12篇AM,李永舫、李亚平、陈学思、崔光磊、田华雨等成果速递丨顶刊日报20190901
纳米人 纳米人 2019-09-01
1. AM:靶向修复!稳定高效钙钛矿太阳能电池的界面工程

有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)的长期稳定性差仍然是其商业化的一大挑战。虽然已经报道了诸如封装,掺杂和钝化的策略,但仍然缺乏对PSCs的耐水性和热稳定性的理解。
 
李永舫李耀文团队合成了含有官能硫原子和C60的富勒烯衍生物,PCBB-S-N,用作电子传输层(ETL)/界面层,有针对性地修复PSCs中的多重缺陷或辅助ETL的生长。经过修复的器件不仅可以显著提高效率,还可以解决潮湿和高温下的稳定性问题。通过实验和理论计算,系统地研究了PCBB-S-N在器件中具有靶向修复效果的相应机制。

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Targeted Therapy for Interfacial Engineering Toward Stable and Efficient Perovskite Solar Cells
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903691
 

2. AM:被肿瘤微环境激活的、纳米酶介导的纳米反应器用于肿瘤诊疗

可被肿瘤微环境激活的纳米诊疗试剂往往具有很高的特异性和敏感度。中科院长春应化所田华雨研究员陈学思研究员合作开发了一种可被激活的、纳米酶介导的、负载有ABTS的纳米反应器ABTS@MIL-100/聚乙烯吡咯烷酮(AMP NRs),并将其用于成像指导的肿瘤联合治疗。
 
该AMP NRs可以通过纳米酶介导的两步过程被肿瘤微环境特异性地激活,从而产生光声成像和光热治疗(PTT)的功能。此外, AMP NRs也可以对肿瘤微环境内高水平的H2O2做出响应并产生羟基自由基,并且可以破坏细胞内的谷胱甘肽(GSH)来进一步增强AMP NRs的化学动力学治疗效果。由于AMP NRs会被肿瘤微环境特异性地激活,因此它对正常组织具有很好的安全性。这一研究也为开发有纳米酶参与的纳米反应器以实现智能高效的癌症诊疗应用开辟了一条新的途径。

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FengLiu, Huayu Tian, Xuesi Chen. et al. A Tumor-Microenvironment-Activated Nanozyme-Mediated Theranostic Nanoreactor for Imaging-Guided Combined Tumor Therapy. Advanced Materials. 2019
DOI:10.1002/adma.201902885
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902885
 

3. AM综述: 固态聚合物电解质的分子间化学助力高能量密度锂电池

固态聚合物电解质(SPE)由于具有大的力学性能,优异的安全性和可加工性而引起了锂电池界的广泛关注。然而,SPE的离子电导率和高电压兼容性仍然不能满足未来储能系统的要求。在这方面,SPE中的分子间相互作用引起了人们的注意,它们可以显著影响SPE中Li+的运动和前线轨道能级。
 
中科院崔光磊ShanmuDong团队综述了改善SPE电化学性能的最新进展,并讨论了与分子间相互作用有关策略的基本机制,包括离子偶极子、氢键、π-π堆积和路易斯酸碱相互作用。该综述能够激发对这一关键问题的深入思考,为提高SPE的离子电导率和高电压性能铺平道路。 

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QianZhou, Jun Ma, Shanmu Dong, Xianfeng Li, Guanglei Cui, Intermolecular Chemistryin Solid Polymer Electrolytes for High‐Energy‐Density Lithium Batteries, AdvancedMaterials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201902029
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902029
 

4. AM:光诱发的纳米药物用于提高递送效果和增强癌症免疫治疗

通过全身给药的方式进行的化学-免疫治疗往往存在着肿瘤特异性低、副作用严重等诸多问题。尽管目前利用纳米颗粒进行协同递送的策略可以对其进行改善,但实体肿瘤的病理生理屏障还是会影响载药纳米颗粒的积累和渗透肿瘤的效果。中科院上海药物研究所于海军研究员李亚平研究员合作报道了一种光诱发的免疫治疗纳米药物(LINC)。
 
