頂刊動態 | EES/AM/JACS等材料前沿一周中國科研成果精選【第61期】

本期精選預覽：Adv. Funct. Mater. 浙江大學：Au修飾碳管陣列作為高性能Li-O2電池的無粘結劑催化陰極；Adv. Mater. 浙江大學：具1.97V高開路電壓的無富勒烯串聯有機太陽能電池；Angew. Chem. Int. Ed. 中科院煙臺海岸帶研究所：可用作電位測定生物傳感器的三維折紙型紙基設備；Nano Lett. 河南大學等：卟啉納米顆粒的形貌控制合成和金屬化增強光催化性能；ACS Nano 國家納米科學中心：通過調控納米顆粒核的大小及配體結構得到具有抗菌活性的兩性離子型納米顆粒；Adv. Mater. 清華大學：通過框架精確引導兩性分子；Energ. Environ. Sci. 北京航空航天大學：一種新型的SnSe熱電材料；Nano Lett. 上海大學：納米器件中同軸碳納米管負熱泳。

1、Adv. Funct. Mater. Au修飾碳管陣列作為高性能Li-O2電池的無粘結劑催化陰極

圖1 Ni基底上Au@CST的制備圖示及Au@CST內部Li2O2的生長圖示

浙江大學的謝健（通訊作者）和新加坡科技設計大學的Hui Ying Yang（通訊作者）等人通過破碎碳亞微米管（CST）陣列，用Au納米顆粒在其內壁修飾方法，設計出新型催化陰極。Au納米顆粒的引入不僅提高了電極電導率，還提供了催化位點，可指引CST內部的薄層Li2O2適度成長。將其應用在Li-O2電池中，電池也具備著良好的倍率特性和較長的循環壽命。

文獻鏈接：Au-Decorated Cracked Carbon Tube Arrays as Binder-Free Catalytic Cathode Enabling Guided Li2O2 Inner Growth for High-Performance Li-O2 Batteries（Adv. Funct. Mater.，2016，DOI：10.1002/adfm.201603088）

2、Adv. Mater. 具1.97V高開路電壓的無富勒烯串聯有機太陽能電池

圖2 串聯電池及各材料的能量水平圖示

浙江大學的李昌治（通訊作者）和陳紅征（通訊作者）等人利用P3HT:SF(DPPB)4 and PTB7-Th:IEIC塊體異質結分別作為首尾單元，首次制備出小分子無富勒烯的串聯有機太陽能電池（OSCs）。該電池的能量轉換效率可達8.48%，并實現極高的開路電壓—1.97V，這是目前為止已報道的高效串聯OSCs中最高的電壓值。

文獻鏈接：Nonfullerene Tandem Organic Solar Cells with High Open-Circuit Voltage of 1.97 V（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603518）

3、Angew. Chem. Int. Ed. 可用作電位測定生物傳感器的三維折紙型紙基設備

圖3 3D折紙型紙基電位計原理圖

中科院煙臺海岸帶研究所的秦偉（通訊作者）等人制備出一款三維的折紙型紙基設備，并將一個固態接觸離子選擇性電極與全固態的參比電極相結合。這個設備通過將紙在不同區域間浸透于適當的生物受體和報告試劑中制備出。并通過折疊或展開紙的結構，可實現對不同電勢的生物測定。同時，這款設備還能以簡單、便捷和低成本的方式實現對一些蛋白類小分子進行電位生物感測。

文獻鏈接：A Three-Dimensional Origami Paper-Based Device for Potentiometric Biosensing（Angew. Chem. Int. Ed.，2016，DOI：10.1002/anie.201606268）

4、Nano Lett.?卟啉納米顆粒的形貌控制合成和金屬化增強光催化性能

圖4 自組裝卟啉的紫外吸收光譜

河南大學的白峰（通訊作者）和新墨西哥大學的 Hongyou Fan（通訊作者）等用具有光學活性的卟啉作為功能結構單元，通過表面活性劑輔助的界面自組裝過程合成了功能納米顆粒。這種自組裝過程依賴于各個卟啉單元之間的特定相互作用，比如π?π堆積、金屬化作用。根據動力學條件和表面活性劑的不同，相應的納米顆粒結構表現出一維到三維的表面形貌。該研究中合成的納米顆粒具有穩定的單晶結構、納米多孔骨架及光催化活性。

