新IF下的TOP 5國產材料類期刊前沿文章速覽！

2019年SCI影響因子正式出爐。國產SCI期刊的順序也發生了些許變化，期刊National Science Review、Nano-Micro Letters、Science Bulletin增幅明顯（IF相對變化>3）。近年來，國產SCI期刊表現非常驚艷，許多期刊一步步逼近相關領域國際頂級期刊。從2018 年，中國期刊已有超越美國的趨勢，成為世界上科學出版物總量最多的國家。同時，近些年中國期刊也更注重質的飛躍，隨著國內學術期刊團隊的辛勤耕耘和不斷努力，國內多個學術期刊已經取得很不錯的成績，大量優秀科研成果在國內優秀期刊上發表。

本文匯總近期材料類五大期刊（National Science Review、Nano-Micro Letters、Science Bulletin、npj Computational Materials、Nano Resreach）的前沿動態，供廣大科研工作者瀏覽。

National Science Review：多級多孔TiO₂/rGO混合結構具有高穩定性鋰存儲容量

活躍點的晶體面可以為各種應用生成特殊的屬性。在此，武漢理工大學蘇寶連教授等人報告了一種(001)分面納米薄片構造的分層多孔TiO₂/還原氧化石墨烯（rGO）混合結構，具有前所未有的、高度穩定的鋰存儲性能。密度泛函理論計算表明，(001)面TiO₂納米薄片增強了與電解質的接觸，縮短了Li⁺擴散和插入的路徑長度，從而增強了反應動力學。在這種TiO₂/rGO復合材料中，還原氧化石墨烯納米片極大地改善了電荷輸運，而不同長度尺度的多孔結構有利于電解質的連續滲透，并能適應體積變化。TiO₂/還原氧化石墨烯復合陽極材料具有良好的可逆能力電壓窗為1.0-3.0 V時，1C為250mAh g^-1?(1C = 335 mA g^-1)。即使在5 ^o?C和在10 ^o?C下循環500次，陽極分別保持176和160 mAh?g^-1的超長和穩定的容量。此外，形成的Li₂Ti₂O₄納米點便于在循環過程中反向Li⁺插入提取。以上結果表明，鈦基材料作為鋰離子電池陽極，其性能是最佳的。相關研究以“Unprecedented and highly stable lithium storage capacity of (001) faceted nanosheet-constructed hierarchically porous TiO₂/rGO hybrid architecture for high-performance Li-ion batteries”為題目，發表在National Science Review上。

文獻鏈接：DOI: 10.1093/nsr/nwaa028

圖1?NSTiO₂/rGO雜化結構的電鏡表征

National Science Review：可抑制運動噪聲的類皮膚可穿戴連續血壓監測系統

根據世界衛生組織的統計，估計每年有1790萬人死于心血管疾病，占全球死亡人數的31%。連續無創動脈壓(CNAP)對心血管疾病的治療至關重要。然而，由于對皮膚的刺激以及缺乏運動偽影抑制，在日常使用現有設備的情況下實現長期CNAP監測是不可能的。在這里，清華大學馮雪教授等人 報告了一個高性能的皮膚樣光電子系統集成超薄柔性電路監測CNAP。通過虛擬工作原理引入了一個精確預測血壓和抑制運動偽影的理論模型，并提出了基于皮膚樣器件的穩定光學測量的頻域光學差。將這些結果與44名重癥監護者>1500分鐘的有創(動脈內)血壓監測結果進行比較。固定和收縮壓的最大舒張壓絕對誤差分別為±7/±10 mm Hg步行場景分別為±10/±14 mm Hg。該策略提供了先進的血壓監測技術，可以直接滿足高度脆弱人群的臨床需求或日常使用。相關研究以“Wearable skin-like optoelectronic systems with suppression of motion artifacts for cuff-less continuous blood pressure monitor”為題目發表在National Science Review上。

文獻鏈接：DOI: 10.1093/nsr/nwaa022

圖2?類皮膚可穿戴系統原理圖、設計、光學圖像和測量原理

Nano-Micro Letters：自組裝蛋白超結構用于膠質母細胞瘤的治療

膠質母細胞瘤(GBM)在腫瘤學領域仍然是一個巨大的挑戰。化學動力療法(CDT)觸發活性氧(ROS)致腫瘤細胞死亡，為GBM的治療打開了一扇新的大門。?在此，丹麥技術大學的Tao Zheng、Yi Sun教授報道了一種新的CDT納米劑。血紅蛋白(Hb)和葡萄糖氧化酶(GOx)被用作CDT的強力催化劑。通過交聯技術構建了作為自組裝的多層超結構，而不是將蛋白質封裝在藥物傳遞納米載體中。紅細胞細胞膜在蛋白的超結構上被偽裝起來，以促進通過血腦屏障的傳遞。制備的RBC@Hb@GOx納米粒子(NPs)具有較好的生物相容性、簡化的結構和在腫瘤部位的高累積。成功地證明了NPs能有效地產生有毒的ROS，在體外殺滅U87MG癌細胞，在體內抑制GBM腫瘤的生長，這表明CDT納米劑在治療GBM方面具有廣闊的前景。相關研究以“SelfAssembly Protein Superstructures as a Powerful Chemodynamic Therapy Nanoagent for Glioblastoma Treatment”為題目，發表在Nano-Micro Letters上。

