頂刊動態 | Angew：9月材料前沿科研成果十大精選

今天材料人編輯部學術組邀您一起來看看頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed. 2016年9月材料前沿科研成果十大精選（國內）：北京航空航天大學&中科院理化技術研究所——由兩性雙通道組成的仿生納流控二極管在寬泛的pH范圍內維持整流方向；福州大學——方納石型鑭鎢氧化物籠構造巨型空心異質金屬多鈮酸鹽：分離的納米團簇和擴展框架；合肥工業大學&中國科學技術大學——氮摻雜石墨烯—二硫化鉬用于鋰離子電池；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；南開大學——碳氧化物鹽用于快速可充電池；中科大&德國馬普膠體與界面研究所——高鹽條件下單體聚合制備多孔碳氣凝膠；南京大學——單細胞分析低拷貝數蛋白質；中科院高能物理研究所——基于DNA的納米孔傳感技術；國立臺灣大學——具有優異滲透蒸發性能的混合基質膜無干燥水基制備過程；武漢大學——異質結構纖維素復合纖維的快速熱解制備空心材料。下面就讓我們一起走進曼妙的材料前沿成果吧。

?1、北京航空航天大學&中科院理化技術研究所——由兩性雙通道組成的仿生納流控二極管在寬泛的pH范圍內維持整流方向

圖1 利用兩性納米通道制備仿生納流控二極管

?北京航空航天大學的高龍成副教授、范霞副教授以及中科院理化技術研究所的聞利平研究員（共同通訊作者）等人首次開發了一種利用兩性納米通道來擴大pH響應范圍的通用策略。在協同效應的作用下，帶有羧基和羥基的雜化納米通道在一個廣泛的pH范圍內展現出具有單一整流方向的納流控二極管特性。這一新型策略為納流控技術的規模化應用提供了高效低成本的制備方法。

文獻連接：Biomimetic Nanofluidic Diode Composed of Dual Amphoteric Channels Maintains Rectification Direction over a Wide pH Range(Angew, 2016, DOI: 10.1002/anie.201606469)

2、福州大學——方納石型鑭鎢氧化物籠構造巨型空心異質金屬多鈮酸鹽：分離的納米團簇和擴展框架

圖2 方納石型異質金屬氧化物籠、六鈮酸鹽陰離子、異質金屬PONb以及“團簇包裹團簇（cluster-in-cluster）”型構象。

?福州大學的鄭壽添教授團隊發表VIP文章，宣布首次制得了鈮鎢鑭系異質多金屬氧酸鹽（POMs）。研究人員利用方納石型異質金屬氧化物籠將六鈮酸鹽團簇聚集在一起，從而形成“團簇包裹團簇（cluster-in-cluster）”的巨型（giant）結構。這種巨型鈮鎢鑭系團簇可被分離成無機堿金屬鹽，并且可作為形成高維度無機-有機雜化框架材料的建構模塊。

文獻連接：Giant Hollow Heterometallic Polyoxoniobates with Sodalite-Type Lanthanide–Tungsten–Oxide Cages: Discrete Nanoclusters and Extended Frameworks (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie.201608113)

3、合肥工業大學&中國科學技術大學——氮摻雜石墨烯—二硫化鉬用于鋰離子電池

圖3 a)氮摻雜石墨烯-二硫化鉬（NG–MoS₂）的制備；b) NG–MoS₂的薄膜-泡沫-薄膜（3F）分層結構；c)典型的三明治體系結構

合肥工業大學從懷萍教授(通訊作者)和中國科學技術大學俞書宏教授(通訊作者)等科研人員通過結合肼蒸氣還原和水熱反應，制備出由氮摻雜石墨烯和MoS₂納米片超薄蜂窩結構組成的MoS₂-石墨烯復合膜作為陽極材料，提高了鋰離子電池的儲存能力。相比傳統的陽極材料如石墨，該復合材料的陽極材料對我們今后發展高能量密度電池產業極具吸引力，它不僅具有顯著的容量優勢，而且有助于經濟的可持續發展。

文獻連接：Combining Nitrogen-Doped Graphene Sheets and MoS2: A Unique Film–Foam–Film Structure for Enhanced Lithium Storage (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie.201606870)

4、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

圖4 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。

文獻連接：A Three-Dimensional Origami Paper-Based Device for Potentiometric Biosensing (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201606268)

5、南開大學——碳氧化物鹽用于快速可充電池

圖5 充電電池中碳氧鹽的電化學性能

南開大學的陳軍教授（通訊作者）等人發表熱點文章（hot paper）通過研究在充電電池中的不同結構碳氧鹽與不同金屬離子（Li⁺，Na⁺，K⁺）相結合的電極材料，該系列電池的工作電壓和容量得到了明顯的比較。初步發現了鋰離子在K₂C₆O₆負極中具有快速插入/脫嵌的性能，同時負極在0.2C下容量達212mAh·g^-1，在10C時容量達168mAh·g^-1，這些是鉀離子電解質的窄帶隙、高離子導電率以及鉀離子的高擴散系數協同作用的結果。考慮到鉀元素豐度高和K⁺/ K的低標準電位，這項發現不僅提供了一個開發鉀離子電池有吸引力的機會，也開辟了一條發展可持續儲能材料新的途徑。