文獻鏈接：Morphology-Controlled Synthesis and Metalation of Porphyrin Nanoparticles with Enhanced Photocatalytic Performance（Nano Lett.，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b03135）

5、ACS Nano：通過調控納米顆粒核的大小及配體結構得到具有抗菌活性的兩性離子型納米顆粒

圖5 兩性離子型納米顆粒和菌膜之間的相互作用機理示意圖

國家納米科學中心的梁興杰（通訊作者）和馬薩諸塞大學的Vincent M. Rotello（通訊作者）等人通過調節納米顆粒粒徑及表面電荷分布，實現了兩性離子型金納米顆粒的高效選擇抗菌活性。選擇粒徑為2，4，6nm的金納米顆粒作為核，隨著粒徑的增加抗菌效率提高。通過控制配體結構，抗菌效率得到進一步提高，從而得到了低溶血性的抗菌納米顆粒。該研究表明粒徑及表面結構對納米材料的生物活性有重要影響。

文獻鏈接：Fully Zwitterionic Nanoparticle Antimicrobial Agents through Tuning of Core Size and Ligand Structure（ACS Nano，2016，DOI: 10.1021/acsnano.6b04207）

6、Adv. Mater. 通過框架精確引導兩性分子2D納米片的自組裝

圖6 通過框架引導兩性分子的2D自組裝

最近，清華大學的劉冬生教授等人用折疊的DNA分子作框架，單分散、具有固定形狀的納米片作為前驅體，將疏水基團（LHGs）固定在框架上，溶液中的兩性分子在疏水區自組裝，從而實現對自組裝材料的形狀和尺寸進行精確調控。這種方法可以用來準備其他如無機納米片或聚合物的二維材料。

文獻鏈接：Precisely Controlled 2D Free-Floating Nanosheets of Amphiphilic Molecules through Frame-Guided Assembly (Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201603210)

7、Energ. Environ. Sci. 一種新型的SnSe熱電材料

圖7 SnSe熱電材料的晶體結構

近日，北京航空航天大學趙立東教授課題組和美國西北大學Mercouri G. Kanatzidis教授課題組合作探討了SnSe的自然特征，包括晶體結構、電子帶結構及物理和化學性質，并比較了單晶和多晶SnSe的電子輸運性質。最后，提出了一些可能的策略增強SnSe的熱電性能。

文獻鏈接：SnSe: a remarkable new thermoelectric material（Energ. Environ. Sci.，2016，DOI: 10.1039/c6ee01755j）

8、Nano Lett. 納米器件中同軸碳納米管負熱泳

圖8 驅動力與納米管距離之間的關系

近日，上海大學張田忠課題組通過分子動力學模擬發現在固體中存在負熱泳現象。研究人員考慮到了套裝在兩個外管里面在不同溫度下的單壁碳納米管的運動。結果發現較長的碳納米管會經受負熱泳，但是負熱泳卻傾向于較短的碳納米管。除此之外，正熱泳的驅動力來自于熱誘導邊緣力和層間吸引力，負熱泳的驅動力來自于溫度梯度力。

文獻鏈接：Negative Thermophoresis in Concentric Carbon Nanotube Nanodevices（Nano Lett.，2016，DOI:10.1021/acs.nanolett.6b02815）

以上我們列舉的僅為過去一周內（9.16-9.22）我國材料研究最新進展的代表，由于篇幅所限，還有不少國內優秀成果沒有列入。整理過程中難免存在疏忽，還望各位讀者諒解并誠摯歡迎大家提出意見/建議。

本文由國內材料周報小組大黑天、xiaoxiu和以亦撰寫，材料牛編輯整理，點我加入編輯部。

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