1. Nature Materials: 全聚合物供体-受体异质结中的基态电子转移

有机半导体的掺杂对有机（光）电子设备和电化学设备的运行至关重要。通常，这是通过将异质掺杂剂分子添加到聚合物体相中来实现的，但是掺杂剂的升华或聚集常常会导致较差的稳定性和性能。在小分子供体-受体系统中，电荷转移可以产生高而稳定的电导率，这是全共轭聚合物系统中尚未探索的方法。近日，林雪平大学Simone Fabiano，Magnus Berggren，Hengda Sun等报道了全聚合物供体-受体异质结中的基态电子转移。

本文要点：

1）研究发现，将低电离能聚合物与高电子亲和性对应物结合在一起，可以得到导电界面，其电阻率值比单独的单层聚合物低五到六个数量级。电阻率的大幅度下降是由于两个平行的准二维电子和空穴分布达到了约1013 cm^-2的浓度。

2）作者进一步将该概念应用到三维体相异质结，由于没有分子掺杂剂，因此得到的材料显示出出色的热稳定性。

该工作为电活性复合材料应用在热电和可穿戴电子产品等领域带来了希望。

KaiXu, et al. Ground-state electron transfer in all-polymer donor–acceptorheterojunctions. Nat. Mat., 2020,

DOI: 10.1038/s41563-020-0618-7

https://doi.org/10.1038/s41563-020-0618-7

2. Nature Materials: 二维过渡金属二硫化物三维原子缺陷和电子性质的关联

二维过渡金属二硫化物（2D TMDs）的电子，光学和化学性质在很大程度上取决于其三维原子结构和晶体缺陷。近日，加州大学洛杉矶分校Jianwei Miao团队报道了以Re掺杂的MoS₂作为模型系统，使用扫描原子电子断层扫描（sAET）作为一种方法来确定三维原子位置以及晶体缺陷（例如掺杂剂，空位和波纹）的位置，精度低至4 pm。

本文要点：

1）作者开发了sAET，以皮米精度确定2D TMDs的3D原子坐标。

2）研究表明，Re掺杂的MoS₂可产生三维局部键畸变并诱发局部应变张量。作者测量了由掺杂剂引起的三维键变形和局部应变张量。通过将这些实验得到的三维原子坐标直接提供给密度泛函理论，作者得到了比依赖于松弛的三维原子坐标的常规密度泛函理论计算得出的更为精确的电子能带结构。

3）作者认为，扫描原子电子断层扫描不仅普遍适用于确定二维材料的三维原子坐标，而且将使从头计算能够更好地预测这些材料的物理，化学和电子性质。

XuezengTian, et al. Correlating the three-dimensional atomic defects and electronicproperties of two-dimensional transition metal dichalcogenides. Nat. Mat., 2020,

DOI: 10.1038/s41563-020-0636-5

https://www.nature.com/articles/s41563-020-0636-5

3. Nature Nanotechlogy: 用石墨烯过滤原子薄半导体的光致发光光谱

由过渡金属二硫化物（TMDs）制成的原子薄半导体是用于研究强光-物质相互作用和在纳米光子学，光电学和谷电子学中应用的模型系统。但是，TMD单层的光致发光光谱显示出许多特征，这些特征的解密具有挑战性。从实用的角度来看，基于单色TMD的发射器对低尺寸器件是有益的，但这一挑战尚待解决。近日，史特拉斯堡材料物理化学研究所StéphaneBerciaud等研究发现，将石墨烯直接堆叠在单层TMD上可以实现仅由TMD中性激子产生的单线和窄线光致发光。

本文要点：

1）研究发现，这种过滤效果源自石墨烯对TMD的完全中和，以及长寿命的激子物种向石墨烯的选择性非辐射转移。

2）该方法适用于四个基于钨和钼的TMDs；作者还建立了TMD /石墨烯异质结构作为一组独特的光电构建单元，该单元适用于以接近THz的速率发射可见光和近红外光子且线宽接近均质极限的电致发光系统 。

EtienneLorchat, et al. Filtering the photoluminescence spectra of atomically thin semiconductorswith graphene. Nat. Nanotech., 2020,

