2020年，國內學者NS發文大爆發！
不平凡的2020年終于過去了。在這特殊又艱難的一年，有一批科研人員從未停下前進的腳步。從Nature、Science發文來看，這一年我國科研人員可謂碩果累累。中國高校的N&S總發文數達到了首度突破了單年度150篇的大關，有超過60所內地高校作為通訊作者單位在N&S發表至少一篇文章，其中材料相關領域發文40余篇。
6月份，我們盤點過2020上半年材料、化學領域國內作者NS發文情況（從半年nature science發文來看 國內科研競爭激烈程度已進入地獄級），這篇文章繼續為大家梳理下半年國內單位NS文章。
Nature
1.?北京大學&廈門大學Nature：表面配位層鈍化銅氧化過程
北京大學的江穎以及廈門大學的傅鋼、鄭南峰（共同通訊作者）等人發現，在甲酸鈉存在下，利用溶劑熱處理的銅能夠在其表面進行晶體重構并形成超薄的表面配位層。在此前的研究中，該聯合團隊已經發現利用甲酸鹽作為還原劑能夠通過溶劑熱方法合成可在空氣中穩定存在的銅納米片。而此次的研究不僅揭示了這一表面改性策略可以賦予銅在空氣、鹽霧以及堿性條件的抗氧化性能，還發現表面改性并不會影響銅的熱/電導率。此外，研究還引入了烷硫醇配體與缺陷位點進行配位，從而能夠進一步提高銅表面的抗氧化性能。最后，研究還闡釋了這一溫和的改性方式使用于制備各種形式（包括箔、納米線、納米顆粒等）的空氣穩定銅材料。因此，研究人員也期待該項工作發展的新型表面鈍化技術能夠進一步拓展銅的工業應用。2020年10月14日，相關成果以題為“Surface coordination layer passivates oxidation of copper”的文章在線發表在Nature上。
2. 武大&上科大Nature:MOF基復合材料實現高效二氧化碳光還原
武漢大學的鄧鶴翔、Ling Zan以及上海科技大學的Osamu Terasaki（共同通訊作者）等人創造了一種新型的MOF內“分子隔間（molecular compartments）”材料。研究人員在MIL-101及其衍生物的孔結構內生長二氧化鈦，從而構建具有了分子隔間的MOF基復合材料。研究顯示，這一隔間能夠促進光吸收/電子生成的二氧化鈦單元與具有催化性能的MOF金屬簇產生協同作用，從而實現光催化二氧化碳還原過程以產生氧氣。在這一復合材料中，二氧化碳光還原的量子效率甚至可以高達11.3%（350nm光源處），表明二氧化鈦在MOF體系中的精確定位能夠有效提升二氧化鈦的活性。2020年09月09日，相關成果以題為“Filling metal–organic framework mesopores with TiO2 for CO2 photoreduction”的文章在線發表在Nature上。
文獻鏈接：Filling metal–organic framework mesopores with TiO2 for CO2 photoreduction（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2738-2）
?3. 華東師范大學Nature：在分子鏈中打出多種結
盡管在DNA和蛋白質中可以發現結，并在其他長聚合物鏈中隨機形成，但是在合成的納米級鏈中卻缺乏將不同種類的結系在一起的方法。高對稱的分子結以前是通過非共價相互作用來組裝和纏繞分子鏈而合成的，但在這種情況下，模板或鏈結構本質上決定了拓撲，這意味著通常只有一種類型的結是可能的。華東師范大學李大為（David A. Leigh）教授團隊首次實現了利用單一分子股線通過模擬分子伴侶蛋白誘導蛋白折疊的過程，構筑了三種不同的分子拓撲結構，這一過程完全區別于該領域以前所報道的一種合成方法對應一種拓撲結構的策略，大大拓展了分子拓撲學在未來研究拓撲類蛋白功能及構象關系的潛力。所得到的三種拓撲結構中，存在對稱度較低的52結這一結結構，這也是首次報道該拓撲結構的合成策略。將納米尺度的鏈連接成不同的結的能力為探索合成低聚物、聚合物和超分子的結構和性質的改變提供了機會。相關研究以“Tying different knots in a molecular strand”為題目，發表在Nature上。
文獻鏈接：Tying different knots in a molecular strand（Nature, 2020,DOI: 10.1038/s41586-020-2614-0）
4. 長春應化所Nature：穩定的室溫二維鈣鈦礦光泵浦連續波激光
