1. Nature Commun.：无需半导体材料的新型电子开关器件
长期以来半导体被看作固体晶体管的必要组成，虽然基于2D van der Waals异质结的纳米尺度器件得以发展，但是其中的2D van der Waals异质结，基于穿过短沟道的隧穿、弹道电流开关机制难以进行控制，同时半导体沟道材料仍是不可或缺的部分。有鉴于此，韩国建国大学Hyun-Jong Chung等报道了一种具有工业应用级别的电流转换器件，该器件免于使用半导体材料。1）该器件能够将穿越石墨烯/BN界面的场发射势垒高度调控实现ION/IOFF达到106，该开关比通过转移曲线（transfer curve）实现，同时本征能够增强4倍，在15~400 K区间展示了前所未有的稳定电流。2）这种无需半导体材料的转换器件能够解决长期以来悬而未决的温度导致器件性能变化问题，同时扩展了2D van der Waals器件在极端环境中的应用。
Lee, JH., Shin, D.H., Yang, H. et al. Semiconductor-less vertical transistor with ION/IOFF of 106. Nat Commun 12, 1000 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-21138-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-021-21138-y
2. Nature Commun.：钙钛矿材料荧光防伪系统
传统用于防伪的荧光标签，通常需要依靠视觉识别或模式匹配，此外的荧光寿命、模式掩蔽（pattern masking）有效的支持了遏制欺诈行为。有鉴于此，瑞士苏黎世联邦理工学院Sergii Yakunin、Maksym V. Kovalenko，苏黎世新兴技术热力学实验室Dimos Poulikakos，Empa –瑞士联邦材料科学与技术实验室Maryna I. Bodnarchuk等报道了一种电流体动力学打印的单色多种荧光寿命的安全标签，由荧光寿命可调控的铅基卤化物钙钛矿纳米晶能够同时具有时间分辨的单光子计数荧光寿命成像、新型的飞行时间原型（time-of-flight prototype）。1）作者发现通过对甲脒进行部分取代为乙烯二铵，从而生成“缺少型”甲脒基铅溴钙钛矿纳米晶。此类材料能够打印成通过荧光寿命进行编码的快速可读取标签。此外，作者展示了一种便携式价格合理的飞行荧光寿命成像系统用于对此类编码进行揭示。2）作者认为这种创新性发展能够用于保护顾客和商家。
光电器件学术QQ群：474948391Yakunin, S., Chaaban, J., Benin, B.M. et al. Radiative lifetime-encoded unicolour security tags using perovskite nanocrystals. Nat Commun 12, 981 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-21214-3https://www.nature.com/articles/s41467-021-21214-3
3. Nature Commun.：钙钛矿吸收光/光探测用于智能电致变色窗户
电致变色器件能够通过较小的驱动电压调控光吸收性能，但是由于该过程需要额外的电压输入，导致其过程面临响应滞后现象。为了解决该问题，人们近期发展了自供电的电致变色器件。但是电致变色器件对周围光线的不敏感、稳定性较差等问题严重阻碍了其实际应用。有鉴于此，南方科技大学田颜清、苏峰育、刘言军等报道和组装了一种新颖的钙钛矿太阳能供电的一体化凝胶型电致变色器件，随后研究了其能够实现自动光适应。1）作者合成了两种含炔基电致变色材料，该器件在能量存储、智能变色窗户中实现了70000次循环稳定，其中钙钛矿太阳能电池实现了18.3 %的功率，同时作为光探测、收集光能量双重作用。2）这种将光吸收和光致变色结合的器件能够通过有色和无色状态之间调控，对周围光线的强度变化而实时和快速的变化，从而在现代化智能玻璃中得到广泛应用前景。
