愚以为，做科研，首先要有趣，好玩，非如此不能长久。然后还要有想法，有创意，非如此难以成就。至于有用与否，则是仁者见仁，智者见智了。

今天，我们从2018年浩如烟海的文献中，列举了一些有趣好玩有创意，让人眼前一亮的18个研究，供大家交流探讨。

1. 一滴油革新铝空电池丨Science

抑制铝空电池负极腐蚀的策略不少，这些策略虽然在一定程度上确实缓解了负极腐蚀，但是大多是以降低功率密度和能量密度为代价。美国麻省理工学院Brandon J. Hopkins等人发展了一种以油替换部分负极电解液的新策略，有效抑制了铝空电池的负极腐蚀。不导电的油抑制了电解质向负极表面的扩散速率，负极腐蚀减少了99.99%。同时，铝空电池可用能量密度提高了4.2倍，自放电速率降低到0.02%，系统能量密度可达到700 Wh L^-1和900 Wh kg^-1。

Brandon J. Hopkins et al. Suppressingcorrosion inprimary aluminum–air batteries via oil displacement. Science 2018,362,658-661.

2. 木材像钢铁一样坚硬丨Nature

在常规认知中，木材是可以浮在水面的，木材是不如钢铁坚硬的。然而，美国马里兰大学胡良兵和李腾团队却通过一种新型的密实化处理工艺，让天然木材强度提高11倍，密度提高3倍，比强度达到422.2± 36.3 MPa cm³ g⁻¹，超过众多金属和合金材料。经过处理之后的木材由许多高度曲线排列的纤维素纳米纤维组成，相邻的纳米纤维素之间形成大量氢键。这样，基于纤维素的细胞壁更稳定，在水中更不容易膨胀。当然，这种木头再也不能漂浮在水面了。

Jianwei Song, Chaoji Chen, Shuze Zhu, Mingwei Zhu, Teng Li, Liangbing Hu et al.Processing bulk natural wood into a high-performance structural material.Nature 2018, 554, 224–228.

3. 晒太阳可降温丨Joule

白天辐射制冷超材料可实现在白天太阳直射下仍能将物体降温。美国科罗拉多大学博尔德分校（杨荣贵和尹晓波教授团队）和怀俄明大学（谭刚教授团队）合作，发展了一种以水为工作介质的辐射制冷集冷模块，在白天太阳直射条件下将水冷却至比环境温度低10.6 °C，实现了第一个可全天连续运行的千瓦级辐射制冷系统，并提出了辐射制冷与建筑结合的24小时全天连续运行具体方案。

Dongliang Zhao, Gang Tan, Xiaobo Yin, RongguiYang et al.Subambient Cooling of Water: Toward Real-World Applications ofDaytime RadiativeCooling. Joule 2018.

4. 制冷不用电丨Science

又不想得空调病，又离不开空调，怎么办？美国哥伦比亚大学N. Yu和Y. Yang团队报道了一种操作简单、成本低廉、可规模化的多级次多孔聚合物涂层制备方法，实现了高效率的被动辐射冷却。这是一种不用电，无排放的纯天然制冷技术，可以采用刷涂、浸涂、喷涂等各种工艺，也适用于金属、木材、塑料凳多种基材。在太阳光强度为890和750 W m^-2条件下，涂层可将室温自然降低6℃左右，冷却功率为96 W m^-2。

J.Mandal, Y. Fu, N. Yu, Y. Yang et al. Hierarchicallyporous polymer coatings forhighly efficient passive daytime radiative cooling.Science 2018.

5. 彩色碳纳米管丨JACS

自古以来，碳就是黑色。然而，以前都是黑色，以后就永远只能是黑色吗？芬兰阿尔托大学EskoI. Kauppinen和Hua Jiang团队通过控制CO₂气流的速度，利用浮动催化剂化学气相沉积法成功合成出彩色的单壁碳纳米管薄膜，引入不同浓度的CO₂，就能合成出不同颜色的SWCNT。

Yongping Liao, Hua Jiang, Esko I. Kauppinenet al. DirectSynthesis of Colorful Single-walled Carbon Nanotube Thin Films. JACS,2018.

6. 微米尺度电极材料丨Nature

为了实现更好的离子或电子传递，现在通常的做法是将电极材料纳米化。而剑桥大学的研究人员这次却一反常规做法，在人人纳米化的大形势下却选用了微米尺度（3-10 μm）的铌钨氧化物Nb₁₆W₅O₅₅和Nb₁₈W₁₆O₉₃作为电极材料。其室温锂离子扩散系数比经典的Li₄Ti₅O₁₂ 和LiMn₂O₄要高出几个数量级，表现出极其优异的体积容量和倍率性能，超过已有的多种经典电极材料。研究人员认为，只要材料具有合适的主晶格，所谓的尺寸、结构和孔隙什么的貌似都不是电极性能的核心影响因素。

KentJ. Griffith, Clare P. Grey et al. Niobium tungstenoxides for high-ratelithium-ion energy storage. Nature 2018, 559, 556–563.

