哈佛大学:小孩的肺更容易吸入金纳米材料;Nature系列4篇丨顶刊日报20190824
纳米人 纳米人 2019-08-24
1. ACS Nano:金纳米颗粒被吸入肺中,与年龄相关

纳米材料是当今最前沿的研究领域之一,同时,也是广大科研人员长期接触的物质。至今为止,纳米材料的毒理学研究还不够明晰,但是已经逐渐有研究表明,Au、Ag等等常见的纳米材料会被吸入肺中。那么,纳米材料是怎样被吸入肺中,什么人更容易把纳米材料吸入肺中?在人体内会经历怎样的行为,产生怎样的影响?这一切,都关乎纳米材料今后如何进入千家万户。


哈佛大学陈曾熙公共卫生学院Akira Tsuda等人对出生后不同肺发育阶段的大鼠模型进行研究,发现未发育成熟的肺会比发育完全的肺更容易地吸入纳米颗粒。研究表明,相对于成熟的肺组织来说,未发育成熟的肺会吸入更多空气中的金纳米粒子(NPs)。并且在未发育成熟的肺中,金纳米颗粒在穿过气-血屏障时的迁移行为与尺寸大小无关,而在成熟的肺组织中,小的NPs会比较大的NPs更容易地穿过气-血屏障。

 

这些差异表明,在未发育成熟的肺中发生NPs迁移时,细胞旁转运途径往往发挥着非常重要的作用。这一研究的结果对于设计于适合不同年龄段的人群的吸入给药的最佳方式以及更好地了解纳米颗粒的暴露对婴幼儿健康的潜在影响来说至关重要。


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AkiraTsuda. et al. Age-Dependent Translocation of Gold Nanoparticles across the Air−Blood Barrier. ACS Nano.2019

DOI:10.1021/acsnano.9b03019

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b03019

 

2. AFM: 高亮度、光谱稳定的准二维钙钛矿蓝光发光二极管

绿色和红色钙钛矿发光二极管(PeLED)的性能取得了重大成就。然而,蓝色PeLED的性能仍然落后前两者。其中一个主要原因是在界面处和钙钛矿膜内发生大量不希望的非辐射复合。近日,香港大学Wallace C.H. Choy研究团队通过一个由PSSNa和NiOx组成的有效空穴传输双层结构有效地减少NiOx表面缺陷和改善准2D钙钛矿薄膜质量。

 

研究结果表明,PSSNa的偶极特征改善了空穴传输,从而改善了PeLED性能。此外,通过将KBr引入钙钛矿中,其膜质量得到改善并且陷阱状态降低。最终,蓝色PeLED实现了3.31 V的极低导通电压,外部量子效率为1.45%,亮度为4359 cd m-2。随着钙钛矿前体浓度的进一步优化,最高亮度达到5737cd m-2,这代表迄今为止所知的最亮的蓝色PeLED。此外,与其他蓝色PeLED相比,这些器件还显示出更好的光谱稳定性和工作寿命。


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Ren, Z. Choy, W. C. H. et al. Hole Transport Bilayer Structure forQuasi‐2D PerovskiteBased Blue Light‐Emitting Diodes with High Brightnessand Good Spectral Stability. AFM 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201905339

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201905339


3. Nat. Commun.: 当分子晶体拥有记忆能力之后

分子晶体可以通过膨胀进行弹性弯曲,也可以沿滑移面滑动脱层进行塑性弯曲。近日,哈佛大学Panče Naumov等人报道了对苯二甲酸晶体在弯曲后可以发生机械诱导的相变而不脱层,从而保持了晶体的整体完整性。这种塑性弯曲晶体具有双晶的性质,通过使晶体温度超过相变温度,可以恢复其相均匀性。

 

晶体可以通过反向热处理弯曲,从而产生与某些金属合金和聚合物类似的形状记忆效应。研究者推测,类似的记忆和恢复效果在具有亚稳态的分子晶体中存在普适性。该项结果表明,可以利用分子间相互作用来实现有机固体的机械自适应性能的优势,从而在材料性能上弥补了中间相材料和无机材料之间的差距。


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EjazAhmed, Durga Prasad Karothu, Mark Warren & Panče Naumov. Shape-memory effects inmolecular crystals. Nat. Commun., 2019

DOI:10.1038/s41467-019-11612-z

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11612-z

 

4. Chem: 最厚!!!七层二维混合铅碘化物钙钛矿

二维混合卤化物钙钛矿具有高化学通用性,在光电子学方面具有很强的潜力。Mercouri G. Kanatzidis团队报道了Dion-Jacobson(DJ)系列中最高层厚度的钙钛矿。七层DJ相(4AMP)(MA)6Pb7I22(4AMP = 4-氨基甲基吡啶鎓)显示出比Ruddlesden-Popper(RP)相(BA)2(MA)6Pb7I22(BA =丁基铵)更少的晶体结构变形。

 

DJ和RP钙钛矿的比较表明,精细结构细节仍然影响光学性质,DJ相比RP相(1.57和1.74 eV)保持较低的能量吸收边和光致发光发射(1.53和1.70 eV)。密度泛函理论(DFT)计算表明,导带最小和价带最大状态的局域密度位于层的不同部分,这意味着结构中的单独通道是电子和空穴。理解高层厚度的层状钙钛矿,为高性能光电子学提供了新型钙钛矿的可行性。


