1. Nature Commun.：液态金属基高性能单层SnS压电纳米发电机
第IV族单硫属化物的单层具有强大的压电性再加上其固有的柔韧性，使其有望成为开发柔性纳米发电机的候选材料。这其中，SnS由于其良好的半导体性能而成为此类纳米发电机的潜在材料。迄今为止，由于S的孤对电子存在很强的层间相互作用，使得获得大面积和高结晶性的单层SnS一直是一个挑战。近日，澳大利亚皇家墨尔本理工大学Yongxiang Li，新南威尔士大学Kourosh Kalantar-Zadeh报道了一种合成技术，以获得稳定、大面积、均匀的单层SnS片材，用于晶片规模的工艺。1）研究人员利用范德华剥离技术，在H2S气氛中中从锡熔体的液态金属表面制备了大尺寸、高结晶度的半导体单分子层SnS。2）基于全面的表征，研究人员证实了所获得的SnS单层具有单晶性、p型半导体特性、高载流子迁移率（~35 cm2 V-1 s-1）和1.4eV的带隙。此外，PFM评估结果显示，SnS具有~26.1±0.3 pm V-1的超高压电系数，比以往报道的都要大。3）将SnS单层应用于压电纳米发电机，在0.7%的应变下获得了平均电压峰值为~150 mV的大电压输出。液态金属单层SnS的高转换效率归因于大的d11压电系数和低单结晶度，最小晶界，以提供了有限的电荷复合位置和散射以及由此产生的高载流子迁移率。这项工作证实了在柔性、可穿戴的压电纳米发电机器件上使用半导体单层SnS进行低频能量收集的适用性。同时，如果在并联阵列中使用，由于其高电压和高电流，这些纳米发电机可用于未来的自供电设备中。Khan, H., Mahmood, N., Zavabeti, A. et al. Liquid metal-based synthesis of high performance monolayer SnS piezoelectric nanogenerators. Nat Commun 11, 3449 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17296-0https://doi.org/10.1038/s41467-020-17296-0
2. Nature Commun.：质子辐照用于减缓Ni-Cr合金在熔盐中的晶间腐蚀
电离辐射通常对材料造成不利的影响，引起的辐射损伤通常会导致诸如脆化、加速蠕变、相不稳定和辐射腐蚀等有害影响。近日，麻省理工学院Michael P. Short报道了质子辐照可减缓Ni-Cr合金在650 °C熔融氟化盐中的晶间腐蚀。1）研究发现，仅通过质子辐照就减少了由Cr浸入到盐中所产生的晶间空隙的深度。辐照产生的间隙缺陷促进了扩散，使注入腐蚀的空位更快地补充到合金成分中，从而起到了减速腐蚀的关键作用。2）研究结果表明，辐照可以对材料的性能产生积极的影响，这对以往认为辐射损伤通常会导致负面影响的观点提出了挑战。Zhou, W., Yang, Y., Zheng, G. et al. Proton irradiation-decelerated intergranular corrosion of Ni-Cr alloys in molten salt. Nat Commun 11, 3430 (2020)DOI：10.1038/s41467-020-17244-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-020-17244-y
3. JACS：合成含非苯环结构的特殊石墨烯
纳米石墨烯材料目前正在纳米电子学、自旋学领域中展示出一种较好的应用前景，其展现出丰富的光学、物理化学性质，并且能通过控制大小、边界结构、在晶格中引入缺陷等操作对其进行改性。德累斯顿工业大学冯新亮，香港大学刘俊治、瑞士联邦材料科学与技术实验室José I. Urgel、Roman Fasel等报道了在Au(111)晶面上合成其中结构特殊的多环纳米石墨烯材料，作者通过扫描隧道显微镜、非接触型原子力显微镜、扫描隧道光谱学测试等方法进行测试，展示生成了两种非苯类纳米石墨烯材料，并且在多环状结构中包括四个薁结构单元。作者发现了表面催化的骨架环重排反应过程，该反应能够生成七边形、环戊二烯、不对称引达省结构的两种非苯结构（2A和2B）。作者分别在Au(111)晶面上的2A和2B中分别发现了0.96和0.85 eV的能带，同时作者发现他们展现了费米能级将HOMO能级钉扎，同时会发生向基底上进行电子转移。作者通过从头算方法对这种开壳层结构双自由基在气态中的情况进行计算。Thorsten Günther Lohr, et al. On-Surface Synthesis of Non-benzenoid Nanographenes by Oxidative Ring-Closure and Ring-Rearrangement Reactions, J. Am. Chem. Soc. 2020https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05668