文獻連接：Oxocarbon Salts for Fast Rechargeable Batteries (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie.201607194)

6、中科大&德國馬普膠體與界面研究所——高鹽條件下單體聚合制備多孔碳氣凝膠

圖6 在不同鹽度條件下處理苯酚-甲醛碳氣凝膠（PFCAs）的照片

中國科學技術大學俞書宏教授（通訊作者）和德國馬克斯?普朗克膠體與界面研究所的Nina Fechler（通訊作者）、Markus Antonietti（通訊作者）等人發表熱點文章（hot paper），闡述了一種制備高強度、低密度、高比表面積的苯酚-甲醛碳氣凝膠（PFCAs）的簡便、可持續、廉價的制備方法。他們采用苯酚和甲醛在無機高鹽（ZnCl₂鹽）條件下直接聚合得到苯酚-甲醛膠塊，之后經碳化發泡過程得到泡沫狀的碳氣凝膠。該制備方法使得碳氣凝膠的機械強度顯著提高，且省去了特殊的干燥過程。該碳氣凝膠在有機污染物的吸附和分離以及能量存儲等領域有著誘人的前景。

文獻連接：Polymerization under Hypersaline Conditions: A Robust Route to Phenolic Polymer-Derived Carbon Aerogels (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201605510)

7、南京大學——單細胞分析低拷貝數蛋白質

圖7 表面等離激元免疫夾心法的單細胞分析原理示意圖

南京大學的劉震教授（通訊作者）課題組發表文章報道了一種可用于檢測單細胞中低拷貝數蛋白質的新型分析方法，研究人員稱之為“表面等離激元免疫夾心法（PISA）”。這種方法結合了體內免疫親和萃取技術和表面等離子體增強拉曼散射原理，可從細胞中特異性提取和標記目標蛋白質并在單細胞水平提供超靈敏檢測功能。該單細胞分析技術在癌癥診斷與預后、細胞質量控制、發育生物學、干細胞研究及腦科學等多個領域中具有重要的應用前景。

文獻連接：Probing Low-Copy-Number Proteins in a Single Living Cell (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201608237)

8、中科院高能物理研究所——基于DNA的納米孔傳感技術

圖8 納米孔傳感原理

中科院高能物理研究所的吳海臣研究員（通訊作者）課題組發表迷你綜述（minireview），介紹了基于DNA探針納米孔傳感技術的最新研究進展。傳統的納米孔傳感技術是基于蛋白質突變或者化學改性而實現的。而近幾年來，DNA分子也開始作為探針而非測序基質應用于傳感領域。該篇綜述就是重點介紹了基于DNA介導典型電流活動的納米孔傳感技術。隨著納米孔傳感技術在生物化學和生物物理領域成為愈加重要的研究手段，基于DNA的傳感技術也會有更加廣泛的應用。

文獻連接：DNA-Based Nanopore Sensing (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201604405)

9、國立臺灣大學——具有優異滲透蒸發性能的混合基質膜無干燥水基制備過程

圖9 PVA/ZIF-8混合基質膜的制備

國立臺灣大學的童國倫教授（通訊作者）和吳嘉文副教授（通訊作者）等人合成了納孔類沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）材料。這種粒徑為60nm、孔徑為0.34nm的納米顆粒水中合成之后免去干燥過程而直接加入到有機物水溶液中。這種方法能夠制備高性能PVA/ZIF-8混合基質膜（MMM），這種混合基質膜通過滲透蒸發（Pervaporation）能夠增強乙醇脫水性能。

文獻連接：A Drying-Free, Water-Based Process for Fabricating Mixed-Matrix Membranes with Outstanding Pervaporation Performance (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201607014)

10、武漢大學——異質結構纖維素復合纖維的快速熱解制備空心材料

圖10 空心纖維的表征

武漢大學的周金平教授（通訊作者）團隊發展了一種制備無機空心材料的溫和方法。通過快速熱解，銅氨纖維素復合纖維的異質結構和金屬氧化物的梯度分布共同作用，導致無機空心材料在100s的時間內被制備出來。此外，這一空心微纖維的直徑、壁厚以及長度均可被調控制備。研究人員認為，這一形貌的空心材料將在諸如催化、微反應器等多個領域有著廣泛的用途。

文獻連接：Fabrication of Hollow Materials by Fast Pyrolysis of Cellulose Composite Fibers with Heterogeneous Structures (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201607455)

以上列舉的僅為Angew期刊9月份國內材料前沿科研成果的代表，由于篇幅所限，還有不少國內成果沒有列入。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寶貴的意見和建議。

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