7. DNA纳米手臂丨Science

DNA折纸术可以将DNA组装成各种不同的形状，但是这并不能使之成为纳米机器。如何使这种DNA组装结构动起来，才能真正成为纳米机器人。德国慕尼黑工业大学Friedrich C. Simmel课题组开发了一种电场遥控的DNA纳米手臂。他们DNA折纸平板作为基底，通过短链DNA将一个长长的DNA螺旋束（DNA手臂）固定在DNA基底上。当DNA分子浸泡在水溶液缓冲液中时，会带一定的电荷。因此，通过足够的电场作用力就可以控制DNA手臂在DNA面板上的定向旋转。

Enzo Kopperger, JonathanList, Friedrich C. Simmel et al. A self-assembled nanoscale robotic armcontrolled by electric fields. Science 2018, 359, 296-301.

8. 让机器人有触觉丨Science

如果说机器人和人类之间最本质的区别，那就是七情六欲以及感官知觉了。斯坦福大学鲍哲楠、首尔大学Tae-Woo Lee以及南开大学徐文涛团队合作报道了一种基于柔性有机电子器件的高灵敏度仿生触觉神经系统，可以从多个触感接收器接受信息，然后将这种信息运输到传出（马达）神经，完成一种复合的生物电子反射弧。这种人工神经触觉系统具有高灵敏度，即便是蟑螂腿的运动，也能快速感知。

Yeongin Kim,Alex Chortos, Wentao Xu, Tae-Woo Lee, Zhenan Bao et al. A bioinspired flexibleorganic artificial afferent nerve. Science 2018, 360, 998-1003.

9. 会变色的窗户丨Nature Materials

智能窗户可以使大型楼宇室内能源利用效率达到最佳，基于太阳能电池的智能窗户，则不仅可以实现窗户透明度的自动变化，还可以同时起到能源转化和储存的作用，是更新形式的一种智能窗户。加州大学伯克利分校杨培东课题组基于纯无机钙钛矿，构建了一种高稳定性的热致变色太阳能电池窗户！这种材料可在105℃切换成深色的钙钛矿相（高温相），透明度约35.4%；在室温条件下，当遇到水汽时，材料就会自动切换到透明的非钙钛矿相（低温相），透明度约81.7%。不过，虽然稳定性解决了，但是这个温度是新的硬伤！

Jia Lin, Minliang Lai, Peidong Yang et al. Thermochromichalide perovskite solar cells. Nature Materials 2018.

10. 晶体可以自修复丨Nature

破镜难圆，自古皆知。晶体出现裂缝了，也往往被认为无法回到最初的状态。然而，美国加州大学圣地亚哥分校的F. AkifTezcan课题组基于铁蛋白开发了一种具有高膨胀性、可自修复的铁蛋白-水凝胶复合材料。所选择的铁蛋白和水凝胶都不具备良好的自修复性能，但是联姻之后实现了1+1>2的效果。即便晶体-聚合物在受到重大膨胀和收缩时产生裂缝，这种裂缝也可以迅速自修复。

Ling Zhang, F. Akif Tezcanet al. Hyperexpandable,self-healing macromolecular crystals with integratedpolymer networks. Nature 2018, 557, 86–91.

11. 防火的木材丨Science Advances

自远古时代钻木取火以来，木头就是属于易燃品。然而，中国科学技术大学教授俞书宏带领的科研团队，发展了一种冰晶诱导自组装和热固化相结合的新技术，以传统的酚醛树脂和密胺树脂为基体材料，研制出一系列具有类似天然木材取向孔道结构的新型仿生人工木材。该系列仿生人工木材具有轻质高强、耐腐蚀和隔热防火等优点。特别地，这种人工木材具有很好的防火性能，在火焰引燃后能够迅速自熄灭，这正是天然木材无法克服的缺点。

Zhi-Long Yu, Ning Yang, Shu-Hong Yu etal. Bioinspired polymeric woods. Science Advances 2018, 8, eaat7223.

12. 仿生人工肺丨Nature Catalysis

CO₂在水中溶解度极小，如何能让高浓度CO₂有效到达催化剂表面以实现更高的电催化效率？斯坦福大学崔屹教授团队模仿肺泡结构设计了一种双层仿生人工肺泡，用于三相界面CO₂电催化还原系统。借助于肺泡结构中气体透过性高和水扩散性低的特点以及其中CO₂和O₂传递机理，研究人员构建了一种双层的三相催化界面阵列。阵列由高度柔性的疏水、高气体透过性的纳孔PE膜和溅射的Au纳米催化剂层构成。柔性、疏水、高气体透过性的纳孔PE膜用于CO₂传质，同时疏水特性使得PE膜可以在Au/CO₂/H2O气固液三相界面提供更多的活性位点；除此之外，人工肺泡还可以实现局部pH调控，在不同的CO₂流动速度条件下，催化剂表面可以都能确保高的碱性。

Jun Li, Guangxu Chen, YiCui et al. Efficient electrocatalytic CO2 reduction on a three-phase interface.Nature Catalysis 2018.