LINC由光敏剂脱镁叶绿酸 a (PPa)和吲哚胺2,3-双加氧酶1 (IDO-1)抑制剂NLG919构建的异二聚体以及光激活前药奥沙利铂(OXA)所组成。在被静脉注射后,LINC会在肿瘤部位积累并产生近红外(NIR)荧光信号。而在荧光成像的指导下,利用第一次近红外激光照射会诱导生成活性氧(ROS)并使得聚乙二醇(PEG)冠层发生裂解,从而提高LINC在肿瘤的保留和穿透的效果。而在第二次近红外激光的照射下,LINC可以有效地激发免疫反应,促进细胞毒性T淋巴细胞(CTL)在肿瘤内的浸润。此外,LINC还可以由NLG919去抑制IDO-1的活性进而逆转免疫抑制的肿瘤微环境,因此LINC可以通过化学-免疫联合治疗抑制肿瘤的生长、肺转移和复发。

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BingFeng, Haijun Yu, Yaping Li. et al. Self-Amplified Drug Delivery with Light-Inducible Nanocargoes to Enhance Cancer Immunotherapy. Advanced Materials. 2019
DOI:10.1002/adma.201902960
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902960
 

5. AM: 原位形成高质量二维层状RP钙钛矿薄膜

Ruddlesden-Popper钙钛矿(RPPs)由交替的有机间隔层和无机层组成,已成为用于光伏和发光应用的3D钙钛矿的有前途的替代材料。有机间隔层为调整性能提供了广泛的新可能性,甚至为RPP提供了新的功能。然而,现有技术RPP的制备需要有机卤化铵作为起始材料,其需要非原位合成。
 
林雪平大学高峰 Xiao‐Ke Liu深圳大学 Wenjing Zhang团队通过原位形成胺的有机间隔阳离子,提出了一种制备高质量RPP薄膜的新方法。与由有机卤化铵制造的控制器件相比,这种新方法使太阳能电池和发光二极管具更好的器件性能。基于不同类型的胺制造高质量的RPP薄膜,证明了该方法的普遍性。这种方法不仅代表了制造基于RPP的高效器件的新途径,而且还提供了一种有效的方法来筛选具有进一步改进器件性能的新型RPPs。

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High‐Quality Ruddlesden–Popper Perovskite Films Based on In Situ Formed Organic Spacer Cations
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904243
 

6. AM综述:可释放一氧化氮的生物材料用于对干细胞微环境进行调控

干细胞疗法已被证明是治疗退行性疾病损伤的一个有效方案。但是,细胞的移植不佳和其在损伤组织部位的存活能力差也严重影响了干细胞治疗的临床应用。一氧化氮(NO)是一种参与多种生理过程的重要信号分子。已有研究表明,NO在调节干细胞的行为例如存活、迁移、分化和旁分泌促再生因子等方面具有重要的作用。因此,利用可控制生成或释放NO以及支持干细胞递送的生物材料进行联合治疗,有望协同增强和提高组织再生修复的效果。
 
南开大学赵强教授团队对目前用于递送释放NO并增强干细胞介导的损伤组织再生治疗的平台的最新研究进展进行了综述,并对这些生物材料调控干细胞微环境的机制做了重点说明。

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AdamC. Midgley, Qiang Zhao. et al. Nitric-Oxide-Releasing Biomaterial Regulation ofthe Stem Cell Microenvironment in Regenerative Medicine. AdvancedMaterials. 2019
DOI:10.1002/adma.201805818
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201805818
 

7. AM: 拓扑相变驱动记忆行为

基于氧化还原的忆阻器件是未来非易失性存储器应用和神经形态电路最有吸引力的候选者之一,其性能取决于氧化还原过程和相应的氧离子动力学。在这方面,褐铁矿SrFeO2.5最近作为一种新型材料平台被引入,因为它具有用于电阻切换存储器件的优异的氧离子传输特性。然而,引起电阻转换的潜在氧化还原过程仍然知之甚少。
 
近日,韩国外国语大学Chang Uk Jung联合Peter Gruenberg研究所Regina Dittmann通过使用X射线吸收光谱显微镜,证明了绝缘棕色微晶相SrFeO2.5和导电钙钛矿相SrFeO3之间可逆的基于氧化还原的趋向相变,产生了SrFeOx忆阻器件的电阻转换特性 。此外,发现电场引起的相变在(001)取向的SrFeO2.5器件中扩展大面积,其中氧空位沟道沿器件的面内方向排序。相反,具有面外取向的氧空位通道的(111)生长的SrFeO2.5器件从底部电极到顶部电极显示出局部相变。这些发现提供了对金属 - 绝缘体趋势相变框架内基于SrFeOx的忆阻器件中的电阻切换机制的详细了解。

