2020高被引TOP 10文章有沒有你的領域

新年伊始，要做好對過去一年的總結工作才能為新的一年開好頭。所謂溫故而知新，就是這個道理。在這里，為大家準備了2020年高被引文章10篇，供廣大科研工作者參考學習。

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AM：效率接近18%的單結有機光伏電池（被引頻次136）

優化有機光伏(OPV)材料的分子結構是提高能量轉換效率（PCE）最有效的方法之一對于具有一定共軛骨架的分子體系，精細調控烷基鏈對于充分挖掘其光伏潛能具有重要意義。在這里，中科院化學研究所姚惠峰等人對氯化非富勒烯受體(NFA) BTP-4Cl-BO進行了烷基鏈的優化得到了OPV電池中非常優異的光伏參數。將正十一烷基（C11）縮短為正壬基（C9）和正庚基（C7），合成了名為BTP-eC9和BTP-eC7的NFAs。與BTP-eC11相比，具有較短烷基鏈的BTP-eC9顯示出合適的溶解度以及適當的結晶性，降低了Urbach能，并增強了載流子遷移率。值得注意的是，由于短路電流密度和填充因子的提高，基于BTP-eC9的單結OPV電池獲得了17.8％的PCE，認證值為17.3 ％。然而，進一步縮短烷基鏈，導致BTP-eC7的溶解度顯著降低。BTP-eC7的加工性能差，光伏應用不佳。這些結果表明，通過對烷基鏈的精細優化，可以獲得優異的光伏性能。通過進一步優化供體材料和器件加工工程，如多組分共混和形貌控制，可以實現更高的PCE。相關研究以“Single-Junction Organic Photovoltaic Cells with Approaching 18% Efficiency”為題目，發表在AM上。DOI: 10.1002/adma.201908205

圖1?NFA的光伏特性

ACS Nano：呼吸道口罩常用織物的氣溶膠過濾效率（被引頻次92）

如果出現影響呼吸系統的大流行，可能會導致對口罩的大量需求。這包括大部分公眾使用的布口罩，正如當前COVID-19全球傳播期間所看到的那樣。然而，關于各種常用的布料口罩的性能的了解是有限的。重要的是，有必要評估10nm至10μm范圍內氣溶膠顆粒大小的過濾效率，這與呼吸道病毒傳播特別相關。美國芝加哥大學Supratik Guha教授等人對幾種常見面料進行了研究，包括棉、絲、雪紡、法蘭絨、各種合成面料及其組合。盡管單層過濾對各種織物的過濾效率分別為5 ~ 80%(粒徑<300 nm)?和5 ~ 95%(粒徑>300 nm)，但多層過濾和不同織物特定組合的過濾效率均有所提高。棉-絲、棉-雪紡、棉-法蘭絨等雜化的過濾效率為>80%(粒徑<300 nm)和>90%(粒徑>300 nm)。研究推測，復合材料性能的提高可能是由于機械過濾和靜電過濾的共同作用。棉是布口罩最廣泛使用的材料，在較高的編織密度(即紗線數量)下表現更好，并能顯著提高過濾效率。研究也暗示如面具材料的配合不當會導致過濾效率下降了60%，這意味著未來布罩設計研究需要考慮 “適合”的問題,同時允許呼出的空氣通風效率。總的來說，我們發現在口罩中使用的各種常用織物組合可以有效地防止氣溶膠顆粒的傳播。相關研究以“Aerosol Filtration Efficiency of Common Fabrics Used in Respiratory Cloth Masks”為題目，發表在ACS Nano上。DOI:?10.1021/acsnano.0c03252

圖2?實驗裝置示意圖

AM：石墨烯衍生物作為多功能固體添加劑助力二元有機太陽能電池具有17.3%的效率（被引頻次82）

有機太陽能電池(OSCs)共混膜的形態調節是提高器件效率的關鍵途徑。在各種策略中，固體添加劑被提出作為一種簡單和新的方式來實現形態學調整。然而，很少有固體添加劑報道滿足這樣的期望。中科院青島生物能源與過程技術研究所Tonggang Jiu、中科院化學所Yuliang Li及美國華盛頓大學Ke Gao教授合作，首次成功地將氯功能化石墨烯(GCl)作為一種多功能固體添加劑用于微調形貌，并提高器件效率和重現性。與控制器件15.6%的效率相比，達到了創紀錄的高效率達到了17.3%，達到了認證的17.1%，同時提高了短路電流(Jsc)和填充系(FF)，展示了目前最先進的二元有機太陽能電池。引入GCl后，薄膜吸收的紅移、結晶度的增強、相分離的突出、遷移率的提高以及電荷重組的減少協同作用導致了Jsc和FF的增加。此外，由于GCl的非揮發性，GCl的加入大大減少了批次間的差異，有利于大批量生產。這些結果證實了GCl對增強器件性能的有效性，證明了GCl作為多功能固體添加劑在OSCs領域的應用前景。相關研究以“Graphdiyne Derivative as Multifunctional Solid Additive in Binary Organic Solar Cells with 17.3% Efficiency and High Reproductivity”為題目，發表在AM上。DOI: 10.1002/adma.201907604

