唐本忠、刘斌、黄维、曲小刚、余桂华、鲁兵安、张晗等成果速递丨顶刊日报20190921
纳米人 纳米人 2019-09-21
1. AM: EQE 2.6%,深蓝色钙钛矿发光二极管

与高效的绿色和近红外发光二极管(LED)相比,深蓝色钙钛矿LED的进展较少。它们受到低效域[各种数量的PbX6-层(n)]控制的影响,导致一系列不利的问题,例如颜色不稳定,多峰形和荧光产率差。近日,苏州大学Zhao‐Kui Wang、 Liang‐Sheng Liao通过将芳族多胺分子引入钙钛矿前体而对准2D钙钛矿膜进行精细间隔调制。

 

利用低维分量工程,显著抑制了非辐射复合和延迟激子转移的n1结构域,而n3域显著增加。优化的准2D钙钛矿膜呈现来自n3域的蓝色发射(峰值在465nm处),光致发光量子产率(PLQY)高达77%。相应的钙钛矿LED能够提供稳定的深蓝色发光(CIE(0.145,0.05)),外部量子效率(EQE)为2.6%。这项工作的发现为准二维钙钛矿的结构和发射特性提供了进一步的认识,为设计深蓝色发光钙钛矿材料铺平了道路。


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Yuan,S.Wang, Z.-K. Liao, L.-S. et al. Optimization of Low‐Dimensional Components ofQuasi‐2D Perovskite Films for Deep‐Blue Light‐EmittingDiodes. AM 2019.

DOI: 10.1002/adma.201904319

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904319

 

2. AM: 8.78%! 高效全聚合物太阳能电池

在全聚合物太阳能电池(全PSC)领域,所有效率超过8%的聚合物受体均基于酰亚胺或二氰基乙烯。为了促进这种有前途的太阳能电池类型的发展,创造新型缺电子单元以构建高性能聚合物受体是至关重要的。近日,香港科技大学Tao Liu、He Yan中国科学院光化学研究所Chuanlang Zhan华侨大学 Jianhua Huang合成含有B←N键的新型缺电子单元,即BNIDT。研究人员对BNIDT的系统研究揭示了理想的性质,包括良好的共面性,有利的单晶结构,窄带隙和降低的能级以及延长的吸收曲线。

 

通过共聚BNIDT与噻吩和3,4-二氟噻吩,分别开发了两种名为BN-T和BN-2fT的新型共轭聚合物。结果表明,这些聚合物具有宽的吸收光谱,覆盖350-800nm,低能级和双极薄膜晶体管特性。使用PBDB-T作为供体,BN-2fT作为受体,所有PSC提供8.78%的令人鼓舞的效率,这是所有PSC中最高的,不包括基于酰亚胺和二氰基乙烯型受体的器件。考虑到BNIDT的结构与这些经典单元完全不同,这项工作开辟了一类新的缺电子单元,用于构建高效的聚合物受体,首次实现效率超过8%。


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Li, Y. Liu, T. Yan, H. Zhan,C. Huang, J. et al. 8.78% EfficientAll‐PolymerSolar Cells Enabled by Polymer Acceptors Based on a B←N Embedded Electron‐Deficient Unit. AM 2019.

DOI: 10.1002/adma.201904585

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904585

 

3. EES: 极性聚合物-溶剂相互作用衍生界面助力高稳定锂金属电池

锂金属被视为未来可充二次电池中最具前景的负极材料之一。然而,金属锂与碳酸酯电解液之间严重的副反应以及高电流密度下的枝晶生长严重限制了金属锂电池的实际应用。在本文中,德克萨斯大学奥斯汀分校的余桂华等通过调控聚合物-溶剂相互作用采用极性聚合物保护层有效抑制了环状碳酸酯对金属锂负极的腐蚀。

 

极性聚合物框架中的-CN能够有效抑制碳酸酯溶剂中的-C=O的反应活性从而有助于形成高无机含量的稳定SEI膜。原位光学和电子显微镜均发现极性聚合物网络有效抑制了锂枝晶的形成与生长,从而使得金属锂在Li/Li对称电池和Li/NCM111全电池中均能够表现出稳定的沉积-剥离行为。该研究为控制电解液配位形成稳定的锂电池碳酸酯电解液SEI层提供了有益的指导。