文獻鏈接：DOI:?10.1007/s40820-020-00490-6

圖3?設計蛋白超結構作為化學動力學治療納米劑

Nano-Micro Letters：?MOF衍生的Ni_1?xCo_x@C具有可調納米結構的電磁波吸收器

功能材料本身的電磁特性和特殊的納米結構對其電磁波能量轉換，特別是在微波吸收領域有著重要的影響。在此，復旦大學的車仁超教授將多孔Ni_1?xCo_x@C通過溶劑熱反應和退火處理，成功地合成了金屬有機骨架碳復合材料。得益于配位作用，碳化雙金屬Ni-Co-MOF保持了其初始骨架，并轉變為納米結構可調的磁碳復合材料。熱分解過程中產生的磁性顆粒/團簇作為催化劑促進碳sp²的排列，形成特殊的核殼結構。因此，純Ni@C微球表現出較強的MA行為比其他Ni_1?xCo_x@C復合材料。令人驚訝的是，磁介質Ni@C復合材料具有強的反射損失值59.5 dB，有效吸收頻率覆蓋范圍為4.7 GHz。同時，通過調節吸收器的含量從25%到40%，可以提高MA的容量。利用軸向電子全息技術研究了MOF衍生的Ni_1-xCo_x @C微球的磁介電協同效應，并對其機制進行了深入研究。相關研究以“MOFDerived Ni_1-xCo_x@Carbon with Tunable Nano–Microstructure as Lightweight and Highly Efcient Electromagnetic Wave Absorber”為題目，發表在Nano-Micro Letters上。

文獻鏈接：DOI: 10.1007/s40820-020-00488-0

圖4?Ni_1-xCo_x?@C微球的合成過程示意圖

Science Bulletin：功能可切換的金屬/半導體結高效催化整體水裂解

西安交通大學的沈少華教授等人將一種新型的金屬/半導體光催化劑——納米銅改性TiO₂空心球(Cu/TiO₂)，設計為有效的光催化整體水裂解(POWS)。該Cu/TiO₂光催化劑具有良好的POWS性能，在已報道的TiO₂基光催化劑中，可見光裂解處于最高水平。有趣的是，Cu和TiO₂之間形成的金屬/半導體結使水氧化產物的選擇性(H₂O₂或O₂)可通過受輻照波長調節的不同反應途徑得到控制。在紫外光作用下，TiO₂中被激發的電子通過Cu/TiO₂肖特基界面被Cu NPs捕獲產生H₂, TiO₂中的光孔通過雙電子過程產生H₂O₂; 在可見光下，Cu NPs作為等離子體向TiO₂注入熱電子以產生H₂，而O₂通過四電子過程由Cu NPs上的熱孔產生。這種功能可切換的金屬/半導體結的合理設計可能有助于理解具有理想的氣/液水氧化產物的POWS機理。相關研究以“Function-switchable metal/semiconductor junction enables efficient photocatalytic overall water splitting with selective water oxidation products”為題目，發表在Science Bulletin上。

文獻鏈接：DOI: 10.1016/j.scib.2020.04.042

圖5?Cu/TiO₂合成示意圖及TEM、EDS圖像

Science Bulletin：用于獨立的超低功率應變傳感器的石墨烯組裝薄膜

石墨烯由于其優越的機械性能和高導電性，成為構建高性能應變傳感器的理想材料。但在將石墨烯組裝成宏觀材料的過程中，其電導率明顯下降。此外，冗長的制作過程也阻礙了石墨烯應變傳感器的應用。在這項工作中，武漢理工大學的何大平教授等人報告了具有高導電性((2.32±0.08)10⁵?S m^-1)的獨立石墨烯組裝膜(GAF)。對于應變傳感器的敏感材料來說，它高于大多數報道的碳納米管和石墨烯材料。這些優點使GAF成為一種超低功耗的應變傳感器，用于檢測氣流和聲音振動。GAF的電阻隨溫度的升高(20-100℃)保持不變，具有良好的熱穩定性。此外，GAF可以直接用作應變傳感器，而不需要任何柔性基板，這大大簡化了制造過程。此外，GAF用作壓力傳感器只有~4.7 lW功率，這項工作為制備先進的超低功耗傳感器和開發柔性節能電子器件提供了新的方向。相關研究以“Function-switchable metal/semiconductor junction enables efficient photocatalytic overall water splitting with selective water oxidation products”為題目，發表在Science Bulletin上。

文獻鏈接：DOI: 10.1016/j.scib.2020.05.002

圖6?GAF的制備和材料表征

npj Computational Materials：鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池的SnO₂電子傳輸層的高效電子提取

