1. Nature：基于谷边缘态的电泵浦拓扑激光器

量子级联激光器是一种小型的电泵浦光源，发光频段位于电磁波谱中十分重要的中红外和太赫兹区域。最近，研究人员将拓扑学概念从凝聚态物理延伸到光子学，开发了基于拓扑保护光子模式的新型激光发射方式，该方法能有效避开角缺陷以及其他缺陷。然而，截至目前，所有实现的拓扑激光器都采用了外在激光源进行光泵浦，并且在传统光学频段下运作。

最近，南洋理工大学王岐捷、Yidong Chong、张柏乐等人实现了基于拓扑保护谷边缘态的电泵浦太赫兹量子级联激光器。

本文要点：

1）传统拓扑激光器依赖于较大尺寸的结构来实现拓扑保护，而该研究则利用光子晶体的谷自由度（类似于具有能隙的二维谷电子学材料）实现小型化设计。

2）即使引入扰动，具有尖角的三角形腔也能实现均匀间隔的激光发射峰，原因在于拓扑保护的谷边缘态能自由流动，不受局域化影响。

3）作者通过往拓扑腔添加不同的输出耦合器，探测了拓扑激光模式的性能。

最后，作者指出，基于谷边缘态的激光可能为实现在电驱动激光源中引入拓扑保护提供了新的路径。

图：基于拓扑保护谷边缘态的太赫兹量子级联激光器的设计。 

YongquanZeng et al. Electrically pumped topological laser with valley edge modes.Nature, 2020.

DOI:10.1038/s41586-020-1981-x

https://www.nature.com/articles/s41586-020-1981-x  

2. Nature Rev. Chem.展望：中空多壳结构：时空有序性和动态智能行为

中空多壳结构（HoMS）由多个单独的壳层组成，相邻壳层之间具有一定空隙。在HoMS中，物质可以透过壳层的纳米孔进出，在不同的空隙（即反应环境）中发生变化。此外，HoMS具有高比表面积、高负载量和（或）缓冲效应，利于质量/能量传递以及材料表面的高效利用。以上这些都是HoMS常被探索和应用的性质。相比之下，人们对HoMS的时空有序反应和动态智能行为则研究较少。

有鉴于此，中国科学院过程工程研究所王丹课题组聚焦HoMS的时空有序性和动态智能行为，从制备方法、形成原理、功能化、应用等方面进行了分析，并提出了展望。

本文要点:

1）描述了HoMS的制备方法，以及其形成过程中的热力学、动力学变化。

2）分析了HoMS内单个壳层的组分、结构功能化，以及其如何产生基于时空有序性和动态智能行为的应用。

3）展望了未来的重点研究方向，例如将各类材料体系（氧化物、碳化物、氮化物、氟化物、磷化物、硒化物等）异质集成于HoMS，开发简易量产的方法，利于先进表征技术和理论计算探究反应机理及结构-性能关系。在此基础上，可进一步挖掘HoMS在分离纯化、电池/超级电容器、多步催化反应器等方面的应用。

总之，具有时空有序性和动态智能行为的中空多壳结构具有相当的前景，从基础科学到概念验证应用尚需大量努力。

图：HoMS的关键参数及新应用开发。 

JiangyanWang et al. Hollow multishell structures exercise temporal–spatial ordering and dynamicsmart behavior. Nature Reviews Chemistry, 2020.

DOI:10.1038/s41570-020-0161-8

https://www.nature.com/articles/s41570-020-0161-8

3. Nature Rev. Mater.：高熵陶瓷

无序多组分系统在相图中占据绝大部分未知区域，且在2004年被作为一种新材料体系提出。其核心在于最大化位形熵以稳定（近）等摩尔混合物，从而实现更强稳的系统——也就是高熵材料。关于高熵材料，最初的研究集中于金属合金和氮化物薄膜。2015年，研究人员在氧化物混合物系统中也实现了熵稳定原理。随后，其他高熵无序陶瓷不断出现，特别是通过添加更多组分实现材料多种性质的集成，使其在应用性能方面明显提高。紧随其后，研究人员发现高熵陶瓷具有广泛的应用，例如热障涂层、热电、催化、电池、耐磨耐蚀涂层等。