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JiwoongBae, Guihua Yu et al, Polar polymer-solvent interaction derived favorableinterphase for stable lithium metal batteries, Energy & EnvironmentalScience,2019

DOI:10.1039/C9EE02558H

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/EE/C9EE02558H#!divAbstract

 

4. ACS Nano通过分子功能化设计调节细胞器特异性和光动力治疗效率

高效有机光敏剂(PSs)因其在光动力治疗(PDT)中的应用前景而备受关注,然而,关于其分子设计指南很少被报道。近日,唐本忠院士研究团队以三苯胺-氮芴酮为核,设计合成了一系列PSs,并系统地研究了它们的结构-性能-应用关系。阳离子化是一种通过靶向线粒体提高PSs 光动力治疗效率的有效策略。

 

由于分子内运动的限制和系统间交叉的增强,具有聚集诱导发光(AIE)的PSs的荧光和活性氧生成效率增加。阳离子化线粒体靶向的PSs显示出比非电离的靶向脂滴的PSs更高的光动力治疗效率。PDT联合放疗可进一步增强AIE PSs杀伤癌细胞的能力。这些结果将激发设计和合成具有更好光动力治疗效率和性能的AIE PSs的研究热情。


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ZhiyangLiu, Hang Zou, Ben Zhong Tang, et al. Tuning Organelle Specificity andPhotodynamic Therapy Efficiency by Molecular Function Design. ACS Nano,2019.

DOI: 10.1021/acsnano.9b04430

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b04430

 

5. ACS Nano:利用分子间电荷转移控制非辐射衰变通道,有效提高光热转换效率

深入研究非辐射(NR)衰变,寻求NR衰变速率最大化或控制其它NR衰变通道,对提高用于光疗学的有机材料光热转换效率(η)具有重要意义。但迄今为止,相关工作尚不多见。近日,南京邮电大学有机电子与信息显示重点实验室黄维研究团队联合纽约州立大学布法罗分校Paras N. Prasad研究团队对聚集态下,即在BODIPY(BDP)纳米颗粒(BNP NPs)中,BNP染料的NR衰变进行了深入的研究,从聚集稳定的分子间电荷转移(CT)状态中显示了一个有效的额外NR衰变通道,导致体内高效光疗具有极高光热转换效率(61%)。

 

BDPNPs显示了两个超快NR衰变通道,它们具有超短寿命,分别为1.7和50 ps,这与单独的BNP染料中仅有的S1→S0 NR通道具有373 ps的长寿命形成鲜明对比。更重要的是,BDP NPs中的超快NR通道(1.7ps)消耗了激发态总体中的相当大一部分(71%),这说明它比单独的BNP染料具有更好的光热效应。最后,BDP NPs显示了一种高效的光声成像(PAI)引导的光热疗法(PTT)对活体小鼠肿瘤的治疗。这项研究对有机材料中NR衰变有了更深入的认知,为类似结构分子的广泛应用提供了更具价值的指导方针,不仅可用于光热相关的应用,还可开发出更先进的有机材料。


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WenboHu,  Xiaofei Miao, Paras N. Prasad, et al. Manipulating Nonradiative DecayChannel by Intermolecular Charge Transfer for Exceptionally ImprovedPhotothermal Conversion. ACS Nano. 2019.

DOI:10.1021/acsnano.9b06208

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b06208

 

6. ACS Nano: 碳/石墨烯晶体微球电极用作高效电极材料

石墨烯具有优异的导电性和二维层状结构,是一种非常具有潜力的电极材料,但目前仍存在比表面积较大,导致库仑效率较低等问题。近日,湖南大学的鲁兵安教授杨红官副教授团队以蔗糖为碳源,采用水热法和低温退火工艺制备了一种具有核桃状核壳结构的碳/石墨烯晶体微球。

 

研究发现,外表面的晶体碳结构可以有效保护内部的石墨烯,而碳球内部的石墨烯片堆叠形成的三维空间有助于离子的储存,该碳/石墨烯特殊晶体微球复合材料具有优异的结构稳定性和离子储存性能,将其作为钾离子电池负极,初始容量高达297.89 mAh/g,库仑效率高达99%,且表现出很好的循环稳定性。该工作为石墨烯基电极材料的改进提供了一种新的方案,有利于促进石墨烯在电化学领域的实际应用。