有機-無機鹵化鉛準二維(2D)鈣鈦礦由于其成本低、顏色可調、優異的穩定性和溶液處理能力，是一種很有前途的激光應用獲取介質。在高密度集成光電器件中，光泵浦連續波（CW）激光被廣泛應用，是實現電泵浦激光的關鍵一步。然而，由于連續波光泵浦下的激光突然終止現象(lasing death)，在室溫下的連續波激光還沒有實現，其原因尚不清楚。在這里，中科院長春應用化學研究所秦川江研究員和日本九州大學Chihaya Adachi教授等人研究了具有不同有機陽離子的基于鹵化鉛的準2D鈣鈦礦膜，并觀察到長壽命的三態激子在放大自發發射和光泵浦脈沖和連續波激光中顯著地阻礙了粒子數反轉。研究結果表明，單線態三重態激子湮沒是導致激光死亡的一種可能的內在機制。通過使用具有高質量因子的分布式反饋腔，并應用三重態管理策略，可以在室溫下在空氣中連續光泵浦下獲得穩定的準2D鈣鈦礦綠色準激光器。相關研究以“Stable room-temperature continuous-wave lasing in quasi-2D perovskite films”為題目，發表在Nature上。
?文獻鏈接：Stable room-temperature continuous-wave lasing in quasi-2D perovskite films（Nature, 2020,?DOI:?10.1038/s41586-020-2621-1）
Science
1. 清華Science:金屬3D打印技術取得重大研究進展
清華大學的趙滄、卡內基梅隆大學的Anthony D. Rollett和弗吉尼亞大學大學的Tao Sun（共同通訊作者）等人利用告訴X射線成像技術對鎖孔形成進行了細致的觀測。研究介紹，高速X射線能夠在Ti-6Al-4V合金中對由鎖孔尖端的臨界失穩所造成的孔結構進行原位觀測。而經過觀測，研究發現處于power-velocity空間的鎖孔孔隙展現出了尖銳、平滑的邊界形貌。研究表示，臨界鎖孔失穩現象能夠在熔化槽產生聲波，從而為鎖孔附近的孔提供額外但關鍵的驅動力，使其運動原理鎖孔并最終成為缺陷。因此，研究認為對孔隙缺陷形成的理解為避免孔隙產生從而構建高質量金屬部件提供了路線圖。2020年11月27日，相關成果以題為“Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting”的文章在線發表在Science上。
文獻鏈接：Critical instability at moving keyhole tip generates porosity in laser melting（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abd1587）
2. 浙大&中科院植物所最新Science:觀測綠色硫屬細菌中光合作用復合物結構
近日，中科院植物所的匡廷云院士、Jian-Ren Shen和浙江大學的張興（共同通訊作者）等人利用冷凍電鏡技術確定了綠色硫細菌Chlorobaculum tepidum中FMO- GsbRC超復合物結構。在這一結構中，GsbRC結合了葉綠素[(B)Chls]，并且(B)Chls的組織與II型光系統類似。不僅如此，與常見的反應中心不同，GsbRC中的BChl層不是通過Chls連接，而是與類胡蘿卜素衍生物相關聯。此外，研究也發現FMO的BChls與GsbRC相距在22-33埃范圍，與其低效的能量轉移一致。這一研究發現超復合物結構同時具有I型和II型反應中心的特征，為光合作用反應中心的演變提供了新的理解。2020年11月20日，相關成果以題為“Architecture of the photosynthetic complex from a green sulfur bacterium”的文章在線發表在Science上。
文獻鏈接：Architecture of the photosynthetic complex from a green sulfur bacterium（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abb6350）
3. 中科院金屬所盧柯團隊Science:銅金屬中的新型亞穩態結構—可維持高溫下的金屬強度
中科院金屬研究所的盧柯、李秀艷（共同通訊作者）等人通過實驗和分子動力學模擬在多晶純銅中發現了一種新型的亞穩態類型。研究顯示，當晶粒尺寸減小到幾個納米尺度時，孿晶界網絡能夠限制約束多晶體中的晶界，使其演變成三維的最小界面結構。在這一多晶結構中，即便溫度升高到熔點附近，晶粒粗化現象依然可被有效抑制，保證其強度不會大幅下降（依然接近銅的理論值）。因此，文章認為這一研究為納米金屬穩定化探索了新的途徑。2020年11月13日，相關成果以題為“Constrained minimal-interface structures in polycrystalline copper with extremely fine grains”的文章在線發表在Science上。
文獻鏈接：Constrained minimal-interface structures in polycrystalline copper with extremely fine grains（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abe1267）
4. 中科院物理所Science：指導鈉離子電池層狀氧化物電極的設計制備