有鉴于此，杜克大学Stefano Curtarolo团队对高熵陶瓷这一领域的研究现况进行了讨论，并给出了展望。

本文要点：

1）从以下几个方面对高熵陶瓷进行了总结与讨论：a. 背景；b. 理论计算（可制备性、性质）；c. 单相高熵陶瓷（岩盐型(MgCoNiCuZn)O高熵氧化物、萤石型高熵氧化物、钙钛矿型高熵氧化物、其他类高熵氧化物、B/C/N/Si化物）；d. 应用（锂离子电池、超级电容器、热化学分解水、催化、热防护/环保、热电）；e. 无序薄膜（耐磨耐蚀耐氧化涂层、微电子阻挡层、电子陶瓷、自旋电子反铁磁层、热绝缘层、生物相容涂层）；f. 未来方向。

2）文章指出，在陶瓷领域，熵的相关原理能设计出许多新材料，既可以是薄膜材料，也可是块体材料。类似思想可以扩展——在整个材料领域中，熵都是非常重要的影响因素，应该引起研究人员的重视。

总之，该综述全面回顾了高熵陶瓷的研究进展，并展望了未来的前景。

图1. 高熵陶瓷的应用。

图2. 高熵陶瓷的高度对称性结构。

CoreyOses et al. High-entropy ceramics. Nature Reviews Materials, 2020.

DOI:10.1038/s41578-019-0170-8

https://www.nature.com/articles/s41578-019-0170-8  

4. Nature Commun.: 多组分共聚物的颜色可调超长有机室温磷光

近年来，发射特性可调和寿命长的发光功能材料在信息加密，有机电子学和生物电子学等领域吸引了广泛的关注。近日，南洋理工大学Yanli Zhao、南京工业大学黄维院士、安众福等人提出了一种设计策略，以通过自由基多组分交联共聚实现聚合物中的可调谐超长有机室温磷光（UOP）。该策略为开发室温长寿命发射的多色生物标签和智能发光材料铺平了道路。

本文要点:

1）激发波长从254nm改变为370nm，聚合物可实现从蓝色到黄色的多色发光，寿命达到1.2s，在环境条件下的最大磷光量子产率为37.5％。

2） 作者基于颜色可调的UOP属性探索了这些聚合物在多层信息加密中的应用。

LongGu, et al. Color-tunable ultralong organic room temperaturephosphorescence from a multicomponent copolymer. Nat. Commun. 2020.

DOI:10.1038/s41467-020-14792-1

https://www.nature.com/articles/s41467-020-14792-1

5. JACS：揭示经典光解水制氢系统的催化位点

半导体量子点（QD）与3d轨道金属离子（例如Fe³⁺，Co²⁺和Ni²⁺）结合在一起已成为太阳光驱动制氢（H₂）的一种极其有效，便捷且经济高效的手段。然而，在实际应用时，活性位点的确切结构变化过程仍然难以捉摸，并且对于背后的H₂析出机理还知之甚少。为了研究这一问题，中国科学院理化技术研究所吴骊珠院士，李旭兵和北京科技大学Lei Gao等人成功地跟踪了由CdSe/CdS QD和3d轨道金属离子（即此处使用的Ni²⁺）所组成的典型H₂光解催化系统中催化位点的结构变化过程。

本文要点：

1） Ni(OAc)₂中镍前驱体在中性H₂O中变为Ni（H₂O）₆²⁺，并最终在碱性介质中转变为Ni（OH）₂纳米片。

2） 此外，电子顺磁共振的原位光谱分析和X射线吸收光谱揭示了Ni（OH）₂由光诱导转变为有缺陷结构的[Nix⁰/Ni_1-x（OH）₂]，这才是真正的H₂光解催化物质。

3） 密度泛函理论（DFT）的计算进一步表明，Ni（OH）₂纳米片上的表面Ni空位（V_Ni）增强了H₂O分子的吸附和解离，从而提高了局部质子浓度，而Ni⁰团簇表现为H₂的析出位点，从而在碱性介质中协同提高光解制氢活性。

YangWang, et al. Unveiling Catalytic Sites in a Typical Hydrogen PhotogenerationSystem Consisting of Semiconductor Quantum Dots and 3d-metal Ions, J. Am. Chem. Soc. 2020

DOI:10.1021/jacs.9b11768

https://doi.org/10.1021/jacs.9b11768

6. Angew综述: 层状富锂正极材料的反应机理

层状富锂正极材料因其较高的理论比容量而引起了广泛的关注。然而，差的循环稳定性和缓慢的反应动力学阻碍了它们的实际应用。经过多年的沉寂，近年来科研者们恢复了层状富锂正极材料的开发，以解决我们对高能量密度锂离子电池日益增长的依赖性。悉尼科技大学汪国秀和Bing Sun等人回顾了层状富锂锰基正极材料的最新研究进展。

