1. ACS Nano:压电光电效应增强柔性钙钛矿太阳能电池性能
王中林院士联合孟庆波等多个团队利用压电光电效应来提高钙钛矿太阳能电池的效率。通过在柔性塑料基底上生长ZnO纳米线阵列,并作为电子传输层,用于柔性钛矿太阳能电池。受益于压电光电效应,柔性器件的效率在1.88%的静态机械应变下从9.3%提高到12.8%,增强了约40%,但材料和器件结构并未发生变化。该研究提供了一种改进柔性PSC性能而不改变其基本材料的普适性策略。
Junlu Sun, Qilin Hua, Ranran Zhou, Dongmei Li, Wenxi Guo, XiaoyiLi, Guofeng Hu, Chongxin Shan, Qingbo Meng, Lin Dong, Caofeng Pan, and ZhongLin Wang. Piezo-Phototronic Effect Enhanced Efficient Flexible Perovskite SolarCells. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b00125
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/pdf/10.1021/acsnano.9b00125
2. Chem. Rev.:高温热化学蓄热系统与材料综述
在可再生能源中,风能和太阳能本质上是间歇性的,因此都需要高效的储能系统,以促进全球范围内的全天候电力生产。在这种背景下,聚光太阳能(CSP)在其他可持续技术中脱颖而出,因为它具有通过显热,潜热或热化学方式将从太阳收集的能量存储为热量的可能性。因此,即使在非太阳时期也可以在电源块中连续发电,从而为CSP提供显著的可调度性。显热储存已经被纳入商业CSP发电厂。然而,由于其潜在的更高的能量存储密度,热化学蓄热(TCS)系统成为下一代发电厂设计的有吸引力的替代方案,它被期待能在更高的温度下运行。通过这些系统,热能用于驱动吸热化学反应,其随后可在需要时通过可逆放热步骤释放储存的能量。
Juan M. Coronado等人分析了这一突出的储能技术的现状、主要挑战和未来前景,详细介绍了为改进材料和热化学反应器而提出的众多策略。实验结果表明,通过连续化学转化循环的足够快速的动力学和长期稳定性对于实际实施也是必要的。此外,选择易于处理、成本低、毒性小的材料对于大规模发展该技术至关重要。在综述里,作者讨论了用于热化学储存潜在的材料,如金属氢化物,氢氧化物或碳酸盐。另一方面,作者认为由于以大气作为反应物的优点,应该重点开发氧化还原金属氧化物,如Co3O4 / CoO,Mn2O3 / Mn3O4和不同成分的钙钛矿,作为一种新型TCS材料。
作者还对目前关于这些固体的结构,形态和化学修饰的知识,无论是在氧化还原转化过程中引起的还是作为改善其性质的方式诱导都进行了详细的阐述。此外,为在聚光太阳能发电厂中最有效地使用TCS,作者还提出了新反应堆概念。最后,作者简要评估了这些装置在运作中的太阳能发电厂中的谐波整合策略以及经济方面的优势。
A. J. Carrillo et al. Solar Energy on Demand: A Review on HighTemperature Thermochemical Heat Storage Systems and Materials. Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.8b00315
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.8b00315
3.Angew.:设计蛋白质用于合成金属纳米团簇
金属纳米团簇(NCs)因其具有强的荧光,良好的光稳定性和生物相容性被认为是理想的具有生物应用的纳米材料。近日,西班牙CIC biomaGUNE研究中心Aitziber L. Cortajarena团队提出一种简单、通用的策略,通过引入二组氨酸做配位点来合成具有不同金属组分的金属纳米团簇。合成的蛋白质稳定的金、银、铜团簇(Prot-NCs)具有强的荧光和光稳定性、长的保质期且在生理条件下稳定。Prot-NCs具有好的生物相容性,不会影响细胞生存能力,自身荧光也不会消失。更重要的是,该方法可以拓展到其它蛋白质,合成功能不一样的团簇。
Antonio Aires, Aitziber L. Cortajarena*, etal. A simple approach to design proteins for the sustainable synthesis of metalnanoclusters. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201813576
https://doi.org/0.1002/anie.201813576
4. Acc. Chem. Res.:基于离子液体和聚合物的新型电解质用于下一代固态电池
澳大利亚迪肯大学Maria Forsyth课题组讨论了最近该课题组在电解质领域的一些贡献,以及对该领域未来发展方向的看法。
比如,一种方法是开发单离子导体,其中阴离子拴在聚合物主链上,主要的电荷导体是锂或钠抗衡阳离子。通常,他们具有低的电导率,而通过使用共聚物方法或掺入大体积的季铵共阳离子,有效电荷分离得到增强,因此导致更高的电导率和更大的碱金属阳离子迁移率,这已通过实验和模拟得到证实。通过设计和将更弱结合的阴离子束缚到聚合物主链上,将来可以进一步增强离子传输。
第二种方法是考虑离子凝胶或复合聚合物电解质,其中聚合的离子液体是提供机械强度和离子传导途径的基质,还证明了嵌段共聚物方法在与离子液体电解质组合使用时能够同时提供机械性能和高离子电导率,能够实现所有高性能固态电池具有与机械性能相分离的离子传输的最终电解质材料。虽然无机导体可以实现这一点,但它们的刚性、脆性会造成一些问题。另一方面,离子聚合物及其复合材料提供了丰富的化学领域,可设计和调节高离子电导率以及理想的机械性能。
Maria Forsyth, Luca Porcarelli, Xiaoen Wang, Nicolas Goujon, DavidMecerreyes‡. Innovative Electrolytes Based on Ionic Liquidsand Polymers for Next-Generation Solid-State Batteries. Accounts of Chemical Research, 2019.
DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00566
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.accounts.8b00566
5. EES:由项链状N掺杂多级孔空心碳制成的独立式薄膜用于钾离子电池
设计稳定和高容量的纳米碳以实现大尺寸K+的有效嵌入/脱嵌是钾离子电池(PIBs)的一个巨大挑战。北大郭少军课题组报告了一类超高吡咯/吡啶-N-掺杂的项链状中空碳(NHC)材料作为一种新型独立负极,用于提升PIB性能。制成的NHC薄膜具有丰富的分级微/介孔/大孔、项链状中空结构、超高的吡咯/吡啶-N掺杂和高比表面积,可促进K+的嵌入/脱嵌,减少体积膨胀,提高PIB稳定性。DFT计算表明,吡咯和吡啶-N掺杂可以有效地改变碳的电荷密度分布,促进K+向NHC电极的吸附,从而促进K+存储。NHC在100 mA g-1时具有293.5 mAh g-1的高可逆比容量,出色的倍率(2000mA g-1时为204.8 mAh g-1)和循环性能(1000 mAh g-1时经过1600次循环后为161.3 mAh g-1)。
Wenxiu Yang, Jinhui Zhou, Shuo Wang, Weiyu Zhang, Zichen Wang, FanLv, Kai Wang, Qiang Sun, Shaojun Guo. Freestanding Film Made by Necklace-likeN-doped Hollow Carbon with Hierarchical Pores for High-performancePotassium-Ion Storage. Energy & Environmental Science, 2019.
DOI: 10.1039/C9EE00536F
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee00536f#!divAbstract
6. AM:基于原子级PbI2晶体的界面半导体能带结构工程
Y. Sun, Z. Zhou, Z. Huang, J. Wu, L. Zhou, Y. Cheng, J. Liu, C.Zhu, M. Yu, P. Yu, W. Zhu, Y. Liu, J. Zhou, B. Liu, H. Xie, Y. Cao, H. Li, X.Wang, K. Liu, X. Wang, J. Wang, L. Wang, W. Huang. Band Structure Engineeringof Interfacial Semiconductors Based on Atomically Thin Lead Iodide Crystals. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201806562
https://doi.org/10.1002/adma.201806562
7.AM:单原子Pd/N-graphene催化剂高选择性乙炔加氢得乙烯
富乙烯气体中乙炔选择性加氢成乙烯是化工生产中的一个重要过程。虽然Pd基催化剂对乙炔加氢的选择性和耐久性都有待提高,但是由于其良好的加氢活性,在该反应中得到了广泛的应用。近日,理化所张铁锐等多团队合作,采用冷冻干燥辅助的方法合成了单原子Pd负载的N掺杂的石墨烯催化剂(Pd1/N-graphene)。实验发现,该催化剂在乙烯过量的气体中,Xe灯照射,125 ℃条件下,能高选择性高活性的将少量的乙炔加氢成乙烯,转化率达99%,选择性达93.5%。进一步研究发现,Pd与N强的结合, Pd不易团聚,使得该催化剂具有高的稳定性。而且Pd活性位点集中在催化剂表面,且Pd与乙烯的结合能较弱,从而使得Pd1/N-graphene具有高的活性和稳定性。
Shiqi Zhou, Tierui Zhang,* et al. Pd Single-Atom Catalysts on Nitrogen-Doped Graphene for the HighlySelective Photothermal Hydrogenation of Acetylene to Ethylene. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201900509
https://doi.org/10.1002/adma.201900509
8. AM:单分散、均匀的介孔硅纳米增敏剂用于实现低剂量x射线诱导的深穿透光动力治疗
x射线诱导的光动力治疗(X-PDT)结合了放射治疗(RT)和PDT的优点,在实现深穿透性治疗肿瘤时具有广阔的应用前景。然而,如何制备尺寸均匀、产光率高的单分散纳米闪烁体仍然是一个很大的难题。美国国立卫生研究院陈小元博士团队和厦门大学陈洪敏博士团队合作提出了一种通用而快速的合成方法,可实现大规模制备单分散均匀的介孔硅纳米晶体。