近日，中國科學院物理研究所陸雅翔副研究員、胡勇勝研究員聯合哈佛大學Alán Aspuru-Guzik教授、波爾多大學Claude Delmas教授、代爾夫特理工大學Marnix Wagemaker教授等人通過引入了“陽離子勢”來表征層狀材料的關鍵相互作用，使得預測堆疊結構成為可能。通過合理設計和制備具有改善性能的層狀電極材料可以證明堆疊結構決定功能性能的特點，此方法為堿金屬層狀氧化物的設計提供了有效的解決方案。該文章近日以題為“Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries”發表在知名期刊Science上。
文獻鏈接：Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries (Science, 2020, doi: 10.1126/science.aay9972)
5. 中科大Science：黑磷復合材料助力鋰離子電池快充技術
中國科學技術大學季恒星教授與加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授聯合在新型鋰離子電池電極材料研究方面取得了重大突破：通過采用“界面工程”策略將黑磷和石墨通過共價鍵連接在一起，在穩定材料結構的同時提升了黑磷石墨復合材料內部對鋰離子的傳導能力。通過將輕薄的聚合物凝膠做成防塵外衣“穿”黑磷石墨復合材料的表面，使得鋰離子可以順利進入電極材料。結果表明，電極片充電9分鐘即可恢復約80%的電量，2000次循環后認可保持90%的容量。該全新設計的黑磷復合材料使兼具高容量、快速充電且長壽命的鋰離子電池成為可能。該文章近日以題為“Black phosphorus composites with engineered interfaces for high-rate high-capacity lithium storage”發表在知名期刊Science上。
文獻鏈接：Black phosphorus composites with engineered interfaces for high-rate high-capacity lithium storage (Science, 2020, doi: 10.1126/science.aav5842)
6. 華中科大Science：用于低熱回收的增強型液體熱電池
華中科技大學周軍團隊利用溫敏結晶工藝，在不破壞σ的情況下，顯著提高Seebeck系數（Se），抑制熱導率（κ），使LTCs在室溫附近的卡諾相關效率（ηr）高達11.1%。因此，獲得的LTCs的成本-性能指標大幅降低，并與當前發電技術相媲美，這表明它具有廉價和高效收集低溫廢熱能的潛力。該文章近日以題為“Thermosensitive crystallization–boosted liquid thermocells for low-grade heat harvesting”發表在知名期刊Science上。
文獻鏈接：Thermosensitive crystallization–boosted liquid thermocells for low-grade heat harvesting (Science, 2020, doi: 10.1126/science.abd6749)
7.?中科院金屬所Science：二維材料薄膜質子快速傳輸最新進展
中國科學院金屬研究所的成會明院士與任文才研究員(通訊作者)團隊報道了在空位誘導二維材料薄膜中質子快速傳輸應用方面取得的重要進展。他們提出了一種新型的含過渡金屬空位的過渡金屬磷硫化物（CdPS3）納米片自組裝薄膜，Cd空位的存在使得薄膜具有超高的質子傳輸性能，克服了傳統二維材料薄膜質子交換率性能遠低于商用Nafion薄膜的缺點以及Nafion薄膜在高溫（＞80°C）、低濕度下脫水引起質子傳輸率降低等問題。其中，在90℃、98%相對濕度條件下，Cd0.85PS3Li0.15H0.15薄膜的質子傳輸率高達0.95 S cm-1，是目前已報道的水相質子傳輸材料中性能最高的。這種性能主要是由于Cd空位的存在，為質子傳輸貢獻了大量的質子，質子易脫附，保持薄膜良好的親水性，以及低質子傳輸活化能等特點。在此基礎上，還發展了Cd0.85PS3Li0.3和Mn0.77PS3Li0.46兩種高性能鋰離子傳輸薄膜。該工作不僅設計了一種新型的、含Cd空位的具有超高的質子、鋰離子傳輸率二維CdPS3薄膜，還驗證了含空位的過渡金屬磷硫化物薄膜具有高離子傳輸性能的普適性，而且為離子傳輸薄膜大家族增添了新的成員，為設計新型離子傳輸薄膜提供了新的思路。相關研究成果以“CdPS3?nanosheets-based membrane with high proton conductivity enabled by Cd vacancies”為題于2020年10月30日在線發表于Science上。論文第一作者為錢希堂博士。
