1. Nature Commun.: 直接观察六方密堆积晶体中的双步孪晶成核
基于镁和钛的先进轻质结构合金的设计和加工主要取决于对孪晶的控制，迄今为止，这种控制仍然难以捉摸，其取决于对六方密堆积（HCP）晶体中孪晶成核机理的明确理解。近日，匹兹堡大学Scott X. Mao和太平洋西北国家实验室王崇民等人通过使用原位高分辨率透射电子显微镜，直接显示了HCP纳米晶体中的双步孪晶成核机理。1）研究发现，{1 0 -1 2}孪晶的成核是由棱柱│基面界面上的断开而引发的，该界面建立了孪晶的晶格对应关系，与理想取向的偏差很小。2）随后，通过重新排列和连接棱柱│基体断开的界面，通过形成连贯的孪晶边界来校正较小的偏差，此后，相干孪晶边界通过孪晶位错传播。这些发现提供了HCP晶体中孪晶成核机理的高分辨率直接证据。Yang He, et al. Direct observation of dual-step twinning nucleation in hexagonal close-packed crystals, Nat. Commun., 2020.DOI: 10.1038/s41467-020-16351-0https://www.nature.com/articles/s41467-020-16351-0
2. Nano Letters: 超离子卤化物固态电解质高耐湿性的起源
除了高离子电导率以外，空气/湿度耐受性和相关化学也已成为设计Li3MX6固态电解质（SSE，M是金属元素，X是卤素）的新见解。但是，大多数卤化物SSE暴露于水解引起的潮湿环境时，会遭受化学不可逆降解的影响。在此，西安大略大学孙学良和加拿大光源Ning Chen等人通过一系列Li3Y1-xInxCl6（0≤x＜1）来阐明Li3MX6中的M原子的功能。1）当增加In3+的比例时，可以追踪到阴离子排列从六方密排（hcp）到立方密排（ccp）的逐渐结构转换。2）与hcp阴离子亚晶格相比，具有ccp阴离子亚晶格的Li3MX6显示出更快的Li+迁移。3）当In3+含量足够高时，由于形成水合中间体，Li3Y1-xInxCl6的耐湿性得到了极大提高。这项工作中呈现的成分，结构，Li+迁移和湿度稳定性之间的相关性为设计基于卤化物的新型SSE提供了新的认知。Xiaona Li, et al. Origin of Superionic Li3Y1-xInxCl6 Halide Solid-Electrolytes with High Humidity Tolerance, Nano Letters, 2020.DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01156https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c01156
3. AM：不同官能团对聚合物接触带电的贡献
聚合物通常用于制造摩擦电纳米发电机(TENG)。近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所陈翔宇研究员，王中林院士报道了几种主链相似但侧链上的官能团不同的聚合物薄膜以阐明每个官能团对接触带电(CE)的贡献。1）研究结果表明，主链上这些官能团的吸电子能力和密度决定了CE诱导表面电荷的极性和密度。在聚合物-聚合物和聚合物-液体模式下，均具有类似的CE结果。作者提出了一种涉及电子云重叠的理论机制来解释这些结果。更重要的是，聚四氟乙烯分子链上的不饱和基团比饱和基团具有更强的电致发光能力。2）使用溅射技术可以增加这些不饱和基团的密度，这表明这是一种简单而有效的提高TENG性能的方法。该研究结果阐明了聚合物的分子结构与宏观带电行为之间的关系。Shuyao Li, et al, Contributions of Different Functional Groups to Contact Electrification of Polymers, Adv. Mater. 2020DOI: 10.1002/adma.202001307https://doi.org/10.1002/adma.202001307
4. AM：稳定的铑（IV）氧化物用于碱性HER
在碱性电解质中进行水电解是通过析氢反应（HER）产生清洁氢能的一种有吸引力的方法，但缓慢的水解离会阻碍随后的氢释放。贵金属氧化物具有催化水分解和析氢的潜力。然而，由于在还原电位下的不稳定性，它们从未用HER。近日，天津大学Xi-Wen Du，Hui Liu，Cun-Ku Dong等研究发现压缩应变可以稳定RhO2团簇并提高其催化活性。1）作者通过激光烧蚀水中的铑，设计合成了一种在Rh纳米颗粒的表层中嵌入RhO2簇的草莓样结构，其中氧化物簇与金属基质之间的不相容性会引起强烈的压缩应变。2）实验发现， 所制备的催化剂在碱性条件下显示出高的HER活性，达到10 mA cm−2的电流密度过电势为14mV，Tafel斜率为30 mV dec−1和50小时长期耐久性；此外，RhO2团簇在高达-0.3 V（相对于可逆氢电极）的还原电位下仍保持稳定，并具有优于商用Pt/C的碱性HER活性。3）高的催化性能归因于压缩应变稳定了RhO2，即使在HER的工作电势下也稳定。该工作表明，贵金属氧化物在碱性HER上非常有利，应变工程是在还原电势下稳定贵金属氧化物的有效策略。Zhe Li, et al. Stable Rhodium (IV) Oxide for Alkaline Hydrogen Evolution Reaction. Adv. Mater., 2020DOI: 10.1002/adma.201908521https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201908521
