楊培東，夏幼南，俞書宏，成會明，Michal Lipson, Richard B. Kaner等大牛近日成果速遞

1.Nano Lett.：用于燃料電池的高性能Pt-Co納米膜電催化劑

鉑基合金催化劑是燃料電池應用的理想催化劑，特別是在氧還原反應(ORR)和甲醇氧化反應(MOR)方面。合理的組分和形貌設計是提高催化性能的關鍵。加州大學伯克利分校的楊培東教授團隊在Nano Letters上發表文章，報道了以固體菱形十二面體為原料，采用化學腐蝕法制備Pt-Co納米膜的方法。所得到的Pt-Co納米膜在酸性電解液中展現出了出色ORR質量活性。同樣該材料的MOR性能在堿性電解液中也要比商業Pt/C催化劑性能高出四倍。實驗研究表明中間碳質毒物的結合減弱有助于增強MOR行為。更令人印象深刻的是，Pt-Co納米膜在長期的測試中也表現出了出色的穩定性，這可能是由于電化學Co溶解的緣故。^[1]

圖1. 基于Pt-Co催化劑的燃料電池示意圖

2.ChemNanoMat：定量分析了鹵化物離子在控制鈀納米晶生長模式中的多重作用

在指導種子演變成不同形狀的金屬納米晶體方面，盡管鹵化物離子(例如Cl^-，Br^-）起著關鍵的作用，但是目前還不清楚鹵化物是如何影響鹽前體的還原動力學，從而影響合成的結果。鑒于此，來自佐治亞理工學院的夏幼南等人在ChemNanoMat上發表文章，作者定量分析了鹵化物在控制立方體和八面體形狀的Pd種子生長行為中的多重作用。定量測量清楚地表明，在還原速率為10^-3?mM/min左右存在一個過渡點，該過渡點將還原分為兩個不同的途徑(溶液與表面)，以形成完全不同的產物。更重要的是，作者證明了Pd(II)前驅體的物質形成、還原動力學和還原途徑都可以通過改變合成中引入的鹵化物的類型和/或數量來確定特定產物的形成。這項工作闡述了定量理解在Pd納米晶體的形狀控制合成中所涉及的鹵化物的多重作用的關鍵一步，這一貢獻可能擴展到其他貴金屬及其合金的合成。^[2]

圖2. Pd(II)前驅體的還原途徑對Pd八面體種子及其產物的生長模式的影響

3.Nature Biomedical Engineering：可重構的納米光子硅探針用于亞毫秒級的深度腦光學刺激

利用納米光子學來快速和精確地重新配置光束以在體內對神經元進行光刺激，目前這方面的研究還很不成熟。美國哥倫比亞大學Michal Lipson和冷泉港實驗室Adam Kepecs（共同通訊）等人在Nature Biomedical Engineering上發表了文章，作者報道了一種可植入的硅基探針的設計和制備，它可以轉換和導入多個光束來刺激皮層的神經元，同時記錄產生的脈沖模式。每個開關裝置由一個氮化硅波導結構,通過電光調制可以迅速(< 20μs)重新配置。通過使用八束探針，作者在麻醉的老鼠身上發現，一小群單個神經元可以被獨立地刺激，以亞毫秒的精度產生多神經沖動模式。也證明了一種集成了電子記錄點的探針可以同時進行光刺激和電測量深腦神經活動。該技術是可擴展的，它允許光束聚焦和轉向，并通過光束整形實現結構照明。該裝置的高帶寬光刺激能力可能有助于探測行為背后的時空神經代碼。^[3]

圖3. 光子探針示意圖

4.Chem. Rev.：用于先進電化學儲能裝置的碳基纖維

先進的電化學儲能器件(EESDs)可以有效地儲存電能，同時又具有微型/柔性/可穿戴/承重的特點，因此，從柔性/可穿戴/便攜式電子產品到輕型電動汽車/航空航天設備，各種應用都需要使用它。碳基纖維因其輕質、高導電性、優異的機械強度、柔韌性和可調的電化學性能，在這些先進的EESDs(如超級電容器和電池)的發展中具有巨大的潛力。基于此，清華-伯克利深圳學院成會明和丘陵等人在Chem. Rev.上發表文章，綜述了碳基纖維的制備技術，特別是碳納米纖維、碳納米管纖維和石墨烯纖維的制備技術，以及提高其機械、電氣和電化學性能的各種方法。重點介紹了這些碳基纖維的先進EESDs的設計、組裝和潛在應用。最后，討論了碳基纖維在高級電沉積中的應用前景和面臨的挑戰。^[4]

圖4. 碳基纖維用于先進EESDs及其在各個領域的潛在應用

5.Nat. Nanotechnol.: 半導體納米棒的區域選擇性磁化

手性是物體與它的鏡像區別開來的特性，這在化學和生物學中引起了學者廣泛的興趣。一維半導體的區域選擇性磁化可以實現室溫下的各向異性磁性，以及自旋極化的操作——自旋電子學和量子計算技術所必需的特性。為了實現定向磁光功能，必須在母體納米棒上的特定位置實現磁性單元的生長。然而，材料與大晶格失配是當前解決這一問題的一大挑戰。因此中科大的俞書宏、國家納米科學中心唐智勇以及多倫多大學EdwardH. Sargent（共同通訊）等人在Nat. Nanotechnol.上發表文章，報告了不依賴于晶格失配的納米棒的區域選擇性磁化，這是通過緩沖中間層來改變界面的能量，促進不相容材料的區域選擇性生長。利用這一策略，作者將具有不同晶格、化學成分和磁性的材料(Fe₃O₄)和一系列在特定位置吸收紫外線和可見光譜的半導體納米棒結合在一起。由此產生的異質納米棒在特定位置磁場的誘導下表現出光學活性。這里提出的區域選擇性磁化策略為設計手性和自旋電子學的光學活性納米材料提供了一條途徑。^[5]