文獻鏈接：CdPS3?nanosheets-based membrane with high proton conductivity enabled by Cd vacancies（Science, 2020, DOI:?10.1126/science.abb9704）
8. 清華大學魏飛&張如范Science：揭秘厘米級碳納米管的抗疲勞性的最新檢測技術
清華大學魏飛教授與張如范教授（共同通訊作者）合作開發了一種非接觸聲共振測試系統（ART），使用化學氣相沉積來生長厘米級的碳納米管。然后，使用二氧化鈦納米粒子裝飾這些納米管以進行光學可視化，發現碳納米管疲勞壽命取決于應變時初次缺陷的形成，并且在較低溫度下疲勞壽命更高。具體來講，具有不同手性的CNT在共振中顯示出不同的顏色，因此，具有沿其軸向方向發生結構或手性變化的單個CNT將在該方向上顯示顏色變化。設計了配備納米探針系統的非接觸聲共振測試（ART）系統，以研究各個CNT的機械性能。作者將TiO2納米顆粒沉積到懸浮的CNT上，以使其可視化，并控制其共振頻率，這是通過改變弦線密度來實現的。通過改變TiO2在CNT上的量，從而實現共振頻率從MHz降低到數百Hz。通過從由數字信號發生器控制的揚聲器發出低頻聲波來激發共振振動。與使用電子顯微鏡的普通納米材料測試系統不同，本文ART系統在環境條件下不僅避免了由電子束引起的缺陷形成的可能性，而且還可以測試數量級更長的樣本。相關研究成果以“Super-durable ultralong carbon nanotubes?”為題于2020年8月28日發表在Science上。
?文獻鏈接：“Super-durable ultralong carbon nanotubes”(Science，2020，DOI:10.1126 / science.aay5220 )
9. 中科院金屬研究所任文才團隊Science：具有普適性的層狀二維材料MoSi2N4的化學氣相沉積生長策略
?中科院金屬研究所任文才團隊（通訊作者）在非層狀氮化鉬（MoN2）化學氣相沉積生長（CVD）過程中引入了元素硅（Si），可以鈍化非分層2D?MoN2的表面，從而使得MoSi2N4的厘米級單層膜得以生長。該單層由N-Si-N-Mo-N-Si-N的原子層構成，可以看作MoN2層夾在兩個Si-N雙層之間。由此制備出的材料表現出帶隙約為1.94?eV的半導體性能，約為66?GPa的高強度以及出色的環境穩定性。同時通過密度泛函理論計算預測了此類單層結構二維層狀材料的大家族，包括半導體，金屬和磁性半金屬材料。相關研究成果以“Chemical vapor deposition of layered?two-dimensional MoSi2N4?materials”為題于2020年8月7日在線發表于Science上。
文獻鏈接：“Chemical vapor deposition of layered?two-dimensional MoSi2N4?materials”(Science，2020，10.1126/science.abb7023)
10. 上海交大&上硅所&克萊姆森大學最新Science: 半導體材料中的“變形金剛”
中科院上海硅酸鹽研究所的陳立東、美國克萊姆森大學的Jian He以及上海交通大學的史迅（共同通訊作者）等人聯合報道了在二維硒化銦中發現超塑性變形能力（superplastic deformability）。研究發現，相比于多晶的硒化銦半導體，塊體單晶硒化銦能夠被數量級水平地進行壓縮，從而可以在室溫下演變成莫比烏斯帶或者結構簡單的類折紙形態。研究認為，在長程銦-硒庫侖作用以及軟性層內銦-硒鍵合的介導下，二維半導體會發生層間滑動（interlayer gliding）和跨層的位錯滑移（dislocation slip）現象，最終導致了這一超常的可塑性行為。此外，研究人員還設計了一種綜合性的可變形指標，可以對候選塊體半導體進行預篩選，以此作為下一代可變形/柔性電子器件的潛在材料。2020年07月30日，相關成果以題為“Exceptional plasticity in the bulk single-crystalline van der Waals semiconductor InSe”的文章在線發表在Science上。
文獻鏈接：Exceptional plasticity in the bulk single-crystalline van der Waals semiconductor InSe（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.aba9778）
11. 香港城市大學Science: 兼具強度和延展性能的超晶格合金