圖3?設備結構示意圖及性能

Anal. Chem.：光電化學傳感的最新進展：從工程光敏材料到傳感設備和檢測模式（被引頻次81）

作為電化學檢測的一個重要分支，電化學傳感（PEC）起步較晚，但發展迅速。近年來，關于PEC傳感技術的重要性日益提高，已成為分析化學研究的熱點之一。福州大學唐點平教授簡要介紹了光致發光傳感的基本原理，總結了光致發光傳感的研究現狀，重點介紹了調節光致發光傳感系統性能的工程光活性材料。并以舉例說明，討論了創新的傳感裝置和檢測模式。并對PEC傳感技術的發展趨勢和前景進行了展望。另外，綜述更側重于研究認為應該呈現給讀者的最重要的方面和高影響的進展的總體概述。相關研究以“Recent Advances in Photoelectrochemical Sensing: From Engineered Photoactive Materials to Sensing Devices and Detection Modes”為題目，發表在Anal. Chem.上。?DOI: 10.1021/acs.analchem.9b04199

圖4?(A)一般的PEC傳感系統示意圖和(B)電子-空穴的產生和傳遞以及可能的重組途徑

Nat. Mater.：二維反鐵磁拓撲絕緣子中的魯棒軸子絕緣體和陳絕緣體相（被引頻次78）

二維材料的非平凡拓撲結構和磁性之間的復雜相互作用可以導致有趣的現象的出現，如量子反常霍爾效應。清華大學王亞愚、張金松、徐勇教授等人研究了MnBi₂Te₄的量子輸運行為，在該體系中實現了陳絕緣體和軸子絕緣體這兩種拓撲量子態。通過機械剝離的方法將MnBi₂Te₄單晶撕到6層，并利用微納加工技術在Si/SiO₂襯底上制備成場效應管器件。實驗發現，當費米面被調節至帶隙中間，MnBi₂Te₄進入到軸子絕緣體和陳絕緣體存在的區間。在低磁場下，樣品的縱向電阻高達6倍量子電阻，同時霍爾電阻表現出0級平臺，這是軸子絕緣體態的重要特征。隨著磁場增加，當反鐵磁態轉變為鐵磁態時，陳絕緣體出現，樣品的輸運由非耗散的手性邊緣態貢獻，因此縱向電阻消失，而霍爾電阻達到1倍量子電阻。不同磁場下縱向電阻和霍爾電阻隨著柵極電壓的變化揭示了6層MnBi₂Te₄樣品中軸子絕緣體態和陳絕緣體態之間的演化過程，而兩種拓撲物質態之間的量子相變行為和量子霍爾液體到霍爾絕緣體的相變滿足同樣的臨界指數規律。這項工作對于實現量子化拓撲磁電效應，以及在固體中研究軸子動力學具有重要意義。相關研究以“Robust axion insulator and Chern insulator phases in a two-dimensional antiferromagnetic topological insulator”為題目，發表在Nat.?Mater.上。DOI: 10.1038/s41563-019-0573-3

圖5?6層MnBi₂Te₄器件的表征

Nat. Rev. Mater.：降低鈣鈦礦太陽能電池中的非輻射復合能量損失（被引頻次77）

鈣鈦礦太陽能電池制備工藝簡單，成本低廉。近年來，該類太陽能電池因其快速增長的光電轉換效率和逐步提升的器件穩定性，吸引了學術界和產業界的廣泛關注，為光伏領域帶來了新的機遇。然而，由于鈣鈦礦太陽能電池中存在非輻射復合損失，所以目前的光電轉換效率依然低于肖克利-奎塞爾（Shockley-Queisser）理論所定義的極限效率。因此，最大化降低鈣鈦礦太陽能電池的非輻射復合損失是進一步提升電池器件效率的未來研究重點。在這篇綜述中，北京大學朱瑞、龔旗煌院士與英國薩里大學張偉教授合作分析了鈣鈦礦太陽能電池中導致非輻射復合損失的主要途徑，并評估了它們對器件性能的影響。然后，討論了如何通過可靠的表征技術來估計非輻射復合損失，并強調了在減輕這些損失方面的一些顯著進展，這些進展暗示了通往無缺陷鈣鈦礦太陽能電池的途徑。最后，概述了將鈣鈦礦太陽能電池的效率推向輻射極限的未來工作方向。相關研究以“Minimizing non-radiative recombination losses in perovskite solar cells”為題目，發表在Nat. Rev. Mater.上。DOI: 10.1038/s41578-019-0151-y