13. 晶圆级单层二维材料丨Science

大尺寸单层二维材料的制备，依然是制约二维材料异质结的可控构建，限制其性能和宏观应用的一个关键因素。美国麻省理工学院的Jeehwan Kim课题组基于材料之间界面粗糙度的差异发展了一种普适性的层数分辨分离技术（LRS），通过对单个硅片上生长的单个堆叠的二维材料进行剥离，实现了多种单层二维材料的晶圆级（5 cm）大尺寸规模化制备。

Jaewoo Shim, Sang-Hoon Bae, Wei Kong, Doyoon Lee, JeehwanKim et al. Controlled crack propagation for atomic precision handling ofwafer-scale two-dimensional materials. Science 2018.

14. 光控大脑治疗帕金森丨Science

光控神经回路在帕金森等神经元疾病治疗、光触发心脏跳动等方面表现出巨大的潜力。而光控离子通道只受蓝绿色可见光控制，而可见光容易被组织散射，从而导致脑深部刺激，尤其是小区域精确刺激无法有效实现。日本RIKEN脑科学研究所Thomas J. McHugh、Shuo Chen和新加坡国立大学刘小钢团队合作报道了一种基于上转换纳米颗粒的深度脑刺激光遗传学。研究人员利用镧系掺杂的上转换纳米颗粒作为光学转换器，将透过组织的近红外光转化为可见光，组织外的近红外不易被散射，而组织内的可见光则可以有效控制离子通道的开关。

Shuo Chen, Xiaogang Liu, Thomas J. McHugh et al.Near-infrared deep brain stimulation via upconversion nanoparticle–mediatedoptogenetics. Science 2018, 359, 679-684.

15. 火星上的电催化丨Science Advances

火星上有机碳的来源和性质一直是广大科学家津津乐道的话题，经报道，火星陨石中均含有大分子碳组分，那么这些有机碳是怎么来的呢？卡耐基科学研究所的A. Steele研究员等认为，尖晶石类矿物、硫化物和盐水之间的相互作用能够促进水溶液中的CO2电还原为有机分子。

A. Steele, L. G. Benning, R.Wirth, et al. Organic synthesis on Mars byelectrochemical reduction of CO₂[J].Sci. Adv., 2018

16. 氢热抗癌丨Nature Communications

深圳大学何前军团队和UCLA顾臻团队合作，将纳米储氢材料运用到肿瘤治疗领域。利用稳定的PdH_0.2纳米颗粒的小尺寸效应（30 nm）和EPR效应，实现了肿瘤被动靶向递送；同时利用PdH_0.2的近红外光吸收特性，实现了光控氢气释放。此外，利用Pd/PdH_0.2的加氢催化特性，使释放的氢具有高的还原性，并借助PdH_0.2自身高的光热转化效率（η=63%），达到了光热治疗和光声成像的功效。

Penghe Zhao, Zhen Gu,*Qianjun He,* et al. Local generation of hydrogen for enhanced photothermaltherapy. Nature Commun.,  2018.

17. 超级涂层丨Nature Materials

无论是在基础研究领域还是实际应用中，超疏水或疏油纳米涂层都非常重要。然而，对液体的排斥作用往往不适用于超低表面张力的液体。湖南大学化学化工学院蒋健晖、徐伟箭教授课题组和澳大利亚墨尔本大学FrankCaruso教授课题组合作，利用氟硅烷和丙烯腈制备了一种微纳米结构构造的超级纳米涂层，这种低表面能纳米涂层能够排斥超过100种酸、碱和溶剂，包括像液氮（表面张力8.8mNm^–1）这样具有超低表面张力的液体和浓硫酸这种强腐蚀性的额液体。除此之外，这种涂层还具有透明、耐磨、防覆冰等一系列优势。

Shuaijun Pan, Weijian Xu, Jianhui Jiang, Frank Caruso et al. Coatingssuper-repellent to ultralow surface tension liquids. Nature Materials 2018.

18. 雪花是怎样消失的丨Nat. Commun.

那漫天飞舞的雪花，曾经让多少人如痴如醉，但那昙花一现的悲壮，又牵动着多少人的心扉。阿姆斯特丹大学的Etienne Jambon-Puillet教授课题组从物理化学的角度深入理解了雪花升华消失的过程。该研究首次提出了雪花升华的动力学模型，升华从尖锐边缘开始，其速度与蒸汽扩散密切相关。

Etienne Jambon-Puillet*, Noushine Shahidzadeh & DanielBonn. Singular sublimation of iceand snow crystals. Nat. Commun.,2018

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2019年

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