光电器件学术QQ群：474948391Ling, H., Wu, J., Su, F. et al. Automatic light-adjusting electrochromic device powered by perovskite solar cell. Nat Commun 12, 1010 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-21086-7https://www.nature.com/articles/s41467-021-21086-7
4. Nature Commun.：PtPd和3d过渡金属（Cu、Ni、Co）形成的高寿命合金催化剂
贵金属和非贵金属结合成的合金材料具有较高的催化活性，同时能够显著降低燃料电池中电催化剂的价格，但是在燃料电池工作条件中，现有高性能合金催化剂面临着贵金属含量较高（原子量占比＞70 %）和可持续性催化活性较低、当贵金属含量较低（原子量占比＜50 %）时催化剂的可持续性非常低。有鉴于此，纽约州立宾汉姆顿大学钟传建、天津大学/南伊利诺斯大学王丽昌、美国中密歇根大学Valeri Petkov等报道了一种高寿命合金催化剂，该催化剂中通过PtPd（＜50 %）和3d过渡金属（Cu、Ni、Co）形成三元组成合金。1）通过in situ/operando 高能量同步辐射XRD、结合对分布函数分析方法对催化剂中的原子晶相结构、应力进行研究，揭示在压缩型应力作用中发生重合金化形成单一合金相，尽管发生脱合金化。2）这个发现和以往对相分离形成贵金属壳、或者非贵金属的完全脱合金化相比而言并不相同，因此该项发现有望探索用于燃料电池的合金催化剂。
纳米催化学术QQ群：256363607Wu, ZP., Caracciolo, D.T., Maswadeh, Y. et al. Alloying–realloying enabled high durability for Pt–Pd-3d-transition metal nanoparticle fuel cell catalysts. Nat Commun 12, 859 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-21017-6https://www.nature.com/articles/s41467-021-21017-6
5. Nature Commun.：CdSe量子点中本征缺陷的暗态发光
CdSe胶体纳米晶在LED显示、医学成像等领域中都具有广泛前景，CdSe胶体纳米晶材料光物理学性能和界面缺陷的存在情况非常敏感。麻省理工学院Troy Van Voorhis等报道，通过计算模拟，发现CdSe纳米晶本征具有缺陷结构，当CdSe以化学计量比原子组成，同时进行界面配体钝化，消除空穴和缺陷，仍然在CdSe胶体纳米晶材料中发现由于界面相关产生的激子低能量激发光谱。这种现象在较大的晶体中更加明显1）界面结构分析结果显示，此类缺陷态的主要组成由于两配位Se原子产生的空穴导致。当硫系原子保持没有被Lewis碱配体钝化，调控配体将不会导致暗态（dark state）数目的显著变化，作者通过模拟得以验证。2）本文结果有助于改善人们对CdSe纳米晶光物理学性能进行深入理解，展示了光化学、短程光激发电荷转移的过程比以往猜测更容易发生。
发光材料与器件学术QQ群：529627332Goldzak, T., McIsaac, A.R. & Van Voorhis, T. Colloidal CdSe nanocrystals are inherently defective. Nat Commun 12, 890 (2021).DOI: 10.1038/s41467-021-21153-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-021-21153-z
6. Nano Letters：构筑碳化硅三维框架
纳米结构碳化硅(SiC)因其优异的机械强度、化学稳定性、光学和电子性能等潜在应用而备受关注。特别是纳米结构的硅和SiC是光伏和光电子领域的研究热点。创建碳化硅(SiC)三维纳米框架材料具有非常重要的意义。在此，美国哥伦比亚大学Oleg Gang团队展示了一种新的方法来创建3D周期性纳米级碳化硅超晶格，具有明确的架构。1）使用自组装和设计的基于3D DNA的框架，制备周期性三维(3D)碳化硅纳米材料。组装后，通过镁还原，使用较低温度(<700℃)将模板转化为二氧化硅，随后转化为碳化硅。< span="">2）形成的碳化硅框架晶格具有约50 nm的单位尺寸和超过5μm的畴，并且它保持了原始3D DNA晶格的完整性。3）光谱和电子显微镜表征揭示了3D纳米结构晶格的碳化硅晶体形态，而电学性质测试显示了前驱体二氧化硅框架的电导率提高了2个数量级。报道的方法提供了一种通用的策略，通过可编程的DNA组装和模板工艺相结合，来创建高度结构化和空间设定的碳化硅纳米结构。