圖5. 一維納米棒的位點選擇性磁化

6.ACS Energy Letters：控制固體電解質中枝晶的生長

固態電解質(SSEs)被廣泛認為是抑制鋰金屬負極枝晶生長的“催化劑”，可用于高能、高安全性的下一代電池。然而，最近的研究表明鋰枝晶在SSEs中形成。從理論上講，在完美的SSEs中可以實現對枝晶的抑制，沒有任何缺陷，而在實際的SSEs中廣泛觀察到枝晶的生長，界面穩定性差，晶界大，空隙大，導電性不佳。鑒于此，清華大學的張強與北京理工大學的黃佳琦（共同通訊）等人在ACS Energy Letters上發表綜述。作者綜述了枝晶在聚合物和無機電解質中的生長行為。對所觀察到的這些SSEs中的枝晶形態、可能的形成機制和一些解決方案進行了分析。對鋰金屬電池SSEs的進一步發展提出了明確的展望和建議。該篇綜述旨在通過對SSEs中枝晶生長的認識，以及與鋰金屬陽極相匹配的SSEs結構和材料的合理設計，為SSEs的發展提供新的思路。^[6]

圖6. SSEs中不均勻的枝晶沉積

7.Nano Lett.：具有超透性和機械穩定性的納米結構氧化石墨烯復合膜

氧化石墨烯(氧化石墨烯)膜具有低摩擦透水和獨特的分子篩分能力，具有巨大的應用潛力。然而，傳統沉積方法制備的復合材料結構的機械穩定性較差，限制了氧化石墨烯薄膜的實際應用。因此來自美國UCLA的Richard B. Kaner教授團隊在Nano Letters上發表文章，作者報道合成了一種具有超高機械穩定性的納米氧化石墨烯復合薄膜。該復合膜含有超薄的選擇性氧化石墨烯納米膜(厚度低至32?nm)和合成后的大孔支撐層，在水和實際滲透率測試中表現出良好的穩定性。通過在選擇性層和支撐層進行精確的優化，獲得了前所未有的透水性和高保留率。^[7]

圖7. 納米氧化石墨烯復合膜的原理圖

8.Nat Commun.：溶劑輔助的配體交換方法使金屬有機框架具有多樣而復雜的結構

與無機晶體不同，金屬-有機框架沒有一個發展良好的納米結構庫，建立它們適當的多樣和復雜的結構仍然是一個主要的挑戰。來自合肥工業大學的吳玉程，崔接武，中科大徐銅文以及美國萊斯大學的Pulickel M. Ajayan（共同通訊）等人在Nature Communications上發表文章。作者提出了一種通過溶劑輔助配體交換來控制金屬-有機骨架結構的一般方法。成功制備了13種不同類型的金屬-有機骨架結構。為了證明概念的應用，我們以獲得的金屬-有機骨架材料為前驅體合成納米多孔碳，并研究了它們的電化學Na⁺存儲性能。由于其獨特的結構，雙殼ZnCo雙金屬沸石型咪唑鹽骨架納米碳管的一維納米孔碳具有較高的比容量、優越的速率能力和循環穩定性。作者的研究為可控制備設計良好的超有機骨架結構及其衍生物提供了一條途徑，這將進一步拓寬金屬-有機骨架材料的應用前景。^[8]

圖8. 一種典型的溶劑輔助配體交換過程

參考文獻：

[1] Shouping?Chen et al.,?High-Performance Pt?Co Nanoframes for Fuel-Cell?Electrocatalysis. Nano Lett., 2020., DOI:10.1021/acs.nanolett.9b05251.

[2] Tung?Han Yang, et al.,?Quantitative Analysis of the Multiple Roles Played by Halide Ions in Controlling the Growth Patterns of Palladium Nanocrystals, ChemNanoMat, 2020, DOI:10.1002/cnma.202000049.

[3]Mohanty, A., Li, Q., Tadayon, M.A. et al., Reconfigurable nanophotonic silicon probes for sub-millisecond deep-brain optical stimulation. Nat Biomed Eng., 2020，DOI: 10.1038/s41551-020-0516-y.

[4] Shaohua?Chen et al.,?Carbon-Based Fibers for Advanced Electrochemical Energy Storage?Devices. Chem. Rev.,?2020, DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00466.

[5] T.-T.?Zhuang, et al., Regioselective magnetization in semiconducting nanorods. Nat. Nanotechnol., 2020, DOI: 10.1038/s41565-019-0606-8.

[6] He?Liu et al, Controlling Dendrite Growth in Solid-State Electrolytes, ACS EnergyLetters, 2020, DOI:?10.1021/acsenergylett.9b02660.

[7]Shuangmei?Xue et al.,?Nanostructured Graphene Oxide Composite?Membranes withUltra-permeability and Mechanical Robustness. Nano Lett.,?2020., DOI:10.1021/acs.nanolett.9b03780.

[8] Dongbo Yu, et al.,?A solvent-assisted ligand exchange approach enables metal-organic frameworks with diverse and complex architectures. Nat Commun., 2020,?DOI: 10.1038/s41467-020-14671-9.

本文由Nano optic供稿

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