香港城市大學的劉錦川（通訊作者）等人發表文章發現納米尺度的無序界面能夠有效解決高強度合金的低延展性和晶粒粗化問題。研究發現，當在鎳鈷鐵鋁鈦合金中摻雜少量硼元素后能夠顯著提高合金的強度。更重要的是，相鄰的微米級超晶格晶粒之間因為多元素共分離（multielement cosegregation）而形成了獨特的納米層，從而驅動界面無序化。這一納米層通過增強位錯的遷移來避免脆性顆粒間斷裂，賦予材料更優異的延展性能。檢測顯示，這一超晶格材料在室溫下具有高達1.6吉帕的強度以及25%的拉伸延展性。與此同時，在升溫的過程中該合金的晶粒粗化現象也極少出現。因此，研究認為設計新型納米層為優化合金性能提供了新的方法。2020年07月24日，相關成果以題為“Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces”的文章在線發表在Science上。
文獻鏈接：Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces（Science, 2020, DOI: 10.1126/science.abb6830）
12. Science：半導體異質結構中場致金屬態實現的質子傳輸
在中國地質大學(武漢)朱斌教授和宋懷兵教授（共同通訊作者）團隊等人帶領下，與湖北大學、華中科技大學、廈門大學、中國科學院高能物理研究所和英國拉夫堡大學合作，提出一種通過NaxCoO2/CeO2半導體異質結構設計增強質子導體的方法，其中界面處的場致金屬態會加速質子傳輸。 團隊開發了一種質子陶瓷燃料電池，在520℃時的離子電導率為0.30?S cm-1，輸出功率為1 W/cm2。通過半導體異質結構方法，團隊的研究結果提供了對質子傳輸機制的深入了解，這也可能改善其他能源應用中的離子傳輸。相關成果以題為“Proton transport enabled by a field-induced metallic state in a semiconductor heterostructure”發表在了Science。
文獻鏈接：Proton transport enabled by a field-induced metallic state in a semiconductor heterostructure（Science，2020，DOI:10.1126/science.aaz9139）
13. 南京大學Science：基于超透鏡陣列的高維多光子量子源
在南京大學王漱明教授、張利劍教授、王振林教授、祝世寧院士和香港理工大學蔡定平教授（共同通訊作者）團隊等人帶領下，與中國科學技術大學、臺灣國立聯合大學、國立臺灣大學合作，通過將單超透鏡陣列與非線性晶體集成，在10×10陣列中演示了100個路徑自發參量下轉換光子對源，顯示了高維糾纏和多光子態產生的前景。同時演示了兩維、三維和四維超透鏡編碼的不同相的雙光子路徑糾纏，其精確度分別為98.4%、96.6%和95.0%。此外，觀察到四光子和六光子的產生，不同超透鏡產生的光子具有很高的不可分辨性。基于超透鏡陣列量子光子源結構緊湊、穩定、可控，為集成量子器件提供了一個新的平臺。相關成果以題為“Metalens-array–based high-dimensional and multiphoton quantum source”發表在了Science。
文獻鏈接：Metalens-array–based high-dimensional and multiphoton quantum source（Science，2020，DOI:10.1126/science.aba9779）
14. 復旦大學Science：化學計量反應控制的自限性納米粒子定向鍵合
分子可以表現出單個原子所不具備的性質，與此相似，由無機納米粒子精準組裝形成的、具有精確空間構型的粒子團簇（又稱之為膠體分子）能夠表現出單個納米粒子所不具備的更為豐富特殊的性能。原子可以通過軌道雜化原理形成結構精確的分子；對無機納米粒子而言，其定向組裝的策略則尚需探索。有鑒于此，復旦大學聶志鴻教授團隊報導了一種簡單又新穎的思路，可以高產率地制備目標膠體分子。結果表明，對于包覆互補反應聚合物的納米粒子，化學計量反應導致均勻配體外殼的重組和納米粒子自限鍵，而膠體鍵之間的靜電排斥支配著粒子團簇對稱。這一機制使產生高產量的膠體分子和可編程組織在分層納米結構。研究工作彌補了發生在原子水平上的共價鍵和發生在兩個數量級上的膠體鍵之間的差距，拓寬了納米材料制造的方法。相關研究以“Self-limiting Directional Nanoparticle Bonding Governed by Reaction Stoichiometry”為題目，發表在Science上。
文獻鏈接：Self-limiting Directional Nanoparticle Bonding Governed by Reaction Stoichiometry（Science，2020，DOI: 10.1126/science.aba8653）
盤點如有疏漏之處，歡迎大家補充。最后祝各位在新的一年里工作順利，科研更上一層樓！
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