JACS：8月材料前沿科研成果十大精選

今天材料牛邀您一起來看看國際著名期刊JACS 2016年8月材料前沿科研成果十大精選：上海交通大學——具優異加工性能的聚環氧乙烷功能化石墨烯納米帶的研究；埃因霍芬理工大學——在有機太陽能電池電荷產生過程中供體或受體受激發的二分作用研究；京都大學——孔隙率和導電性可調的聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）/多孔配位聚合物復合材料；中科院長春應用化學研究所——線性Co₄N和纏繞性的N-C纖維的原位耦合及其在穩健、高效及靈活的Zn/空氣電池雙功能化陰極中的應用研究；賓夕法尼亞大學——polycatenar配體控制的膠體納米晶的合成與自組裝；中山大學——利用雜家熒光探針在活體細胞中手術刀式地檢測NRAS RNA的四鏈體結構；南京工業大學等——納米螺絲：銀納米線的不對稱刻蝕；中科院大連化學物理研究所——揭示強堿條件下CoPy/CdS體系中半導體光催化劑中單步兩電子轉移的機理；韓國基礎科學研究所等——利用第一性原理揭示CVD法中石墨烯在Cu基底退耦化過程中O₂和H₂O的作用；香港科技大學等——超過10納米的共軛分子導線中的共振電荷傳輸。

1、上海交通大學：具優異加工性能的聚環氧乙烷功能化石墨烯納米帶的研究

圖1 GNRs的結構示意圖（上）、分散性實驗數碼圖（左下）以及AFM圖（右下）

近日，據上海交通大學化學化工學院的馮新亮（通訊作者）和麥亦勇（通訊作者）等人報道，他們利用溶劑中的“自下而上”合成法首次合成了結構明確的聚合物功能化的石墨烯納米帶（GNRs）。該種GNEs在常見有機溶劑中表現出非常優異的分散性。該成果不僅為更好地理解GNRs的物理化學性質，從而發展一些基于溶液的表征手段提供了可能，而且為發展一些前瞻性的應用提供了一個突破口。

文獻鏈接：Poly(ethylene oxide) Functionalized Graphene Nanoribbons with Excellent Solution Processability （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b07061）

2、埃因霍芬理工大學：在有機太陽能電池電荷產生過程中供體或受體受激發的二分作用研究

圖2?供體和受體受激后能量偏移示意圖

近日，荷蘭埃因霍芬理工大學復雜分子系統研究所的Rene? A. J. Janssen（通訊作者）及其團隊報道，他們在研究光激發供體和受體在產生電荷的差異性時，意外發現，要使電荷轉移高效進行，供體和受體的受體激發后最高能級的電荷轉移之間的能量偏移必須比同樣狀態下兩者最低能級的能量偏移大~0.3 eV。這項成果為解釋有機太陽能電池電荷產生過程中供體或受體受激發的二分作用提供了可能。

文獻鏈接：Dichotomous Role of Exciting the Donor or the Acceptor on Charge Generation in Organic Solar Cells （J. Am. Chem. Soc., 2016, ?DOI: 10.1021/jacs.6b05868）

3、京都大學：孔隙率和導電性可調的聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）/多孔配位聚合物復合材料

圖3 EDOT在PCPs中聚合形成多孔導電復合物

日本京都大學的Susumu Kitagawa（通訊作者）和Takashi Uemura（通訊作者）等人通過將3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）在MOF材料MIL-101(Cr)的孔洞中聚合，合成了一系列多孔導電性復合材料。該成果有望用來合成能夠捕獲小氣體分子的納米導電聚合物，從而用于制備可檢測NO₂的化學阻抗傳感器。

文獻鏈接：Nanostructuration of PEDOT in Porous Coordination Polymers for Tunable Porosity and Conductivity （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b05552）

4、中科院長春應用化學研究所：線性Co₄N和纏繞性的N-C纖維的原位耦合及其在穩健、高效及靈活的Zn/空氣電池雙功能化陰極中的應用研究

圖4 該Zn/空氣電池的結構原理示意圖

近日，中科院長春應用化學研究所的張新波（通訊作者）及其團隊首次設計了一種實現線性Co4N和纏繞性的N-C纖維的原位耦合的方案，即通過熱解植根于碳層的珍珠狀ZIF-67/聚吡咯納米纖維網絡，源于Co₄N和Co-N-C的協同效應和穩定的三維骨架網絡導電結構，該方案所得到的自由化和高彈性的雙功能性的氧電極表現出十分優異的電催化活性和穩定性。進一步的研究表明，該Zn/空氣電池完美的彎曲性和可充電性使得便攜式電池和可穿戴式電子裝置將成為可能。

文獻鏈接：In Situ Coupling of Strung Co₄N and Intertwined N–C Fibers toward Free-Standing Bifunctional Cathode for Robust, Efficient, and Flexible Zn–Air Batteries （J. Am. Chem. Soc., 2016,?DOI: 10.1021/jacs.6b05046）

5、賓夕法尼亞大學：polycatenar配體控制的膠體納米晶的合成與自組裝

圖5 不同種polycatenar配體的合成原理示意圖

美國賓夕法尼亞大學的C. B. Murray（通訊作者）和B. Donnio（通訊作者）等人利用polycatenar化合物配體實現了對單分散納米晶的直接合成。該項工作中，利用這些組分不同的配體研究人員成功合成了氧化鋅、金、三氧化二鐵等納米晶。進一步研究表明，該方法能夠將有機功能與無機納米晶相結合，從而也許就能夠實現對這些納米晶的粒子間距、溶解性以及自組裝行為的調控。