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YijieYang, Shu-Qi Wang, Haoming Wen, Tao Ye, Jing Chen, Cheng-Peng Li, Miao Du*.Graphene Armored with Crystal Carbon Shell for Ultrahigh-Performance PotassiumIon Batteries and Aluminum Batteries. ACS Nano, 2019

DOI:10.1021/acsnano.9b04893

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.9b04893

 

7. ACS Nano: 电化学诱导相变制备有序金属间化合物Pd3Bi用作高效ORR催化剂

有序金属间化合物具有特定的结构和晶格常数、较高的混合焓、较高的化学以及结构稳定性等优点,与无序结构相比,有序金属间化合物具有有序效应、电子效应、表面缺陷和晶面取向效应,是一种非常有潜力的电催化剂。然而,合成有形貌的序金属间化合物催化剂仍是一个较大的挑战。

 

最近,约翰霍普金斯大学的AnthonyShoji Hall教授团队通过电化学脱合金工艺,将胶体合成的有序金属间化合物PdBi2转化为有序金属间化合物Pd3Bi纳米粒子。由于PdBi2具有较低的空位形成能,因此Bi可以很容易地从表面去除,通过空位的扩散实现了原子的重新排布,形成了有序金属间化合物Pd3Bi纳米催化剂,其具有优异的催化氧还原活性和甲醇耐受性,质量活性可达商业是Pt/C催化剂的11倍,作为燃料电池催化剂具有巨大的应用潜力。该工作也为其他有序金属间化合物的制备提供了一种新的思路。


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Du Sun,Yunfei Wang, Kenneth J.T. Livi, Chuhong Wang, Ruichun Luo, Zhuoqun Zhang,Hamdan Alghamdi, Chenyang Li, Fufei An, Bernard Gaskey, Tim Mueller, andAnthony Shoji Hall*. Ordered Intermetallic Pd3Bi Prepared by anElectrochemically Induced Phase Transformation for Oxygen ReductionElectrocatalysis. ACS Nano, 2019

DOI: 10.1021/acsnano.9b06019

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b06019

 

8. Adv. Sci.: 二维材料负载的单原子金属催化剂的应用综述

单原子金属催化剂具有最高的原子利用率和活性比表面积,负载在二维纳米材料表面可以表现出极其优异的催化特性,在能源储存与转换器件领域具有巨大的应用潜力。

 

近日,深圳大学张晗教授团队对二维材料负载的单原子金属催化剂进行了综述,首先介绍了二维材料与金属单原子结合的方法与策略,并归纳了表征SAC@2D材料的常见技术,最后着重介绍了单原子催化在高附加值化学品制备、能源转化和环境保护三个方面的应用,梳理了SACs@2D目前存在的问题和未来的发展方向,有利于促进单原子催化领域的进一步发展。


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BinZhang, Taojian Fan, Ni Xie, Guohui Nie, Han Zhang. Versatile Applications ofMetal Single‐Atom @ 2DMaterial Nanoplatforms. Adv. Sci., 2019

DOI:10.1002/advs.201901787

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201901787

 

9. AFM:精确分子工程化的AIE光敏剂用于光动力治疗

具有聚集诱导发光(AIE)特性的光敏剂(PSs)在聚集态可以高效地生成单态氧(1O2),因此它在光动力治疗(PDT)领域引起了人们广泛的研究兴趣。而除了1O2生成效率高以外,其在长波长范围内的强吸收和近红外(NIR)发光的特性也是非常重要的,但是这对于AIE PSs来说却很难实现,这是由于AIE分子的扭曲结构往往会导致其在短波长范围内进行吸收和发光。

 

新加坡国立大学刘斌教授团队通过精确的分子工程设计开发了一种新的AIE PSs,其在810 nm处会产生AIE效应,在300至700 nm范围内具有很高的摩尔吸光系数,而在白光照射下则具有很好的1O2生成效率。这是由于该分子工程在TBT上引入了两条柔性支链从而得到TBTC8,这就使得TBT在纳米粒子(NPs)中不会产生强的分子间相互作用,因此TBTC8 NPs在1O2的生成、吸收和发光方面的性能都会更佳。体内外实验结果也充分表明TBTC8NPs具有良好的临床应用前景。


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WenboWu, Bin Liu. et al. Precise Molecular Engineering of Photosensitizers withAggregation-Induced Emission over 800 nm for Photodynamic Therapy. Advanced FunctionalMaterials. 2019

DOI:10.1002/adfm.201901791

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201901791

 