DOI: 10.1038/s41565-020-0644-2

https://doi.org/10.1038/s41565-020-0644-2

4. Nature Medicine：新方式！星形颗粒跨越障碍递送药物

角质层屏障层高度限制了药物向皮肤的递送。于此，乔治亚理工学院Mark R. Prausnitz等人开发了称为STAR颗粒的星形颗粒，以显着提高皮肤渗透性。STAR颗粒是由氧化铝或不锈钢制成的毫米级颗粒，具有微米级突起，旨在在角质层上形成微小的孔。

本文要点：

1） 给猪离体皮肤局部敷药10s后，皮肤科药物和大分子（包括那些不能局部使用的大分子药物）的传递增加了1-2个数量级。在用局部5-氟尿嘧啶治疗的小鼠中，使用STAR颗粒可提高药物抑制皮下黑色素瘤肿瘤生长和延长生存期的功效。

2） 此外，使用STAR颗粒向小鼠局部注射破伤风类毒素疫苗产生的免疫应答至少与肌肉注射的免疫应答一样强，尽管局部注射的剂量高于肌肉注射的剂量。当将STAR颗粒施用于人类参与者的皮肤时，具有良好的耐受性，并能有效产生微孔。 

STAR颗粒的使用为增加药物和疫苗皮肤给药提供了一种简单、低成本且耐受性良好的方法，并且可以扩大可以局部给药的化合物的范围。

Tadros,A.R., et al. STAR particles for enhanced topical drug andvaccine delivery. Nat Med (2020).

https://doi.org/10.1038/s41591-020-0787-6

5. Nature Commun.：强大的金属-载体相互作用助力热稳定单原子催化剂的可扩展生产

单原子催化剂（SACs）在许多异相反应中均表现出优异的催化性能。然而，以简单且可扩展的方式生产热稳定的SACs仍然是一项艰巨的挑战。近日,中科院大连化物所张涛院士，李为臻，乔波涛等人报告了通过将亚微米RuO₂聚集体料与MgAl_1.2Fe_0.8O₄尖晶石（MAFO）进行物理混合，从商业RuO₂粉中合成Ru-SACs的制备策略。

文章要点：

1）首先实现了MAFO在高温下将亚微米Ru聚集体分散成单个原子的卓越功效。将商业RuO₂粉代替亚微米RuO₂聚集体和MAFO进行简单的物理混合研磨，并在900 °C的空气中（表示为Ru₁/MAFO-900）或500 °C（表示为Ru/MAFO-500）中煅烧5小时。采用AC-HAADF-STEM证明了MAFO尖晶石载体上有高密度均匀分散的Ru单原子。

2）对于2％（重量）Ru负载的催化剂，优化的Fe比应为x =1；对于较低的Ru含量，需要进一步研究优化的Fe含量。研究认为，只要存在足够的稳定位点，铁含量越小越好。

3）研究了Ru / MAFO催化剂对一氧化二氮（N₂O）分解的催化性能，在较低的起燃温度下，在两个N₂O浓度下，Ru₁/MAFO-900SAC的活性都比Ru/MAFO-500大得多。Ru₁/MAFO-900在550°C时对低N₂O浓度的分解也显示出优异的稳定性，在运行100 h时，转化率仍保持约76 ％；尽管Ru / MAFO-500在这些条件下也非常稳定，但转化率仅为25％。因此可以得出Ru SACs具有出色的热稳定性，在低浓度和高浓度下均可以催化N₂O分解性能。

4）研究了RuO₂分散的机理，研究认为RuO₂和MAFO在煅烧之前进行紧密的物理混合（PM）对于最大化Ru单原子的最终分散至关重要。同时还研究了通过空气煅烧对RuO₂分散的动力学的影响。

5）通过密度泛函理论（DFT）计算研究了MAFO的强共价金属-载体相互作用（CMSI）促进RuO₂分散的可能性。结果表明，Fe原子的存在会减弱簇中的Ru-Ru相互作用并促进RuO₂的分散。因此，在MAFO载体中的FeO_x位点与RuO₂聚集体之间强CMSI 可以促进Ru原子/RuO₂亚单元的反奥斯特瓦尔德熟化。

Liu,K., Zhao, X., Ren, G. et al. Strong metal-support interaction promoted scalableproduction of thermally stable single-atom catalysts. Nat Commun ,2020