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Nallagatla, V. R. Jung, C. U. Dittmann, R. et al. Topotactic PhaseTransition Driving Memristive Behavior. AM 2019.
DOI:10.1002/adma.201903391
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201903391
 

8. AM综述: 二维MOF作为多相催化和电/光催化的多功能材料

金属有机骨架(MOF)是目前研究最广泛的多相催化剂。为了进一步提高它们的活性,最近的趋势之一是开发具有高纵横比的相关2D材料,该纵横比源自大的横向尺寸和小的厚度。印度Amarajothi DhakshinamoorthyHermenegildo Garcia团队总结了这些2DMOF作为催化剂、电催化剂和光催化剂的用途,并展示了这些2D材料与类似3D MOF相比的优点。
 
文中指出,2D MOF这种增强的活性源于活性位点的可接近性,存在更高密度的缺陷, MOF周围可交换的配位位置,以及它们在电极或表面上形成薄膜的能力。该综述重点提供了在反应条件下2D MOF稳定性的证据以及使用2D MOF材料催化后的一般表征数据,最后提出了关于该领域的挑战和可预期的新发展的观点。

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Amarajothi Dhakshinamoorthy, Abdullah M. Asiri, Hermenegildo Garcia, 2D Metal–Organic Frameworks as Multifunctional Materials in Heterogeneous Catalysis and Electro/Photocatalysis, Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201900617
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900617
 

9. AM综述: 硫化物基固态电解质-全固态电池的合成、稳定性和潜力

由于其高离子电导率和适用于层压的力学特征,硫化物复合材料作为全固态电池中的固体电解质受到越来越多的关注。美国东北大学有限责任公司Peter Aurora东北大学Hongli Zhu团队综述了关于硫化物固态电解质的性质(结构和化学)、合成以及基于硫化物的全固态电池的全面进展,包括电化学和化学稳定性、界面稳定化及其在高性能和安全的储能体系中的应用。
 
作者首先系统地介绍了几种硫化物SSE系统,包括Li–P–S (LPS)玻璃,LPS玻璃陶瓷,argyroditeLi6PS5X(X = Cl,Br和I),以及thio-LISICONsLi4-xGe1-xPxS4-x和Li11-xM2-xP1+xS12(M = Ge,Sn和Si)化合物。总结了这些硫化物体系的离子电导率,并基于晶体结构阐明了离子传导机制,并分析了不同合成过程的优缺点及其对离子电导率的影响。此外,作者强调了硫化物对Li金属、正极材料和潮湿空气下展示出的固有电化学和化学稳定性,还提供了相应的方法来改善硫化物的化学相容性。
 
在全固态电池ASSB部分,研究者总结了过去10年发表的ASSB有希望的结果,作者认为这对于了解硫化物基ASSB目前的研究进展至关重要。最后,回顾了有关可扩展生产硫化物基ASSB的潜在方法的相关报道,为大规模生产和应用ASSB提供了良好的理解。

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QingZhang, Daxian Cao, Yi Ma, Avi Natan, Peter Aurora, Hongli Zhu, Sulfide‐Based Solid‐State Electrolytes: Synthesis, Stability, and Potential for All‐Solid‐State Batteries, Advanced Materials,2019.
DOI:10.1002/adma.201901131
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901131
 

10. AM: 表面活性剂剥离胶束用于实现高穿透深度的近红外II区光声成像

纽约州立大学布法罗分校Jonathan F. Lovell教授团队将商用的氰基氟烷基磷酸酯(CyFaP)盐染料制备成表面活性剂剥离的胶束ss-CyFaP,并用于近红外II区(NIR-II)的高对比度光声成像(PAI)。实验通过在ss-CyFaP胶束中负载辅酶Q10后可以提高其储存稳定性,并使其在NIR-II区产生接近1064 nm的吸收峰。
 
