性區域以及電子/離子傳輸通道，不需額外的粘接劑和導電劑，從而提高電極的 能量和功率密度。該電極結構在先進鋰離子電池、以及靈活的儲能裝置的應用中將有廣泛前景。

該研究成果發表于：Nature Communications。

6、 北京化工大學通過熒光顯微鏡實現有機-無機復合材料中無機填料的微尺度三維成像

無機分散對于有機-無機復合材料先進性能的實際應用來說至關重要。電子顯微鏡是目前對于納米級有機-無機復合材料中無機填料進行分散性研究的最常見方法。然而，使用高對比度的熒光成像方法直接觀察有機-無機復合材料中的無機填料粗粒分散體似乎并不順利。

近日，北京化工大學的研究團隊設計并合成了一種具有聚集誘導發光的兩親性熒光表面活性劑，并將其用于聚合物基體中蒙脫土粗粒分散體和層狀雙氫氧化物填料進行三維成像。熒光顯微鏡成像技術相比于主要觀察樣品表面形貌的電子顯微鏡成像技術，在對樣品內部成像、靈敏度等方面更勝一籌，有助于研究者對有機無機復合材料–無機填料中無機填料的粗粒分散體直接進行三維觀察。

該研究成果發表于：Nature Communications。

7、 東南大學研究單層MoS2的缺陷設計助力析氫反應

納米尺度MoS2作為析氫反應最有前途的非貴重催化劑因而受到廣泛關注。然而，純MoS2除了位于邊緣的活性位點，其余大面積的基底面幾乎是無用的。

近日，來自東南大學的研究者總結了16類包括點缺陷和晶界在內的結構缺陷以激活單層MoS2基面。第一性原理表明，六類缺陷（Vs, VMoS3, MoS2PDs; 4|8a, S bridge, and Mo?Mo bond GBs）可顯著提高MoS2平面域的氫化反應。Vs, MoS2PDs; 4|8a, S bridge這些缺陷在海洛夫斯基反應和塔菲爾反應具有很高的活性，并且研究者可以通過修正的帶中心模型分析不同析氫反應中的缺陷活性，這種方法廣泛適用于具有局部缺陷態的系統。通過該研究成果，研究者更容易全面了解析氫反應中單層MoS2的缺陷設計，有望在未來的氫能利用方面借助二維硫化物開啟新的篇章。

該研究成果發表于：JACS。

8、 江蘇大學研究多孔超薄石墨相氮化碳（g-C3N4）薄膜在光催化方面的應用

在光催化領域，相比于塊體材料，原子厚度的超薄材料具有優異的光催化性能。然而，遷移到材料表面的光生載流子將會發生重組，從而限制載流子的充分應用。最近，半導體的表面缺陷作為活性位點，以提高載流子的分離效率，從而實現提高光催化效率相關報道層出不窮。因此，表面的缺陷可以被引入到半導體作為表面光生載流子的分離中心。

近日，江蘇大學的研究團隊研究了具有碳缺陷的原子級別厚度超薄材料在光催化方面的應用。在該研究中，具有表面碳缺陷的多孔超薄石墨相氮化碳（g-C3N4）薄膜可通過兩次熱處理工藝獲得。所制備的該薄膜厚度約為0.9nm，用于對于塊體和表面的載流子雙向加速分離。在可見光的照射下，該材料的光催化活性可用于降解羅丹明。光催化過程中的自由基的測定和分析由電子自旋共振和X射線光電子能譜價帶譜技術實現，其中主要的自由基會從塊狀石墨相氮化碳的超氧陰離子自由基向超薄多孔超薄石墨相氮化碳的超氧陰離子自由基和羥基自由基和羥基自由基轉變。這種理想的材料模型從原子級別分析了具有有限碳缺陷的多孔超薄結構在增強的光催化活性方面的作用：增強的光催化活性是來自g-C3N4-2獨特的結構，從而具有更高的載流子遷移率和較低的價帶頂端。

該研究成果發表于：Carbon。

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本期周報由國內材料周報小組吳長青撰寫，材料牛編輯整理。