4. JACS：具有新兴电子态的纳米多孔石墨烯的自下向上组装
将纳米级孔引入石墨烯片中可以使其从不可渗透的半金属转换为半导体纳米筛。纳米多孔石墨烯在从高性能半导体器件通道到原子薄的分子筛膜的应用是理想的，并且它们的性能高度依赖于原子级孔隙的周期性和可再现性。通过自上而下的光刻方法在石墨烯中实现精确的纳米孔拓扑是具有挑战性的，因为该方法在原子水平上的结构控制较差。而通过自下而上合成的石墨烯纳米带的横向融合可以用来制造原子级精确的纳米级孔。然而，该技术通常在纳米带形成之后需要额外的高温交叉耦合步骤，其固有地产生较差的横向共轭，导致二维材料在机械和电子上的弱连接。近日，加州大学伯克利分校Michael F. Crommie，Felix R. Fischer，Steven G. Louie等报道了一种新颖的自下而上的方法，在初始聚合物形成之后通过一个温和的退火步骤形成完全共轭的纳米多孔石墨烯。1）作者通过一种表面介导的方法，利用一种新型的交联手柄来制造纳米多孔石墨烯，其可在组成的纳米带之间产生完全共轭的键合，并产生新的扩展态低能带，但是它们的大部分波函数都位于孔隙的外围。2）作者发现在石墨烯纳米带的整个能带隙内出现界面局域电子态，这些电子态杂化产生弥散的二维低能色散能带。作者表明，根据构成单链纳米带的边缘状态，可以合理化该低能带。3）这些2D状态在孔周围的定位使该材料特别适合需要电子敏感分子筛的应用。将π自由基状态控制并纳入2D多孔石墨烯拓扑结构，为探索可调谐孔网络提供了新的可能性。
Peter H. Jacobse, et al. Bottom-up Assembly of Nanoporous Graphene with Emergent Electronic States. J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c05235https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05235
5. JACS：通过C18Br6脱溴合成环[18]碳
在过去的半个世纪中，合成的富碳材料和新型碳同素异形体引起了人们的广泛关注。获得基于二配位sp杂化碳的同素异形体比基于三配位sp2杂化碳的同素异形体要难得多。近日，牛津大学Harry L. Anderson，IBM Research–Zurich Harry L. Anderson等报道了通过C18Br6合成环[18]碳（C18，一种碳同素异形体分子）。1）实验发现，在5 K温度下，Cu（111）面上氯化钠双层上的原子操纵，通过溴环碳前驱体C18Br6的脱卤作用可以以64％的产率生成环[18]碳。这种生成C18的方法比之前报道的从环氧化碳C24O6生成C18的产率更高。2）作者对合成的C18进行了高分辨率原子力显微镜表征。将C18的实验图像与模拟图像进行比较，得到了四种理论模型几何形状，包括可能的键角交替：D18h累积多烯，D9h聚炔，D9h累积多烯和C9h聚炔。3）作者进一步排除了具有（D9h）和不具有（D18h）键角交替的累积多烯结构。具有（C9h）和不具有（D9h）键角交替的聚炔结构都与实验显示出良好的一致性，并且难以区分。Lorel M. Scriven, et al. Synthesis of cyclo[18]carbon via debromination of C18Br6. J. Am. Chem. Soc., 2020DOI: 10.1021/jacs.0c05033https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c05033
6. Nano Letters：原位界面工程助力高效无电子传输层的钙钛矿太阳能电池
无电子传输层钙钛矿太阳能电池（无ETL太阳电池）因其成本低、制作工艺简单而备受关注。但是，必须引入一个额外的接口层，同时目前实现的效率与完整的PSCs相比仍然相去甚远。近日，西北工业大学黄维院士，南京工业大学陈永华教授报道了一种由乙酸甲基铵（MAAc）离子液体钙钛矿前体进行的原位界面工程策略。1）研究发现，在氧化铟锡电极上，通过物理吸附残留的MAAc极性分子，原位构建了一个偶极层，这与以往报道的界面层处理方法有很大的不同。这允许有效功函数的降低，并且使得钙钛矿半导体中的原位带弯曲成为可能。2）原位带弯曲有助于电荷收集并阻碍界面电荷复合，从而导致无ETL的PSC的最大功率转换效率为21.08％，这是迄今为止，所报道的最高的效率。