Aaron Michelson, Honghu Zhang, Shuting Xiang, and Oleg Gang, Engineered Silicon Carbide Three-Dimensional Frameworks through DNA-Prescribed Assembly, Nano Letters, 2021.DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c05023https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.0c05023
7. AM: 泡沫镍上动力学控制、可扩展合成γ‐FeOOH纳米片阵列以实现高效析氧:原位生成γ‐NiOOH的关键作用
层状γ型羟基氧化铁（γ-FeOOH）是一种具有广泛应用前景的材料。然而，它的片状结构经常遭受不稳定性的影响，从而导致聚集并导致性能下降。有鉴于此，西北工业大学黄维院士、艾伟教授和杜洪方等人，提出了一种动力学控制的水解策略，用于在环境条件下在各种基质上可扩展合成具有结构稳定性的γ-FeOOH纳米片阵列（NA）。1）报告了一种通过在环境条件下动力学控制K2FeO4水解来构建自支撑γ-FeOOHNA的通用策略。NaOH作为反应控制剂在最终的γ‐FeOOH NAs的结构和形态中起着至关重要的作用。调节NaOH的浓度不仅可以调节K2FeO4的水解速率，而且可以确定纳米晶体的成核和生长行为，从而导致结构受控的γ-FeOOHNAs的形成。该方法简便、绿色和低成本的特点使γ‐FeOOH NAs能够在各种基材上合成，包括泡沫镍(NF)、碳布(CC)、泡沫铜(CF)和钛箔(TF)。此外，在NF上也实现了大规模生产尺寸为100×20 cm2的γ-FeOOHNAs，这表明了其实际应用的巨大潜力。2）作为概念验证的应用，开发了γ-FeOOHNAs作为析氧反应（OER）的电催化剂，其中在泡沫镍（NF）上生长的样品表现出优异的性能。通过优化的纳米片尺寸和孔径，在NF中于6 M NaOH溶液中生长的γ-FeOOHNAs表现出最高的OER性能，在100 mA cm-2的高电流密度下显示出低的316±3 mV过电位，Tafel斜率为51±2 mV dec-1，在1 M KOH溶液中具有极好的耐久性。3）密度泛函理论计算表明，NF电氧化原位生成的γ‐NiOOH会诱导γ‐FeOOH NAs Fe位点上的电荷积累，从而增强了OER中间体的吸附，使其能够裂解水。总之，该工作为合理设计和合成具有多种用途的γ‐FeOOH NAs提供了一种新技术。
Ke Wang et al. Kinetically Controlled, Scalable Synthesis of γ‐FeOOH Nanosheet Arrays on Nickel Foam toward Efficient Oxygen Evolution: The Key Role of In‐Situ‐Generated γ‐NiOOH. Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202005587https://doi.org/10.1002/adma.202005587
8. AM：纤维素纤维模板功能材料的新进展
先进的模板技术已经使纳米和微米结构的精细调控成为可能，并有助于将功能材料推向社会应用前沿。纤维素纳米材料来源于天然聚合物，有望成为先进材料的模板来源。在模板化中，使用纤维素纳米材料将纳米级性能控制与可持续性相结合，这是其他模板化技术中通常缺乏的属性。近年来，使用纤维素纳米纤维进行模板化显示出巨大的前景，但是先前对纤维素纳米材料模板技术的综述没有提供对纤维素纳米纤维模板的深入、广泛分析。美国橡树岭国家实验室Soydan Ozcan、Meghan E. Lamm团队针对纤维素纳米纤维模板这一主题，进行了详细阐述和讨论。1）将纤维素纳米纤维固有的独特特性与所得材料中希望的性能联系起来。2）介绍了用纤维素纳米纤维制作模板的机制和方法，以及对利用这种模板策略的应用深入分析，相关应用包括电池、催化剂、超级电容器、生物材料、建筑材料和薄膜，所有这些都利用了纤维素纳米纤维模板独有的特性。3）提供了对纤维素纳米纤维模板使用的详细分析，具体说明了如何谨慎选择模板的机制和方法，结合目标应用，直接有益于先进功能材料的制备和应用。这篇综述对纤维素纳米纤维作为一种有前途的模板材料的介绍，将有助于在未来为先进功能材料提供可持续的纳米尺度控制策略。