DOI：10.1038/s41467-020-14984-9

https://doi.org/10.1038/s41467-020-14984-9

6. Nature Commun.：增强的光路和电子扩散长度可实现高效钙钛矿叠层电池

基于金属卤化物钙钛矿子电池的叠层太阳能电池提供了超过单结极限的功率转换效率（PCE）的途径。然而，由于光子收集效率低下，据报道，叠层电池的PCE值目前仍低于其潜力。多伦多大学Edward H. Sargent团队通过保持钙钛矿薄膜的光滑形态来增加光程长度，同时使用一种增强溶剂萃取的方法来增加钙钛矿厚度。

本文要点：

1）这些薄膜的载流子收集受到电子扩散长度不足的限制。进一步发现，添加路易斯碱会降低陷阱密度，并使电子扩散长度增加到2.3 μm，从而使1.63 eV半透明钙钛矿电池的平均PCE达到19％，平均近红外透射率为85％。。

2）钙钛矿顶部电池与溶液处理的胶体量子点/有机杂化底部电池相结合产生的PCE为24％；将钙钛矿电池与硅底部电池耦合时，PCE为28.2％。

Chen,B., Baek, S., Hou, Y. et al. Enhanced optical path and electron diffusionlength enable high-efficiency perovskite tandems. Nat. Commun., 2020.

DOI：10.1038/s41467-020-15077-3.

https://doi.org/10.1038/s41467-020-15077-3

7. Joule: 三氟甲基化策略助力超高效超低带隙受体有机太阳能电池

在非富勒烯型受体的协助下有机太阳能电池的功率转换效率已经超过了16%。然而，如何设计并合成具有超低带隙宽度的非富勒烯受体来突破近红外光区的吸收极限仍然充满着挑战。近日，南方科技大学化学系的何凤副教授团队采用三氟甲基化策略制备了一种名为BTIC-CF3-γ的非富勒烯受体成功地解决了上述问题。

本文要点：

1) 研究人员将三氟甲基化策略成功地运用到非富勒烯受体上成功地制备了一种具有超低带隙宽度的分子（叫做BTIC-CF3-γ）。与其氟代类似物和氯代类似物相比，三氟甲基化的BTIC-CF3-γ具有最大的红移吸收。研究人员通过单晶结构分析发现分子中心的H团簇与端基官能团的J团簇之间的协同π-π相互作用形成了三维互穿网络，从而在不同的受体分子之间提供了更多的电子跃迁连接。

2) BTIC-CF3-γ与PDBD-TF共混后实现高达15.59%的功率转化效率，这是目前所报道的窄带隙非富勒烯受体中的最高效率值。值得注意的是，BTIC-CF3-γ的强烈红移吸收使得三元器件的功率转换效率也达到了16.50%。该工作表明三氟甲基化策略是一种非常有效地提高窄带隙非富勒烯受体有机太阳能电池效率的手段。

HanjianLai et al, Trifluoromethylation Enables a 3D Interpenetrated Low-Band-GapAcceptor for Efficient Organic Solar Cells, Joule, 2020

DOI:10.1016/j.joule.2020.02.004

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(20)30082-9?rss=yes

8. Matter：可穿戴器件的又一进步：一种色彩斑斓、棉质般柔软的可光充电织物

用于发电的智能纺织品是一种卓越的能源解决方案，大大提高了穿戴式生物电子产品的便利性和舒适性。然而，保持电力供应的可持续性和稳定性虽然非常可取，但仍然是一个巨大的挑战。在此，重庆大学范兴、中国科学院过程工程研究所聂毅、加利福尼亚大学洛杉矶分校Jun Chen等人展示了一种由经济可行性的材料经可扩展的制造技术制造的可光充电织物。

本文要点：

1）该织物由光伏集能部件和可充电织物电池组成自充电电源单元。从轻质、低成本的聚合物纤维开始，利用工业编织技术，可以大规模生产光充电织物，给社会带来实际的影响。通过与棉纱混纺，也获得了色彩斑斓的外观和棉质的柔软。

2）该织物在标准1太阳条件下充电1min后，可在0.1mA的条件下恒定输送10min的电能。它还可以在扭曲和潮湿的环境下正常工作，储存的能量可以保持60天以上，没有明显的电压损失。这种可光充电面料被证明可以为个性化医疗保健的身体区域传感器网络供电。

Zhanget al., Photo-Rechargeable Fabrics as Sustainable and Robust Power Sources forWearable Bioelectronics, Matter, 2020.