本文要点：

1）对层状富锂锰基正极材料的结构表征和反应机理进行了深入的理解。

2）全面总结了过渡金属离子的阳离子氧化还原反应和氧物种的阴离子氧化还原反应的反应机理。

3）讨论了下一代锂离子电池层状富锂正极材料未来发展面临的机遇和挑战。

ShuoqingZhao, et al. Reviving Reaction Mechanism of Layered Lithium‐Rich Cathode Materials forHigh‐Energy Lithium‐IonBattery, Angew., 2020

DOI: 10.1002/anie.202000262

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202000262

7. Nano Lett.:Pt-Co纳米框架用作高性能的燃料电池电催化剂

Pt基合金在燃料电池领域具有极大的应用潜力，尤其是对阴极的氧还原反应（ORR）和阳极的甲醇氧化反（MOR）。合理的设计Pt基合金的组成和形貌对提高催化性能至关重要。近日，加州大学伯克利分校的杨培东教授团队通过化学刻蚀实心菱形十二面体Pt-Co合金中的Co合成Pt-Co纳米框架，所得材料在ORR和MOR反应中表现出优异的性能。

本文要点：

1）在酸性电解液中，所得的Pt-Co纳米框架表现出优异的ORR性能，其初始质量活性高达 0.40 A mgPt^-1，经过10000次循环后，其质量活性仍有0.34 A mgPt^-1的保持。

2）在碱性电解液中，纳米框架的MOR质量活性高达4.28 A mgPt^-1，是商业化Pt/C催化剂的4倍。

3）实验结果表明纳米骨架与含碳毒化中间体的弱相互作用有助于增强MOR性能。

4）更重要的是，Pt-Co纳米框架在长时间循环测试中表现出优异的稳定性，这可以归因于电化学过程中可以忽略不计的Co溶解。

ShoupingChen et al. High-Performance Pt−Co Nanoframes for Fuel-CellElectrocatalysis. Nano Lett., 2020.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b05251

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b05251

8. ACS Nano：可规模化的CsPbX₃钙钛矿阵列的两步图案化

卤化物钙钛矿具有许多重要的光电特性，包括高发光效率、高吸收系数、色纯度和可调的发射波长，这使该材料有望用于光电应用。但是，仍无法精确控制卤化钙钛矿的大规模图案化生长，这限制了其在各种设备应用中的潜力。杨培东团队报道了一种铯铅卤化钙钛矿单晶阵列生长的图案化方法。

本文要点:

1）该方法包括两个步骤：卤化铯盐阵列的构图和化学气相传输（CVT）工艺（将铯盐阵列转化为单晶钙钛矿阵列）。

2）研究表征确认了合成的钙钛矿阵列的化学组成和光学性质。这种图案化方法可以对单晶铯铅卤化钙钛矿阵列进行图案化，其间距可调（从2 µm至20 µm），晶体尺寸（从200nm至1.2 µm），产率高（几乎所有阵列中的每个像素都转化成了钙钛矿晶体）。

总而言之，该大规模构图方法为研究基于钙钛矿的新型光电应用的基本特性和机遇提供了一个平台。

CsPbX₃图案化工艺

Chung-KuanLin et al. Two-Step Patterning of Scalable All-InorganicHalide Perovskite Arrays, ACS Nano 2020.

DOI:10.1021/acsnano.9b09685.

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b09685

9. ACS Nano综述：基于纳米材料的仿生触觉传感器

触觉传感器技术在目前已成为一个热门的研究领域，其在机器人开发和设计可穿戴医疗系统方面有着广泛的应用。

本文要点：

1）触觉传感系统的研究主要致力于实现两个目标：(1)开发高感应能力、可模仿生物功能和特点的人类皮肤的传感系统，(2)可以满足可穿戴设备的灵活性需求和实现低功耗条件下的数据分析及处理能力。

2） 延世大学Jong-Hyun Ahn教授综述介绍了基于仿生技术的人工触觉传感系统的最新研究进展，并对这些仿生技术所展示的生物系统的功能特征，包括机械力感受和用于人机界面的人体皮肤感觉神经元等进行了重点介绍；随后讨论了与该领域相关的技术研究，最后就其所面对的机遇和挑战以及相应的解决方案做了详细说明。

YongjunLee. et al. Biomimetic Tactile Sensors Based on Nanomaterials. ACS Nano.2020

DOI:/10.1021/acsnano.0c00363

http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c00363