5. Angew综述: 碳量子点的快速大规模生产及其与聚合物的结合
碳量子点（CD）由于其出色的光致发光（PL）性能以及在光电子，生物医学和传感领域的广阔前景而引起了广泛的兴趣。开发用于大规模CD生产的有效方法可能会极大地促进其实际应用的进一步发展，南京工业大学Su Chen等人对CD的大规模生产及其与聚合物的复合进行综述。1) 总结了用于CD大规模生产的新兴方法，例如微波，超声波，等离子体，磁热疗和微流体技术。2) 介绍了构建具有吸引力的固态PL的CD/聚合物复合材料的可用策略，着重介绍了CD的多种作用，包括填充剂，单体和引发剂。3) 概述了CD/聚合物复合材料在发光二极管，荧光印刷和生物医学中的典型应用。最后，讨论他们当前的问题并推测了未来发展。Xiang-Yun Du, et al. The rapid and large‐scale production of carbon quantum dots and their integration with polymers, Angew., 2020.DOI: 10.1002/anie.202004109https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202004109
6. AEM：石榴石型固态电池中的可逆短路行为
由于其宽的电化学窗口，高电导率和优异的抗锂金属稳定性，石榴石型固态电解质（SSE）在固态锂金属电池中极具吸引力。然而，短路带来的安全问题严重降低了石榴石型固态电池的循环寿命和容量，此外，目前还没有发现造成短路的机理。有鉴于此，马里兰大学胡良兵教授报道了通过原位NDP测量和实时电压监控系统揭示了石榴石型固态电池的可逆短路行为。该行为不同于液体电池中的短路行为。1）研究人员设计了NMC//CNT/石榴石/锂电池的实时锂积累监测系统，以揭示锂枝晶的形成机理。充电过程中CNT监测电极的电压降表明在石榴石内部形成了锂枝晶，而放电过程中的平滑电压曲线表明短路现象已消失。2）研究表明，由于石榴石SSEs的导电性，富锂相会沉积在石榴石电解质中并渗透其中，从而在充电过程中形成导电路径。当电池处于静止状态或经受放电电流时，沉积的富锂相将通过与正极或局部石榴石基质的化学反应而被消耗，并且短路将完全或部分终止。3）研究发现，高温有效地改善了石榴石型固态电池在室温下可逆的短路问题的电化学性能和循环稳定性。而离子电导率随温度呈指数增长，更高的工作温度提供了一种有效，直接和方便的方法来避免固态电池内的这种可逆短路。因此，提高离子电导率与电子电导率的比率是解决固态电池短路问题的绝佳策略。该研究详细揭示了石榴石型固态电池中的可逆短路行为，并将激发出更好的策略以实现高性能固态电池。Weiwei Ping, et al, Reversible Short-Circuit Behaviors in Garnet-Based Solid-State Batteries, Adv. Energy Mater. 2020DOI: 10.1002/aenm.202000702https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202000702
7. Adv. Sci.：能远程移动、感测和通信的无电池软机器人
在各种体内/体外生物医学环境中，软微机器人是一种很有前景的新兴应用的候选者。尽管最近其在设计和驱动方面均取得了成功，但由于缺乏感知能力，因此距离实际应用还很遥远。在此，香港城市大学Yajing Shen，Zhengbao Yang等人报道了一种基于射频识别(RFID)的无电池软机器人，它可以通过耦合磁效应和压电效应实现远程移动、感测和通信。1）本设计将机器人的驱动和发电单元集成在一个薄的多层薄膜(<0.5 mm)中，即装饰有多只脚的低磁复合肢体提供运动，柔性压电陶瓷复合薄膜同时回收能量。2）在外磁引导触发下，此微机器人在无需任何车载电池或外部有线电源情况下，即可实现远程移动、环境监测和无线通信。3）此外，此机器人还分别通过两种不同的传感模式，即搭载式和内置式，展示了其在测量环境温度和接触界面的传感能力。此研究代表了无栓软机器人这一新兴领域的显著进展，有利于其在体内监测、诊断和药物递送等方面的广阔应用。Haojian Lu, et al. Battery‐Less Soft Millirobot That Can Move, Sense, and Communicate Remotely by Coupling the Magnetic and Piezoelectric Effects. Adv. Sci., 2020.DOI: 10.1002/advs.202000069https://doi.org/10.1002/advs.202000069