实验通过简单地调整金属掺杂剂,采用普通离子掺入硅模板法合成了尺寸可控、x射线激发光致发光(450-900 nm)的介孔硅纳米晶体。为了充分利用外部辐射,实验将介孔硅与光敏剂孟加拉玫瑰红和精氨酸甘草酸(RGD)肽结合,使其成为一种双模态靶向的成像探针。体外和体内实验均表明,该硅酸盐纳米增敏剂能有效地在肿瘤中积累,并且在低剂量x射线照射下对肿瘤生长具有明显的抑制作用。这一研究的发现为合成纳米增敏剂提供一条新的途径,有望克服RT和PDT在癌症治疗中的一些重要问题。
Sun, W.J., Chen, X.Y., Chen, H.M. et al. Monodisperse and UniformMesoporous Silicate Nanosensitizers Achieve Low-Dose X-Ray-Induced Deep-Penetrating Photodynamic Therapy. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201808024
https://doi.org/10.1002/adma.201808024
9. Nano Lett.:γ-谷氨酰转肽酶在胞内触发形成钆纳米颗粒用于增强T2加权成像的MRI
磁共振成像(MRI)在诊断深部内源性癌症方面具有很好的优势,但也需要造影剂(CAs)来提高MRI的敏感性。钆(Gd)类药物在临床上常被用作T1 MRI的CAs,而利用在细胞内形成的Gd纳米颗粒实现体内高磁场下肿瘤的T2加权MRI还未见报道。
中科院合肥物质科学研究院钟凯研究员和中科大梁高林教授团队合作设计了一个智能Gd基探针Glu-Cys (StBu)-赖氨酸-(DOTA-Gd)-CBT(探针1),合成机理是利用γ-谷氨酰转肽酶(GGT)解离和细胞内CBT-Cys缩合反应来形成Gd纳米粒子(即探针1-NPs)进而增强体内肿瘤的T2加权 MRI成像。活细胞实验表明,和探针1共孵育的Hela细胞的r2值可达27.8 mM-1 s-1,r2/r1的比值为10.6。HeLa荷瘤小鼠的MRI结果显示,在静脉注射探针1后2.5小时,肿瘤的T2 MRI成像结果可以增强28.6%。
Hai, Z.J., Zhong, K., Liang, G.L. et al. γ-Glutamyltranspeptidase-Triggered Intracellular Gadolinium Nanoparticle Formation Enhances the T2-Weighted MR Contrast of Tumor. Nano Letters,2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b05154
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b05154
10. Nano Lett.:聚合物电解质胶:全固态锂电池的通用界面改性策略
将高导电性固体电解质结合到锂离子电池中仍然是具有挑战性的,主要是由于整个电池结构中固固界面处存在高电阻。中科院Liwei Chen和华侨大学Hongwei Chen团队报道了一种通用的界面改性策略,通过在电解质和电极之间涂覆可固化的聚合物基电解质“胶”,解决电极(包括正极和负极)-电解质界面接触不良并因此降低界面高电阻。液体胶对大多数电极表现出很好的润湿性以及电化学稳定性,并且可以通过“后固化”处理很容易地固化成聚合物电解质层。与没有胶改性的电池相比,具有胶改性的对称Li电池在电镀/剥离循环时表现出小得多的阻抗和增强的稳定性。采用胶水改性的全固态Li-S电池展示出显著增强的性能。
Derui Dong, Bin Zhou, Yufei Sun, Hui Zhang, Guiming Zhong, QingyuDong, Fang Fu, Hao Qian, Zhiyong Lin, Derong Lu, Yanbin Shen, Jihuai Wu, LiweiChen, Hongwei Chen. Polymer Electrolyte Glue: A Universal Interfacial Modification Strategy for All-Solid-State Li Batteries. Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b05019
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b05019
11. Nano Lett.:石墨烯封装的CuP2用于钠离子电池具有高可逆容量和倍率性能
金属多磷化物中的大多数都存在不可逆性问题,这反映在它们的低可逆容量,较低的库仑效率(CE),低倍率性能和较差的循环稳定性上。上海大学Chao Wu、Minghong Wu和澳大利亚伍伦贡大学窦士学团队系统地比较了各种多磷化物的电化学行为,发现与FeP2、CoP3和 NiP2块相比,CuP2块具有更高的初始可逆容量(在0.1 A g-1时为416 mAh g-1)和CE(74%),这与CuP2独特的层状晶体结构有关。基于这一发现,该团队进一步设计了CuP2电极,通过将CuP2纳米颗粒封装到三维石墨烯网络(CuP2@GNs)中来优化CuP2电极,从而产生优异的电化学性能。