和TiO₂相比，SnO₂電子輸運層(ETL)因其優異的電子提取性能和穩定性而受到廣泛關注性而被廣泛應用于鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)中，快速接近最高的功率轉換效率。因此，如何提高ETL的性能是開發更高效的PSCs的重要和迫切需要。蔚山國家科學技術研究所Kwang S. Kim、Chang Woo Myung教授等人通過對SnO₂/MAPbI₃(MA = CH₃NH₃⁺)界面帶準、載流子注入和界面缺陷的分析闡述了高效電子提取的原子起源和SnO₂基PSCs的長期穩定性。發現，Sn-s軌道對載流子注入和缺陷容限起著至關重要的作用。SnO₂/MAPbI₃在MAI-端和pbI₂?-端均具有良好的導帶序列，使得SnO₂/MAPbI₃的太陽能電池性能優于TiO₂/MAPbI₃。不同的偶極子相互作用和軌道雜化機制表明，對于PSCs，后過渡金屬(sp價)氧化物ETLs優于過渡金屬(d價)氧化物ETLs。相關研究以“Efficient electron extraction of SnO2 electron transport layerfor lead halide perovskite solar cell”為題目，發表在npj Computational Materials上。

文獻鏈接：DOI: 10.1038/s41524-020-00370-y

圖7?優化的SnO₂/MAPbI₃和TiO₂/MAPbI₃界面

npj Computational Materials：相變電池材料膨脹驅動斷裂研究

盡管對高容量硅和鍺鋰離子電池陽極的力學行為進行了大量的實驗和理論研究，但我們對這些材料膨脹驅動斷裂的基本理解仍然有限。現有的理論研究為大體積變化相變引起的彈塑性變形提供了見解，但還沒有對裂縫進行格里菲斯準則以外的明確建模。在這里，美國東北大學的Alain Karma教授使用多物理相場方法來模擬自洽各向異性相變、彈塑性變形以及硅納米孔在鋰化過程中的裂紋萌生和擴展。計算結果表明,斷裂發生在一個“脆弱的窗口”內的二維參數空間的屈服強度和斷裂能量并強調了考慮塑性變形的表面局部化對準確預測斷裂開始時拉伸應力大小的重要性。進一步證明了中空納米顆粒增強的魯棒性是如何被理解為陽極幾何形狀對脆弱窗口大小的直接影響。這些見解為設計下一代經歷大容量變化的機械穩定相變電池材料提供了一個改進的理論基礎。相關研究以“Vulnerable window of yield strength for swelling-driven fracture of phase-transforming battery materials”為題目，發表在npj Computational Materials上。

文獻鏈接：DOI: 10.1038/s41524-020-0315-8

圖8?納米顆粒斷裂的相場模擬

Nano Research：可編程機械致變色PDMS薄膜的厚度相關起皺

加州大學河濱分校Yadong Yin教授等人報告了氧等離子處理的聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜顯著的厚度依賴性起皺行為，其中一個能壘將起皺力學分為兩種狀態。對于厚膜，經典的非線性有限力學可以精確地預測膜的周期性。當薄膜厚度小于1mm時，會產生周期性增大的不均勻褶皺，從而導致機械應變下的隨機散射和透明度變化。通過調整薄膜厚度，我們能夠控制周期性褶皺的質量和大小，并進一步設計具有明亮結構色彩和可編程比色反應的機械變色裝置。這項工作闡明了對雙層系統起皺力學的基本認識，以及它們有趣的機致變色應用。相關研究以“Thickness-dependent wrinkling of PDMS films for programmable mechanochromic responses”為題目，發表在Nano?Research上。

文獻鏈接：DOI: 10.1007/s12274-020-2617-z

圖9?制造工藝示意圖

Nano Research：多孔納米管聚醚-環糊精組件高效去除水生系統中的雙酚微污染物

由于現有吸附劑對有機微污染物的去除效果不理想，吸附法的凈水性能受到了限制。在此，中國科學院長春應用化學研究所Zhiqiang Yan、Lehui Lu教授聯合美國紐約州立大學石溪分校Jin Wang教授報道了由環糊精(β?-CD)構建的新型多孔聚合物吸附劑的設計和合成，其中，β?-CD分子排列成有序的bis (β?-CD)管狀組件。通過在水生系統中形成穩定的主-客體籠型化合物，(β?-CD)單元的誘導使它們對雙酚類物質(雙酚A及其類似物雙酚B、雙酚F和雙酚S)具有較高的吸附親和力。結合其高孔隙率表面積（BET：150 m²?g^?1)，豐富的β?-CD含量和快速的吸附動力學，所獲得的吸附劑在消除飲用水中的雙酚微污染物方面優于商業凈水器。該工作為設計高效的吸附劑去除水生系統中的有機微污染物開辟了新的途徑。相關研究以“Porous β-cyclodextrin nanotubular assemblies enable high-efficiency removal of bisphenol micropollutants from aquatic systems”為題目，發表在Nano?Research上。

文獻鏈接：DOI:?10.1007/s12274-020-2758-0

圖10?構建β -CDNFs示意圖及表征

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