3）离子液体溶液法制备无ETL的PSCs具有简单、成本低、效率高等优点，而且不需要对电极进行额外的修饰。这种简便而新颖的方法可以作为一种通用的、有前景的策略来开发具有更好的重复性和更高的器件性能的高效无ETL的PSCs。Deli Li, et al, In situ interface engineering for highly efficient electron-transport-layer-free perovskite solar cells, Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01689https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01689
7. Nano Letters: 可持续的木质基分层太阳能蒸汽发生器:一种降低水蒸发焓的仿生设计
通过太阳能蒸馏净化水被认为是从不可饮用的水资源生产清洁水的有前途的技术。太阳能蒸汽发生器是太阳能蒸馏过程中分离水和污染物的核心部分。有鉴于此，中科大俞书宏院士等人，报道了一种高效且可持续的基于细菌纤维素(BC)纳米复合材料的分层太阳能蒸汽发生器(HSSG)。1）通过将这四个组件集成到一个设备中，报道了一种高效且可持续的分层式太阳蒸汽发生器（HSSG），它通过气溶胶辅助生物合成过程降低了基于细菌纤维素（BC）纳米复合材料的蒸发焓。HSSG分层结构包含三个具有不同功能的连续层，包括碳纳米管（CNT）/BC的光吸收层，玻璃泡（GBs）/BC的隔热层以及用于支撑和输水的木材基板。在HSSG中，BC水凝胶的三维(3D)纤维素纳米纤维网络显著降低了水的蒸发焓和快速蒸发。2）将纳米材料与细菌原位制备的BC纳米纤维组装在一起，形成纳米复合材料。利用这种方法，在木材天然多孔结构的内部和结构上构建了功能性BC纳米复合材料。通过将多层多功能BC纳米复合材料与木材的天然多孔结构相结合，HSSG同时实现了太阳能气化效率的提高和蒸发焓的降低。3）采用仿生设计、分层结构和降低蒸发焓的方法，可实现2.9 kg m-2 h-1的高蒸发速率和80%的太阳能蒸汽转化效率。Qing-Fang Guan et al. Sustainable Wood-Based Hierarchical Solar Steam Generator: A Biomimetic Design with Reduced Vaporization Enthalpy of Water. Nano Lett., 2020.DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01088https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01088
8. Nano Letters：多孔蛋白组装形成的蜂窝状聚酰胺膜用于超快离子筛分
尽管聚酰胺薄膜复合膜在商业上取得了成功，但在不降低产品水质的情况下进一步提高聚酰胺膜的透水率仍然是一个巨大的挑战。近日，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所方望熹项目研究员，Kun Zhou，靳健研究员报道了一种具有新型三维蜂窝状空间结构的界面聚合聚酰胺纳滤膜的制备，该膜由烟草花叶病毒（TMV）多孔蛋白纳米片包覆的微滤膜支撑体组成。1）沉积在支撑膜孔内的具有均匀孔径和适当亲水性的TMV纳米片有助于构建与均匀分布的单体的局部水-油反应界面，并引导形成具有复制膜腔几何形状的空间结构的无缺陷聚酰胺层。2）3D形态具有超高比表面积，膜透水率高达84 L m-2 h-1 bar-1，MgSO4截留率高达98%，一价/二价离子筛分选择性高达89%。这项工作为制备具有超快离子筛分能力的纳滤膜提供了一条全新的途径。Liangliang Gui, et al, Ultrafast Ion Sieving from Honeycomb-like Polyamide Membranes Formed Using Porous Protein Assemblies, Nano Lett., 2020DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01350https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01350
9. AM：超小三元（Ga-In-Sn）液体金属合金优化三元CsFAMA钙钛矿电池