DOI:10.1016/j.matt.2020.01.022 

https://doi.org/10.1016/j.matt.2020.01.022

9. Chem: 原子配位结构促进ORR的H₂O₂选择性

过氧化氢(H₂O₂)在化工和医疗行业中具有广泛的需求，每年全球需求量约为400万吨。目前工业生产H₂O₂是通过蒽醌工艺，生产成本高且污染大。利用可再生电力发电，通过电催化过程生产H₂O₂工艺是极具前景的替代方案之一。电化学生成H₂O₂有两种方式：第一种是通过2e^-氧还原反应(2e^- ORR)；第二种是通过2e^-水氧化反应。然而，这两种途径都不可避免地受到4e^- ORR途径对H₂O或O₂的竞争性反应的影响。因此，设计和合成合理的电催化剂活性位点以优化与含氧中间体的结合能具有重要意义。

有鉴于此，格里菲斯大学的姚向东等人合作，综述了原子配位结构促进ORR的H₂O₂选择性的研究进展，提出了M-N-C(M=Mn，Fe，Co，Ni，Cu)作为活性位点的本质。

本文要点：

1）首先，他们介绍了Jiajian Gao 等对M-N-C位点在ORR选择性的研究工作。M-N-C(M=Mn，Fe，Co，Ni，Cu)均可作为ORR活性位点，其ORR转移电子数与金属位点种类有关。ORR电化学测试结果表明，与其他M-N-C相比，固定在N掺杂石墨烯中的Co SACs（Co-N-C）具有高催化产H₂O₂活性，在0.1M HClO₄溶液中，在0.6V下电流密度达到1mA cm^-2，法拉第效率大于90%），与贵金属催化剂活性相当。密度泛函理论计算表明，从Mn到Cu，*OOH，*O，*OH的结合能一般随M原子中价电子数的增加而增加。

2）缺陷工程策略也可以（包括双空位缺陷(DV)，单一空位缺陷(SV)，边缘缺陷）对M-N-C位点进行调节。此外，缺陷的高密度分布为原子金属-金属协同作用提供了可能性，从而提高了催化活性，完全改变了反应途径。

1.Yi Jia et al. Atom-Coordinated Structure Triggers Selective H₂O₂Production. Chem, 2020.

DOI:10.1016/j.chempr.2020.02.011

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.02.011

2.Jiajian Gao et al. Enabling Direct H₂O₂ Productionin Acidic Media through Rational Design of Transition Metal Single AtomCatalyst. Chem, 2020.

DOI:10.1016/j.chempr.2019.12.008

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.12.008

10. MaterialsToday：纱线也能储能？使用MXene涂层纱线的3D编织储能纺织品

基于纺织品的储能设备有望替代商用智能服装中笨重且不舒适的电池。基于纤维和纱线的超级电容器，已该领域占主导地位，已证明约4 cm以下长度的纱线具有出色的电化学性能，但由于电阻增加，纱线生产长度有限。有鉴于此，德雷塞尔大学Genevieve Dion与Yury Gogotsi设计了一种新型的可穿戴储能器件结构——三维编织超级电容器，并对其进行了原型设计，旨在利用编织织物的结构来提高长纱线电极的性能。

本文要点：

1）使用纱线涂覆平台，将Ti₃C₂T_x MXene涂覆在棉纱（1层和2层）和复丝尼龙纤维上，制备了数十米的Ti₃C₂T_x涂层纱线电极。这项工作证明了MXene涂层纱线自动化生产的可行性，可以使用纺织工业中现有的涂层工艺对其进行复制。

2）涂布后，使用市售的Shima Seiki 3D编织机将纱线编织到纺织品储能装置中。这些装置被编织在一起；电极被编织在绝缘纱的两边，作为较大织物上一小块区域的一部分。

3）研究了编织结构和几何结构对电化学性能的影响，以尝试生产具有能量和能量密度的实用化储能纺织品。最后，在选定器件设计方案后，将三个器件编织在一起，演示了一个纺织储能器件的工作原型。利用这项工作中使用的工艺，自动化纱线涂层、工业编织技术和纺织超级电容器可以被快速设计、编程、原型化，并实现批量生产。

这是第一篇研究工业相关编织参数的工作，这项工作在设计基于MXene纱线的纺织超级电容器时，可以规模化连续生产无限长度的纱线。

ArianaLevitt et al. 3D knitted energy storage textiles using MXene-coatedyarns. Mater. Today 2020.

DOI:10.1016/j.mattod.2020.02.005.

https://doi.org/10.1016/j.mattod.2020.02.005