Meghan E. Lamm, et al, Recent Advances in Functional Materials through Cellulose Nanofiber Templating, Joule 2021.DOI: 10.1002/adma.202005538https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202005538
9. AM综述：2D铁电材料的最新发展—理论与应用
尽管只有少数2D材料被预测具有铁电性，但2D铁电材料作为重要的功能材料，有望在即将到来的纳米时代发挥重要作用。2D铁电体的铁电性能由于其固有的尺寸和表面效应，而与传统的块状铁电材料有很大的不同。迄今为止，2D铁电材料已被报道显示出多种特性，从体相光伏和压电/热电效应到自发谷和自旋极化。这些性质要么依赖于铁电材料极化，要么与铁电体极化耦合以便于电控制，从而使2D铁电体适用于多功能纳米器件。目前，在理论、实验和应用方面对2D铁电材料的探索正在进行中。深圳大学Yu-Jia Zeng和深圳技术大学Shuangchen Ruan合作发表综述，简要介绍了这些理论和方法。4）讨论了2D铁电材料研究中存在的挑战以及未来的发展前景和趋势。
二维材料学术QQ群：1049353403Lu Qi，Shuangchen Ruan，Yu‐Jia Zeng, Review on Recent Developments in 2D Ferroelectrics: Theories and Applications, Advanced Materials, 2021.DOI: 10.1002/adma.202005098https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202005098
10. AM：原位构建高导电性固体电解质界面的电解质设计助力实际条件下具有高性能的水系锌离子电池
可充电水基锌离子电池具有容量大、成本低、安全性高、可持续发展等优点，可用于大规模储能。然而，由于缺乏合适的固体电解质界面层（SEI），锌金属负极存在枝晶生长和副反应等缺点。近日，与传统的通过分解溶剂或盐离子来设计原位SEI不同，澳大利亚伍伦贡大学郭再萍教授，毛剑锋首次报道了一种新的电解质设计策略，成功在锌电极上原位形成了SEI保护层。1）研究发现，在传统电解质（1 M Zn(CF3SO3)2）中加入少量的Zn(H2PO4)2盐可以在Zn表面原位形成致密而均匀的SEI层（Zn3(PO4)2·4H2O）（磷锌矿）。这种原位生成的SEI（厚度为140 nm）具有高的界面稳定性、Zn2+迁移数和Zn2+电导率，不仅通过将活性Zn从体电解质中分离出来抑制了副反应，而且保证了均匀和快速的无Zn枝晶沉积的Zn2+迁移动力学。2）结果表明，由于原位SEI保护的Zn（SEI-Zn）的无副反应和无枝晶镀Zn/剥离过程，相比于基础电解液（1 M Zn(CF3SO3)2），所设计的电解质（DE）（1M Zn(CF3SO3)2+25×10−3 M Zn(H2PO4)2）中的锌电极的CE和循环稳定性都得到了显著提高。此外，该电解质设计策略适用于ZnSO4体系的电解质，因而具有通用性，即通过原位SEI层实现稳定的锌电极。3）在实际测试条件下，采用超薄Zn负极（10 µm），低E/C（9 µL mAh-1）和低N/P（2.3）的Zn / V2O5全电池可在超过500次循环中，实现94.4％的高容量保持率。这项工作不仅首次成功实现了在水系锌电池中原位构建SEI层，也是在实际条件下获得高性能AZIBs的第一次成功尝试，为先进的水系储能应用开辟了一条新的途径。