10. AFM:富含Zn空位ZnIn2S4的高效光催化CO2还原

针对光催化还原CO2量子效率低的问题,吉林大学施展教授团队设计合成了富含Zn空位(VZn)的3D自组装ZnIn2S4(3D-ZIS)材料。光电化学测试结果表明,设计合成的含VZn的3D-ZIS材料光生载流子分离传输效率极高。具体而言,作者首次发现VZn的引入可以显著降低ZIS的载流子传输活化性能(CTAE):3D-ZIS的CTAE为0.93 eV,远低于对照样Bulk-ZIS对应的1.14 eV。

 

原位红外结果表明,3D-ZIS中丰富的VZn促进了CO2经由单电子转移活化至CO2的过程。此外,结合原位红外和CO2-TPD测试结果,作者还发现VZn可以促进材料表面羟基的形成,进而促使CO2还原中间体(CO2-、b-CO32-、HCO3-)的生成。总而言之,该工作创造性地将材料的CTAE与其CO2还原活性联系起来,初步揭示了表面羟基在CO2还原过程中的作用,为设计构筑高效的光催化CO2还原体系提供了新的策略。


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YiqiangHe, Heng Rao, Kepeng Song, Jixin Li, Ying Yu, Yue Lou, Chunguang Li, Yu Han,Zhan Shi,* and Shouhua Feng. 3D Hierarchical ZnIn2S4 Nanosheetswith Rich Zn Vacancies Boosting Photocatalytic CO2 Reduction. Adv.Funct. Mater. 2019, 1905153.

DOI:10.1002/adfm.201905153

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201905153

 

11. Nano Energy富Bi中空Bi4O5Br2微球的高效光催化CO2还原

众所周知,光生载流子分离传输速率低、CO2吸附活化效果差是制约光催化CO2还原的主要因素;合理地设计半导体光催化材料意义重大。针对这一问题,哈尔滨工业大学的陈刚教授周欣副教授等人调控合成了具有高光催化CO2还原活性的富Bi中空Bi4O5Br2微球。理论计算和能带结构测试结果表明,由于Bi含量的丰富,材料的能带结构高度分散,CB位置升高(更负);有利于光生载流子的传输,增强了材料的还原性能。

 

此外,材料的中空结构为CO2的吸附活化提供了更多的活性位点。得益于上述因素,设计合成的中空Bi4O5Br2微球光催化还原CO2至CO/CH4的活性高达3.16/0.5 μmolg-1h-1,显著优于块体Bi4O5Br2及普通BiOBr材料。此项研究为设计构筑高效的光催化CO2还原体系提供了新的思路。


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Xiaoli Jin, Chade Lv, XinZhoua, Haiquan Xie, Shanfu Sun, Yue Liu, Qingqiang Meng, Gang Chen. A bismuth rich hollow Bi4O5Br2 photocatalystenables dramatic CO2 reduction activity. Nano Energy2019, 64, 103955.

DOI:10.1016/j.nanoen.2019.103955

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519306627

 

12. Biomaterials: 肾透明超小共价有机骨架纳米点作为光动力剂用于有效的癌症治疗

共价有机骨架(COFs)及其衍生物是一类新兴的多孔晶体材料,具有广泛的应用前景。然而,因为它们尺寸大,分散性低,细胞内生物利用度差,还存在代谢问题,在生物医学领域的应用一直受到限制。中国科学院长春应用化学研究所曲小刚研究团队合成了肾透明的超小COF纳米点,并将其作为有效的肿瘤治疗药物。

 

他们采用一种简单的液相剥离方法制备COF纳米点,聚乙二醇(PEG)偶联后,涂覆在COF纳米点(COF纳米点-PEG)上可以改善其生理稳定性和生物相容性。此外,分离良好的卟啉分子赋予COF纳米点-PEG良好的光触发活性氧产生能力,显示出优秀的光动力学治疗效率和良好的肿瘤积聚能力。特别是,由于COF纳米点的尺寸非常小,可以通过肾滤过清除体内的COF纳米点-PEG,并且没有明显的体内毒性。该研究突出了COFs基纳米颗粒在生物医学应用中的潜力。


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Yan Zhanga, Lu Zhang, XiaogangQu, et al. Renal-clearable ultrasmall covalent organic framework nanodots asphotodynamic agents for effective cancer therapy. Biomaterials. 2019.

https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2019.119462

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