文獻鏈接：Polycatenar Ligand Control of the Synthesis and Self-Assembly of Colloidal Nanocrystals （J. Am. Chem. Soc., 2016,?DOI: 10.1021/jacs.6b04979）

6、中山大學：利用雜家熒光探針在活體細胞中手術刀式地檢測NRAS RNA的四鏈體結構

圖6 GTFH探針用于檢測NRAS RNA的G-四鏈體結構示意圖

近日，中山大學藥學院的黃志紓（通訊作者）和譚嘉恒（通訊作者）等人合作，首次制備出了一種G-四鏈體引發的雜交熒光（GTFH）探針——ISCH-nrasl。在進一步的研究中表明，該探針可以不論是離體還是細胞活檢狀態下，都能直接靶向檢測其中的NRAS RNA四鏈體結構。因此，該成果中的GTFH探針不僅可以是檢測RNA中纏繞的G-四鏈體結構的有力工具，而且還能在設計新型智能RNA方面拓展新的研究方向。

文獻鏈接：Visualization of NRAS RNA G-Quadruplex Structures in Cells with an Engineered Fluorogenic Hybridization Probe （J. Am. Chem. Soc., 2016,?DOI: 10.1021/jacs.6b04799）

7、南京工業大學等：納米螺絲：銀納米線的不對稱刻蝕

圖7 微刻蝕法得到的銀納米線的圖示

南京工業大學、江蘇先進生物與化學制造協同創新中心的陳虹宇（通訊作者）課題組攜手新加坡科技研究局的Jun Wei（通訊作者）、Ming Lin（通訊作者）獲得了突破性研究成果，合作合成了世界上最小的納米“螺絲”。在相對溫和的刻蝕條件下，對PVP（聚乙烯吡咯烷酮）穩定的五次孿晶銀納米線進行了微刻蝕，從而制備出了世界上最小的“螺絲”，并對其形成螺旋結構的成因進行了研究。這項工作的意義不僅僅在于得到了一種新穎有趣的復雜納米結構。更重要的是為手性納米結構的合成提供了一種新的研究途徑。

文獻鏈接：Nanoscrews: Asymmetrical Etching of Silver Nanowires （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b06250）

8、中科院大連化學物理研究所：揭示強堿條件下CoPy/CdS體系中半導體光催化劑中單步兩電子轉移的機理

圖8 熱力學驅動力分析圖

近日，中科院大連化學物理研究所的李燦（通訊作者）和韓洪憲（通訊作者）團隊發現了半導體光催化劑中單步兩電子轉移機理。該發現不僅揭示了半導體與分子催化劑之間可能的多電子轉移過程，而且為基于多電子轉移機理構建高效光催化體系提供了新的研究思路。

文獻鏈接：Unraveling a Single-Step Simultaneous Two-Electron Transfer Process from Semiconductor to Molecular Catalyst in a CoPy/CdS Hybrid System for Photocatalytic H2 Evolution under Strong Alkaline Conditions （J. Am. Chem. Soc., 2016, ?DOI: 10.1021/jacs.6b04080）

9、韓國基礎科學研究所等：利用第一性原理揭示CVD法中石墨烯在Cu基底退耦化過程中O₂和H₂O的作用

圖9 石墨烯在Cu基底上退耦化過程原理示意圖

近日，韓國基礎科學研究所和韓國蔚山國立科技大學的Rodney S. Ruoff（通訊作者）和Kwak Sang Kyu（通訊作者）團隊利用第一性原理計算研究了氧氣和水分子在被石墨烯覆蓋的銅表面上的化學反應和電子結構，揭示了石墨烯納米帶不同邊緣結構對銅表面上的氧化反應和水解反應的影響，從而揭示CVD法中石墨烯在Cu基底退耦化過程中O₂和H₂O的作用。該研究成果有助于人們理解O₂和H₂O對石墨烯從銅表面退耦化的影響，從而通過改進CVD法來合成高質量的石墨烯。

文獻鏈接：First-Principles Study of the Role of O₂ and H₂O in the Decoupling of Graphene on Cu(111) （J. Am. Chem. Soc., 2016,?DOI: 10.1021/jacs.6b05333）

10、香港科技大學等：超過10納米的共軛分子導線中的共振電荷傳輸

圖10 共振電荷的遠程運輸示意圖（左）以及bp-ppo線和Fe-bp-ppo線的微分電導圖（右）

近日，香港科技大學的林念（通訊作者）和華東理工大學的劉培念（通訊作者）等人借助超高真空隧道掃描顯微鏡（UHV-STM），檢測了長度在1.3~13nm的單個聚卟啉分子線的高偏電導系數，并對大量的金屬-分子-金屬結上進行了第一性原理模擬，顯示通過定域分子軌道，檢測結果的電導系數與共振傳輸是相一致的。可以預見的是，該發現將進一步促使人們利用卟啉低聚物線對單分子電子學的構建。

文獻鏈接：Resonant Charge Transport in Conjugated Molecular Wires beyond 10 nm Range （J. Am. Chem. Soc.,?2016,?DOI: 10.1021/jacs.6b07416）

本文由材料人編輯部學術組Carbon供稿，材料牛編輯整理。

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