电池学术QQ群：924176072Xiaohui Zeng, et al, Electrolyte Design for In Situ Construction of Highly Zn2+-Conductive Solid Electrolyte Interphase to Enable High-Performance Aqueous Zn-Ion Batteries under Practical Conditions, Adv. Mater. 2021DOI: 10.1002/adma.202007416https://doi.org/10.1002/adma.202007416
11. AEM：MoS2–MoN催化锂硫电池多硫转化
锂硫电池被认为是下一代高能量密度储能的最佳选择之一。然而，低能量密度和短循环寿命等问题阻碍了它们在工业上的应用。这里，陕西科技大学Haojie Song和加拿大西安大略大学孙学良院士合作，报道了在碳纳米管阵列上生长的MoS2–MoN异质结构纳米片，作为自支撑正极。1）在异质结构中，MoN作为催化剂，提供耦合电子，加速多硫化物的氧化还原反应，而MoS2具有二维层状结构，提供顺畅的Li+扩散路径。MoN和MoS2通过各自的优势，可以相互促进多硫化物的“吸附-扩散转化”过程，对抑制多硫化物锂的穿梭具有协同增效作用。2）设计的正极在1 C下表现出1000次的优异长循环性能，具有0.039%/圈的低衰减率和高达6 C的高倍率能力。在6.3 ml g-1的贫电解质条件下，获得了13.3mAh cm-2的高初始面积容量。这项工作中提出的通过异质结构MoS2-MoN促进多硫化物转化的策略，可以为未来先进的锂硫储能系统提供更佳优化的结构设计策略。
电池学术QQ群：924176072Sizhe Wang, et al, Insight into MoS2–MoN Heterostructure to Accelerate Polysulfide Conversion toward High-Energy-Density Lithium–Sulfur Batteries, Adv. Energy Mater. 2021, 2003314.DOI: 10.1002/aenm.202003314https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202003314
12. EnSM：聚多巴胺修饰的螺旋碳管上的MnN4单原子活性位点用于高效氧还原
在各种储量丰富和无贵金属的氧还原反应（ORR）催化剂中，Mn和N共掺杂的碳（Mn-N-C）是一种非常理想和有前途的催化剂，然而其有限的活性位点数量大大削弱了ORR催化性能。近日，中科院上硅所施剑林院士，崔香枝研究员报道了通过设计螺旋石墨化碳管上高度分散的与氮配位的单个Mn原子位点，展示了一种提高ORR活性位点密度的有效策略。1）研究人员首先以左旋手性L-谷氨酸为模板，通过调节pH值与硬脂酰氯混合得到N-硬脂酰基-L-谷氨酸（C18-L-Glu）。然后，在溶液中加入过氧二硫酸铵（APS）进行吡咯的原位聚合，得到的聚吡咯由于具有很强的静电相互作用，可以进一步用于手性C18-L-Glu中的自发分子组装。在此基础上，通过对酞菁锰（Ⅱ）的吸附和包覆处理，成功制备了螺旋型MnNC-PDA-T/MnNC-T催化剂。2）经多巴胺修饰的螺旋型MnNC-PDA700催化剂表现出优良的ORR电催化性能，半波电位达到0.87 V，具有122.7 mW/cm-2的超高功率密度，与Pt/C相当，甚至高于Pt/C催化剂。3）优异的电催化性能归因于碳管的高比表面积螺旋结构和聚多巴胺分子在碳管上的牢固结合，从而大大增加了螺旋石墨化碳管上生成的MNN4活性位点的数量。密度泛函理论（DFT）计算进一步证实，在碱性介质中，MnN4活性位点是通过4e−途径实现高ORR催化活性。
电催化学术QQ群：740997841Han Tian, et al, Engineering single MnN4 atomic active sites on polydopamine-modified helical carbon tubes towards efficient oxygen reduction, Energy Storage Materials (2021) DOI：10.1016/j.ensm.2021.02.017https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.02.017