圖6?鈣鈦礦太陽能電池配置和記錄電池參數與shockley-Queisser極限的比較

Chin. J. Catal.：石墨烯修飾增強WO₃/TiO₂階梯結構異質結光催化制H₂活性（被引頻次70）

太陽光驅動的光催化水分解制氫是利用太陽能的理想策略。然而，這種策略受到TiO₂基光催化劑光收集不足和光生電子-空穴復合率高的限制。武漢理工大學Jiaguo Yu聯合香港教育大學Wingkei Ho教授等人采用一步水熱法制備了石墨烯修飾的WO₃/TiO₂階梯型異質結(S型異質結)復合光催化劑。在三元復合材料中，TiO₂和WO₃納米粒子與還原氧化石墨烯(rGO)緊密結合，形成一種新型復合材料S型異質結。此外，復合材料中的還原氧化石墨烯不僅作為理想載體提供了豐富的吸附和催化活性位點，而且通過在TiO₂和還原氧化石墨烯之間形成肖特基結，促進了TiO₂導帶的電子分離和轉移。WO₃與TiO₂形成的S型異質結與TiO₂之間的正協同效應，二氧化鈦和石墨烯之間形成的肖特基異質結抑制了相對有用電子和空穴的復合。這種效應也增強了光的收集，促進了活性部位的還原反應。由此可見，新型WO₃/TiO₂/rGO三元復合材料的光催化析氫速率顯著提高至245.8μmol g^-1?h^-1，約為純TiO₂的3.5倍。這項工作不僅提供了低成本的石墨烯基

通過可行的一步水熱法獲得了s型異質結光催化劑，實現了不使用貴金屬高效生成H₂，也為新型異質結光催化劑的設計提供了新的見解。相關研究以“Enhanced photocatalytic H₂-production activity of WO₃/TiO₂?step-scheme heterojunction by graphene modification”為題目，發表在Chin. J. Catal.上。DOI: S1872-2067(19)63382-6

圖7?WTG復合材料C 1s (a)和O 1s (b)的高分辨率XPS圖

Chem. Rev：結構明確金屬催化劑的演變：從納米催化到單原子位點催化（被引頻次66）

在多相催化中使用結構明確的材料將為開發先進催化劑提供許多新的機遇，以應對能源和環境方面的全球性挑戰。清華大學李亞棟、牛志強研究團隊發表的綜述文章系統地闡述了納米催化和單原子位點催化方面的研究成果，展示了從上個世紀以來在納米催化領域所取得的諸多成就和近幾年在單原子位點催化領域的新進展。綜述討論了納米/單原子位點催化劑的合成策略、構效關系以及新型納米/單原子位點催化劑在基礎化學工業、精細有機化工、能源轉化催化以及環境催化中的應用。相關研究以“Well-Defined Materials for Heterogeneous Catalysis: From Nanoparticles to Isolated Single-Atom Sites”為題目，發表在Chem. Rev.上。DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00311

圖8?單晶表面原子的形狀依賴性電子結構

ACS Sustainable Chem. Eng.：木質素-碳水化合物復合物作為抗氧化劑清除體內和體外活性氧的研究及其應用（被引頻次65）

在體外，木質素-碳水化合物復合物(LCCs)顯示出抗氧化的能力來清除個別的自由基，而很少有研究表明是否LCCs能有效清除細胞內和內源性活性氧(ROS)，活性氧是代謝過程中分子氧減少而產生的多重自由基。越南孫德盛大學Houman Babazadeh教授等人采用經典方法從竹子(LCCs?B-B)和楊樹(LCCs?B-P)中分離出富含碳水化合物的低碳水化合物，并通過體外清除RAW 264.7細胞內ROS和體內清除斑馬魚內源性ROS來評價其抗氧化活性。成分分析結果表明，兩種LCC制劑中碳水化合物(52.2%和51.2%)和木質素(44.1%和47.8%)含量相近。然而，NMR分析表明，LCCs?B-B含有16.1/100C₉的LCCs鍵，高于LCCs?B-P (12.3/100C₉)。抗氧化實驗表明，LCCs?B-B具有較好的抗氧化活性，能夠清除單個自由基。在細胞和動物模型水平上，LCCs?B-B在清除H₂O₂刺激的RAW 264.7細胞和斑馬魚體內的內源性ROS方面也優于LCCs?B-P，這可能是由于它能較好地防止氧化應激下抗氧化酶活性的降低。相關研究以“Characterization and application of lignin-carbohydrate complexes from lignocellulosic materials as antioxidant for scavenging in vitro and in vivo reactive oxygen species”為題目，發表在ACS Sustainable Chem. Eng.上。DOI: 10.1021/acssuschemeng.9b05290

圖9?LCCs-B-B和LCCs-B-P的DPPH自由基清除能力(a)和O₂^??自由基清除能力(b)

Nat.?Commun.：鋰離子電池正極材料發展的思考（被引頻次64）

近30年來，鋰離子電池推動了便攜式電子革命。其正在推動汽車電氣化，并開始進入公用事業。鋰離子電池的出現和主導地位是由于其能量密度比其他可充電電池系統高，這得益于高能密度電極材料的設計和開發。近日，德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram教授系統的總結了鋰離子電池及其正極材料的發展，該文旨在推動對鋰離子電池正極材料化學的發展歷程進行深入的考察和反思。本文就基礎研究如何促進三大類鋰離子電池氧化物陰極的發現、優化和合理設計進行了反思，并對這一重要領域的未來進行了展望。相關研究以“A reflection on lithium-ion battery cathode chemistry”為題目，發表在Nat. Commun.上。DOI:?10.1038/s41467-020-15355-0

圖10?緊密排列的氧化物中具有較低能壘的鋰擴散途徑

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