8. AFM综述：金属有机框架中的孔化学
金属有机框架（MOF）中的孔可以通过在框架内部或者沿着框架进行化学反应而实现官能化。这种化学性质不仅仅是通过MOF自身的热稳定性、化学稳定性、框架结构实现，而且依赖于多种衍射或光谱手段进行表征的能力。在本综述中，美国加州大学伯克利分校Omar M. Yaghi和Zhe Ji与西班牙巴斯克材料中心Stefan Wuttke等对MOF材料中的孔化学相关进展、应用研究以及未来发展进行了全面深入的总结与概括。1） 文章首先介绍了金属有机框架材料中的孔结构实现官能化的策略。详细介绍的一种策略是位点分离策略，它利用MOF重复有序排布的孔道特点既能够将不同的官能团分隔开又能够保证它们各自都拥有足够的数量参与后续化学反应或功能应用。作者随后对孔化学中涉及到的官能化位置的概念进行了阐述，详细介绍了位点分离、位点偶联、位点配合这几个概念。2） 文章随后从复古合成网络结构的设计和新型网络结构设计两种策略对MOF材料骨架的构建方法进行了简要说明。3） 文章的重点在于对金属有机框架材料孔化学进行官能化的方法进行梳理。其中包括合成前官能化、合成后官能化、官能单元的共价联结、构筑单元的交换、结构缺陷处的功能添加、利用分子内相互作用创建官能团、骨架内机械联锁的引入等方法。4） 作者随后对孔化学在客体分子高比表面高亲和性结合、位点催化、离子和电子传输、荧光采光和能量转移、孔道动力学调控、分子层面的孔界面设计等领域的应用和研究进展进行了详细分析。Zhe Ji et al, Pore Chemistry of Metal–Organic Frameworks, Advanced Functional Materials, 2020DOI: 10.1002/adfm.202000238https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202000238
9. Small：高灵敏度单晶钙钛矿-石墨烯混合垂直光电探测器
过去十年来，有机卤化三卤化物钙钛矿因其出色的物理性能而在光电应用领域引起了广泛关注。通常，钙钛矿薄膜中的晶界和器件结构都在决定器件性能方面起着关键作用，尤其是对于水平结构器件。中国科学院长春光学精密机械与物理研究所于伟利和郭春雷（罗彻斯特大学）等人报道了第一个优化的垂直结构光电探测器，其中钙钛矿单晶MAPbBr3作为光吸收层，石墨烯作为传输层。1）该混合器件结合了钙钛矿的强光吸收特性和柔性石墨烯的高载流子迁移率，在低光强度（0.66 mW cm-2），3 V偏压和532 nm的激光照射下，表现出出色的光响应性能，高光响应性（≈1017.1AW-1）和高光检测性（≈2.02×1013 Jones）。2）尤其是，由于石墨烯中电荷的快速转移和钙钛矿单晶中复合寿命的延长，获得了约2.37×103的超高光电导增益。垂直结构将钙钛矿晶体与高导电性石墨烯结合在一起，为实现钙钛矿和2D材料的协同效应提供了机会，因此有望开发出高性能的电子和光电器件。Yuting Zou et al. A Highly Sensitive Single Crystal Perovskite–Graphene Hybrid Vertical Photodetector，Small, 2020.DOI: 10.1002/smll.202000733.https://doi.org/10.1002/smll.202000733
10. Chem. Sci.：利用对pH响应的AIE分子对细胞膜的半透性进行可视化成像
在临床化疗过程中，一些药物在酸性肿瘤微环境中会发生离子化，从而无法进入疏水性的细胞膜，这种现象也称为离子捕获。香港科技大学唐本忠院士利用对pH响应的比率AIE分子二氢小檗碱(dhBBR)，开发了一种新的方法来对离子捕获现象进行可视化成像。1）实验通过观察dhBBR的胞内荧光，发现非离子化的dhBBR比离子化的形式更容易进入细胞，这与离子捕获的概念是相一致的。2）此外，由于dhBBR具有AIE特性，因此它比姜黄素具有更好的抗光漂白性能。这些研究结果表明，dhBBR可以作为一种分析离子捕获的生物探针。
Yuan Gu. et al. Visualizing Semipermeability of Cell Membrane by a pH-responsive Ratiometric AIEgen. Chemical Science. 2020https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc02097d#!divAbstract