研究表明,ss-CyFaP的光声信号可以穿过12厘米的鸡胸脯组织被仪器检测到。在动物模型中,被静脉注射后的ssCyFaP会在原位乳腺肿瘤小鼠和大鼠的肿瘤组织中积累,并且不会产生急性的毒性副作用。研究也在三个女性志愿者上证明了ss-CyFaP可在2.6 - 5.1厘米深处对整个压缩的人类乳房进行光声成像,从而表明ss-CyFaP是一种可对深部组织进行NIR-II区光声成像的造影剂。

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UpendraChitgupi, Jonathan F. Lovell. et al. Surfactant-Stripped Micelles for NIR-IIPhotoacoustic Imaging through 12 cm of Breast Tissue and Whole Human Breasts. Advanced Materials. 2019
DOI:10.1002/adma.201902279
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902279
 

11. AM: 11.76%效率!全印刷全聚合物太阳能电池

全聚合物太阳能电池(PSC)表现出优异的稳定性和易于调节的油墨粘度,因此特别适用于大规模装置的印刷制备。目前,通过旋涂法制造的最先进的全PSC的效率已超过11%,为印刷设备的制备和实际应用奠定了基础。上海交通大学Feng Liu团队开发了基于PTzBI-Si:N2200,2-甲基四氢呋喃(MTHF,一种环保溶剂)和通过狭缝涂布印刷制备活性层,实现了11.76%的高效率。
 
相反,由高沸点氯苯处理的装置的PCE小于2%。通过对成膜动力学的研究,挥发性溶剂可以在短时间内冻结形态,具有强分子间相互作用的更刚性构象与PTzBI-Si和N2200在MTHF中的溶解度极限相结合,导致形成体异质结。这确保了载流子的快速转移并促进了激子分离,从而提高了载流子迁移率和电流密度,从而提高了器件性能。

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Aggregation‐Induced Multilength Scaled Morphology Enabling 11.76% Efficiency in All‐PolymerSolar Cells Using Printing Fabrication
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902899
 

12. AM:层状结构导致块体NiFe层状双氢氧化物碱性OER不稳定

NiFe基层状双氢氧化物(LDH)是碱性介质中最有效的析氧反应(OER)催化剂之一,但其面临长期稳定性差的问题。近日,新加坡南洋理工大学Bin Liu团队证明了层状结构使得块体NiFe LDH在OER中本质上不稳定,并进一步揭示了OER中NiFe LDH的失活机理。
 
研究发现,体相NiFe LDH中的层间基面是OER活性位点,在OER期间NiFe LDH中间层内质子受体(如OH-)的缓慢扩散导致NiFe LDH溶解,这进一步导致了OER活性随着时间的推移而下降。为了改善质子受体扩散的影响,可将NiFe LDH分层为原子级薄的纳米片,这能够有效地提高NiFe LDH的OER稳定性。

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RongChen, Bin Liu*, et al. Layered Structure Causes Bulk NiFe Layered DoubleHydroxide Unstable in Alkaline Oxygen Evolution Reaction. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201803909
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903909
 

13. EES: 效率16.4%!非富勒烯太阳能电池的最高值

噻吩及其衍生物已广泛用于有机电子学,特别是聚合物太阳能电池(PSC)领域。已经致力于通过附加给电子或取出基团来调整共轭材料的能级来进行重大的研究工作以修改基于噻吩的单元。南方科技大学Xugang Guo香港科技大学He YanTao Liu香港中文大学Xinhui Lu等人报道了新型噻吩衍生物FE-T的设计和合成,其特征在于用吸电子氟原子(F)和酯基(E)官能化的单噻吩。FE-T单元具有F和E组的独特优点,其协同效应使得能级显着降低并且所得有机材料的聚集/结晶度增强。
 
这项工作中显示了一系列聚合物,通过将FE-T单元结合到PM6聚合物中来微调这种高性能PSC材料的能量和形态。该系列中的最佳聚合物显示出降低的HOMO和改善的形态,制备的器件效率高达16.4%,并且通过降低的非辐射能量损失(0.23 eV)实现小的能量损失(0.53 eV),其中目前非富勒烯PSC的最高值。这项工作表明,FE-T器件是构建高性能有机光伏电池供体聚合物的有前景的材料之一。

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Amonothiophene unit incorporating both fluoro and ester substitution enablinghigh-performance donor polymers for non-fullerene solar cells with 16.4% efficiency, Energy & Environmental Science, 2019
DOI:10.1039/C9EE01890E.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee01890e#!divAbstract

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