该设计改善电化学反应动力学的优点:i)石墨烯网络可以防止CuP2纳米晶体聚集,并通过石墨烯的高导电性骨架促进电子转移;(ii)与块状CuP2相比,CuP2晶体的纳米尺寸可以大大缩短钠的固体扩散路径。原位XRD揭示了CuP2纳米晶体的不可逆性。在第一圈循环之后,活性材料从CuP2转变为非晶P,其中Cu可能形成导电通道以促进电子转移。在碳酸盐电解质中,CuP2@GNs电极可在0.1A g-1下,可逆容量可高达737mAh g-1,第一圈CE为66%;醚电解质中第一圈CE为83%。
Yuanjun Zhang, Guanyao Wang, Liang Wang, Liang Tang, Ming Zhu,Chao Wu, Shi-Xue Dou, Minghong Wu. Graphene-Encapsulated CuP2: APromising Anode Material with High Reversible Capacity and SuperiorRate-Performance for Sodium-Ion Batteries. Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00342
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00342
12. AFM:模块化微流体平台实现无机钙钛矿量子点卤素离子交换
钙钛矿量子点的卤素交换可以实现带隙的调节。然而,由于合成的相关参数和反应体系较为复杂,对理解卤素交换反应的机理受到阻碍。近日,美国北卡罗来纳州立大学Milad Abolhasani研究团队提出了一种用于无机钙钛矿量子点快速卤素交换的策略。研究人员通过利用模块化微流体平台Quantum Dot Exchanger(QDExer)从前驱体混合速率中分离反应动力学,全面理解了卤素交换反应。此外,研究人员还讨论了配体组成和卤盐源对卤素交换反应的速率和程度的影响。这种流体平台加快了液相处理的胶体纳米晶的研究步伐,还可以加速发现和优化下一代能源技术材料。
Abdel-Latif, K. et al. Facile Room-Temperature Anion ExchangeReactions of Inorganic Perovskite Quantum Dots Enabled by a ModularMicrofluidic Platform. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201900712
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201900712
13. Nano Energy:室温制备的SnO2电子传输材料用于高效钙钛矿太阳能电池
台湾交通大学Hong-Cheu Lin联合多家单位开发了一种简便的,室温加工的方法来制备的SnO2电子传输材料,提高了钙钛矿太阳能电池效率和稳定性。首先采用新型物理球磨法制备化学纯的研磨SnO2纳米粒子(G-SnO2),并采用溶胶-凝胶法制备致密的SnO2(C-SnO2)层。复合SnO2纳米结构(G-SnO2 /C-SnO2)形成了具有有效载流子传输性能的电子传输层。组装的器件效率可达21.09%。同时,具有复合SnO2纳米结构的器件表现出了优异的长期稳定性。
Mriganka Singh, Annie Ng, Zhiwei Ren, Hanlin Hu, Hong-Cheu Lin,Chih-Wei Chu, Gang Li. Facile synthesis of composite tin oxide nanostructuresfor high-performance planar perovskite solar cells. Nano Energy, 2019.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.03.044.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519302174
14. Nano Energy:S空位助力CO2电还原至CO,法拉第效率95%
CO2电还原在解决能源存储及温室效应方面具有较大潜力。广州大学彭峰教授等报道了一种富含S空位的CdS包覆碳纳米管催化剂,并用于CO2的电还原反应中。研究发现,该催化剂在将CO2电还原为CO中具有高活性和选择性,CO的法拉第效率可达95%。后续研究发现,在反应过程中,催化剂表面会原位产生S空位,从而改变了催化剂表面的电子密度,降低了COOH∗转化为 CO∗的能垒。
Binhao Qin, Yuhang Li, Hongjuan Wang, Guangxing Yang, Yonghai Cao, Hao Yu, Qiao Zhang, Hong Liang, Feng Peng*. Efficientelectrochemical reduction of CO2 into CO promoted by sulfurvacancies. Nano Energy, 2019.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.03.024
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.03.024