在下一代纳米电子学领域中，构建具有特定结构的液体金属纳米粒子，特别是在合成＜10 nm的超小液体金属纳米粒子领域有较大挑战，目前关于这种材料的合成能通过脉冲激光方法实现，具体是通过通常经过湿法化学合成方法构建三元纳米合金材料。伍伦贡大学Yi Du，西北工业大学王洪强等对钙钛矿薄膜上的超小纳米粒子在调控晶界上的电子中的重要作用，特别是对载流子复合、抑制钙钛矿电池回滞现象中的作用进行探索。通过这种将超小液体金属沉积在钙钛矿薄膜上的方法实现了Cs基钙钛矿电池在最高功率点实现稳定21.32 %的输出。本研究开辟了超小合金的合成和其在光电器件中的应用。1）通过不同激光光源强度（0~175 mJ pulse-1 cm-2，光源波长1064 nm）合成液体Ga-In-Sn金属材料，发现更高的激光强度得到更小的三元合金，在75 mJ pulse-1 cm-2的光源强度中获得29 nm和480 nm分布的纳米合金，在100，175 mJ pulse-1 cm-2的光源强度中获得27 nm和5 nm的纳米合金。2）器件工作。在组成为Cs0.05FA0.81MA0.14PbI2.57Br0.43的钙钛矿组成的FTO/TiO2/perovskite/电池中，将合成的＜10 nm的液体金属合金担载到钙钛矿薄膜材料中，并实现了对载流子传输性能的改善，并能作为独特的瞬时电子储存器，抑制晶界间的离子运动，降低电池中的回滞等作用，并在钙钛矿电池中实现了达到22.03 %的最高电池功率。Huiwu Yu, et al. Laser‐Generated Supranano Liquid Metal as Efficient Electron Mediator in Hybrid Perovskite Solar Cells, Adv. Mater. 2020DOI：10.1002/adma.202001571https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202001571
10. ACS Catalysis：形状选择催化分子筛上反应和扩散的实时评估
形状选择性是分子筛催化研究的关键问题。作为形状选择催化的重要方面，人们已经认识到扩散在分子筛催化剂上的转化，失活和产物选择性的重要性，但仍不能定量和明确地加以解释。近日，中科院大连化物所魏迎旭研究员，刘中民院士报道了将甲醇制烯烃（MTO）反应与真实反应条件下在同一催化剂床上进行的气相色谱法扩散系数评价相结合，成功地实现了甲醇制烯烃（MTO）反应过程中SAPO-34催化剂分子扩散的直接跟踪。1）随着反应的进行，研究人员可以测量工作催化剂上的扩散行为，以实时反映形状选择催化的演变过程。首次量化了反应过程中催化剂微孔表面对反应物的可及性，为合理理解MTO在连续积炭催化剂上的反应和失活提供了依据。2）通过对SAPO-34分子筛中残留有机物种积累所致的构型扩散障碍的评价，较好地反映了甲醇转化过程和产物分布的演变过程，为从形状选择催化的角度控制MTO反应提供了科学依据。Jingfeng Han, et al, Simultaneous Evaluation of Reaction and Diffusion over Molecular Sieve for Shape Selective Catalysis, ACS Catal., 2020DOI: 10.1021/acscatal.0c02054https://doi.org/10.1021/acscatal.0c02054
11. NSR：耦合效应引起的等离激元电荷积累对水氧化的影响
在等离激元诱导的光催化中，特别是在水氧化中，氧化还原反应的关键问题是人工光合作用的反应部位表面累积电荷（电子或空穴）的浓度。然而，由于很难确定等离激元诱导电荷（尤其是空穴）的确切空间位置和局部密度，使得催化剂表面等离激元电荷在哪里积累以及如何提高活性中心的局部电荷密度仍然是未知的。近日，中科院大连化物所范峰滔研究员，李灿院士报道了单粒子水平上，等离子耦合诱导的空穴可以在纳米间隙区域的等离激元Au纳米粒子二聚体/ TiO2界面上大量积聚，造成了局部增强的表面光电压。1）这种等离激元空穴的积累可以显著地加速界面反应部位的水氧化反应（涉及多个空穴），其光催化活性比高度分散的Au纳米粒子在TiO2上的光催化活性提高了近一个数量级。2）结合开尔文探针力显微镜和理论模拟，研究人员进一步阐明了局域累积空穴密度与局域近场增强的平方成正比。该研究发现加深了对等离激元体系中电荷空间分布的理解，以及反应位点局部电荷密度在等离激元光催化中所起的特殊作用。Yuying Gao, et al, Probing of coupling effect induced plasmonic charge accumulation for water oxidation, National Science Review, nwaa151https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa151