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Seven-Layered2D Hybrid Lead Iodide Perovskites, Chem,2019

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S245192941930333X


5. Nat. Commun.: 基于电负性筛选高活性钙钛矿用于HER

快速、可靠地筛选低成本、高性能的电催化剂是水分解等能源转化技术的关键。有鉴于此,南京工业大学邵宗平教授周嵬教授等应用配位理论引入A位点离子电负性(AIE)作为一个统一有效的指标来预测13种钴基钙钛矿的HER活性。研究发现,(Gd0.5La0.5)BaCo2O5.5+δ的碱性条件下HER催化活性和稳定性均优于目前性能最佳的Pt/C催化剂,过电位为0.24V时的TOF值高达22.9s−1,塔尔斜率为27.6mVdec−1。该工作开辟了一条利用配位化学原理优化材料催化活性的新途径。


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DaqinGuan, Jing Zhou, Yu-Cheng Huang, Chung-Li Dong, Jian-Qiang Wang, Wei Zhou &Zongping Shao. Screening highly active perovskites for hydrogen-evolvingreaction via unifying ionic electronegativity descriptor. Nat. Commun.,2019

DOI: 10.1038/s41467-019-11847-w

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11847-w

 

6. Nat. Commun.: 颗粒有机物对土壤中Ag纳米颗粒的形成至关重要

颗粒有机物(POM)在世界范围内分布十分丰富,它们不溶于水,但可以作为微生物还原脱卤和矿物转化的氧化还原介质。但是,关于POM在土壤中银纳米粒子(AgNPs)形成中所起作用还不清楚。有鉴于此,中国科学院南京土壤研究所Dong-Mei ZhouFei Dang等深入研究了颗粒有机物对Ag纳米颗粒形成的作用。

 

研究发现,在太阳光辐射下,POM可以将银离子还原为AgNPs,主要是通过从类酚基团产生超氧自由基,POM对AgNPs自然形成的贡献估计为11-31%。作者认为,POM的还原作用可能在地表环境中广泛存在,且有望显著影响对类酚类基团有反应的Ag和其他污染物的生物地球化学循环。


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Ying-Nan Huang, Ting-Ting Qian, Fei Dang, Yong-Guang Yin, Min Li & Dong-Mei Zhou. Significant contribution of metastable particulate organic matterto natural formation of silver nanoparticles in soils. Nat. Commun.,2019

DOI:10.1038/s41467-019-11643-6

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11643-6

 

7. Nat. Commun.: 在材料表面可单向旋转的手性分子推进器

材料表面的分子机器可以将能量转化为运动,从而有助于集成到固态设备中。近日,阿贡国家实验室Saw Wai Hla奈良科技学院Gwénaël Rapenne等人研发了一个多组分分子推进器,在通电状态下可以使其在材料表面单向旋转。当吸附在晶体金表面时,表面的二维特性将打破对称性,从而使分子齿轮左右倾斜产生手性。

 

分子齿轮决定了推进器的旋转方向,通过施加电场或使用扫描隧道显微镜尖端的非弹性隧穿电子,可以诱导出阶梯方向的旋转。同时,通过扫描隧道显微镜成像,可以直观地显示了单个分子推进器的旋转步骤,确定了左手和右手分子推进器的单向旋转方向分别为顺时针和逆时针。


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YuanZhang, Jan Patrick Calupitan, Tomas Rojas, Ryan Tumbleson, Guillaume Erbland,Claire Kammerer, Tolulope Michael Ajayi, Shaoze Wang, Larry A. Curtiss, Anh T.Ngo, Sergio E. Ulloa, Gwénaël Rapenne & Saw WaiHla. A chiral molecular propellerdesigned for unidirectional rotations on a surface. Nat. Commun.,2019

DOI:10.1038/s41467-019-11737-1

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11737-1


8. Nano Letters:原位边缘接触让二维器件免疫于接触尺寸缩放

二维半导体材料由于其超薄的体厚度(~ 1 nm)使得其成为极有潜力的晶体管沟道材料,可用于未来极小集成电路。二维材料超薄的体厚度带来强劲的栅极控制,从而减小困扰着当今纳米电子器件的短沟道效应。缩放晶体管的尺寸需要同时减小沟道(源极到漏极的距离)和接触(源极和漏极本身)的尺寸。虽然减小沟道尺寸经常被研究,减小接触电极本身的尺寸还极少被研究,成为影响未来各种半导体器件发展的瓶颈。

 

杜克大学Aaron Franklin团队和北卡罗来纳州立大学Linyou Cao团队实现了世界上首次纯in situ边缘接触一层到多层二维材料,并研究了边缘接触对减小接触尺寸的影响,最小至20nm。使用定向氩离子束,实现了各种金属对各个厚度的二维材料之间的in situ边缘接触。Cross-sectional STEM也用来用表征不同边缘接触的原子级形态。原位边缘接触与现有最好的非原位边缘接触相比,展现了超过10倍的性能提升。更重要的是,原位边缘接触方案有力的解决了晶体管中的缩放接触电极尺寸问题,开辟了设计二维材料器件的新方法。


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ZhihuiCheng, Yifei Yu, Shreya Singh, Katherine Price, Steven G Noyce, Yuh-Chen Lin,Linyou Cao, Aaron D Franklin, Immunity to Contact Scaling in MoS2Transistors Using in Situ Edge Contacts. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01355

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b01355

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