頂刊封面｜5月材料領域10大成果精選

筆者梳理了材料類系列頂刊中封面文章，什么樣的研究才可以上得了封面呢？一起了解下！

1、Nature Chemistry封面｜氮雜環碳基功能化的金納米團簇

金納米團簇是一種原子精確的納米材料，它使人們對納米科學中的結構-性能關系有了前所未有的了解。硫代酸鹽是最常見的配體，捆綁成團簇通過與處于金屬狀態的中心金原子的主基序結合。對于具有不同鍵合模式的納米團簇，缺乏其他強結合配體一直是該領域的一個重要限制。芬蘭于韋斯屈萊大學Hannu H?kkinen教授聯合加拿大皇后大學、日本名古屋大學等報告了一種以前未知的金（0）納米團簇配體：氮雜環卡賓(NHCs)，它具有強大的金屬-碳單鍵，并賦予相應的金團簇高度的穩定性。通過正交實驗對含NHC團簇的穩定性進行了評價，含NHC的團簇比全膦團簇更穩定，其絕對穩定性取決于NHC的性質。研究發現：不同簇在電催化CO₂還原中的性能與簇的穩定性有關，最穩定的簇具有最高的法拉第電流效率、催化活性和電流密度。在金納米團簇中加入單一的NHC可以顯著提高電催化還原CO₂的穩定性和催化性能。觀察結果表明，NHC的結構、當量和反應條件決定了引入NHCs的數量是可控的，團簇可獲得多達5個NHCs。由于可以原子精確地分析它們的結構，電催化性能可以進一步提高，這些新的NHC穩定納米金團簇可以為電催化性能帶來可量化的好處。

文獻鏈接：N-heterocyclic carbene-functionalized magic-number gold nanoclusters （Nature Chemistry | VOL 11 | MAY 2019 | 419–425 |）

2、Nature Materials封面｜第二類外爾半金屬的非線性光響應

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拓撲效應在塊體材料中的實驗表現引起了人們極大的研究興趣，然而，到目前為止，還沒有直接的實驗證明Weyl節點的光躍遷過程中電子在實空間發生一致位移。北京大學的孫棟、馮濟和陳劍豪教授對基于外爾半金屬TaIrTe₄的原型器件的拓撲特性的光電探測性能進行了研究，探究了外爾半金屬拓撲特性對其非線性光學效應的影響，并通過引入拓撲效應實現了基于半金屬的光電探測器的響應度在中紅外波段的巨大提升。利用拓撲外爾半金屬內在的拓撲性質，大幅度提高了探測器在中紅外波段的響應度，從而在原理上解決了半金屬探測器的響應度方面的長期技術瓶頸問題。該工作主要利用的拓撲效應是外爾半金屬的外爾點附近具有發散的貝里曲率，使得跟貝里場相關的位移電流響應在外爾點附近受到明顯的增強；而能量越低的光子造成的躍遷會越接近外爾點，受到增強的效果也就越明顯。研究者將該拓撲效應與光探測性能相結合，得以使基于拓撲半金屬的原型光電探測器的響應度在中紅外波段得到三個量級的增強，使得拓撲半金屬在中遠紅外光電探測領域具有良好的應用前景。

文獻鏈接：Nonlinear photoresponse of type-II Weyl semimetals（Nature Materials | VOL 18 | MAY 2019 | 476–481 |）

3.Nature Nanotechnology封面｜金屬有機框架(MOFs)中的分子馬達

過度擁擠的烯烴基光驅動分子馬達能夠進行大幅度的重復單向旋轉。這種行為運動在溶液中是很容易進行的。然而就固相狀態下來說，布朗運動似乎阻礙了納米級固相利用協同作用的精確定位。荷蘭格羅寧根大學Wesley R. Browne，Sander J. Wezenberg和Ben L. Feringa教授（2016年諾貝爾化學獎得主）等人演示了晶體金屬有機框架(MOFs)中的分子馬達。運動單元成為有機連接體的一部分，通過粉末和單晶x射線分析以及偏振光學和拉曼顯微鏡對其空間排列進行了表征。他們證實了MOF框架中保留了光驅動電機單元的單向旋轉，通過比較溶液中光化學和熱驅動的旋轉運動與晶體中的旋轉運動，發現由于所選框架提供了足夠的自由容積，支板中的運動單元能夠實現360°無阻礙的單向旋轉；并且分子馬達以接近在溶液中的轉速(熱螺旋反轉率)，在固態下運行。探索3D “moto-MOFs”旋轉分子馬達的集體行為，并為特定的光響應功能定制晶體材料，可以來控制晶體材料的動態功能。例如控制氣體擴散，定向光傳質或微型光泵。

文獻鏈接：Unidirectional rotary motion in a metal–organic framework （Nature Nanotechnology | VOL 14 | MAY 2019 | 488–494｜）

4、Nature Catalysis封面｜二維銅納米片用于電化學還原一氧化碳為醋酸鹽

將二氧化碳升級為高價值的多碳(C₂₊)產品是燃料和化學生產的一個有前途的途徑。在所有的單金屬催化劑中，銅以其獨特的選擇性將CO₂或CO轉化為C₂₊產物的能力而備受關注。盡管人們已經進行了許多嘗試來合成銅材料來揭示這種期望，但獲得高質量的納米結構銅催化劑的電還原CO₂/CO，仍然是一個挑戰。中國電子科技大學康毅進教授報道了二維銅納米片電催化 CO還原制乙酸鹽的最新研究進展，一個簡單的合成獨立式三角形的二維銅納米片，有選擇地暴露(111)表面。在2M KOH電解質中，Cu納米片表現出48％的乙酸鹽法拉第效率，在電化學CO還原中乙酸鹽部分電流密度高達131mA cm ^-2，這是在實際反應速率（> 100mA cm^-2）條件下在電化學CO₂/CO電還原中實現的最高乙酸鹽選擇性。高乙酸鹽選擇性可能是由于暴露的（100）和（110）表面減少，抑制了乙烯和乙醇的生成。理論計算表明，形成乙酸鹽的途徑中形成乙烯酮中間體，中間體其中一個氧原子來自電解質，另一個氧原子來自CO反應物。

文獻鏈接：Two-dimensional copper nanosheets for electrochemical reduction of carbon monoxide to acetate（Nature Catalysis| VOL 2 | MAY 2019 | 423–430 |）

5、Energy Environ. Sci.封面｜超高壓集成微型超級電容器

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隨著電源集成電子技術的發展，具有多種創新形式的高壓集成微型超級電容器的小型化是當前迫切需要解決的問題。中國科學院大連化學物理研究所吳忠帥研究員及金屬所任文才研究員展示了一種通用的、經濟有效的、工業上適用的方法，用于快速和可伸縮地制造基于石墨烯的集成微型超級電容器（IMSCs），具有造型多樣、審美多樣、突出的靈活性和優越的模塊化。

利用高導電石墨烯墨水，可以在幾秒鐘內直接屏幕打印出可設計形狀的IMSCs，它由數百至數千個獨立的平面微型超級電容器組成。在不同基底上（如柔性塑料基底、衣服、玻璃、A4紙）得到的可打印的平面微型超級電容器均表現出了出色的電化學性能，這種IMSCs不需要傳統的金屬互連和隔離物, 而且表現出卓越的雙電層電容行為和顯著的柔性，值得注意的是，IMSCs的輸出電壓和電容很容易通過MSCs的設計連接來調節，其中一個證明就是具有130個MSCs的IMSCs串聯式儲能組件，可輸出記錄的電壓超過100v，顯示出卓越的模塊化和性能一致性。石墨烯迷人的特性和先進的絲網印刷技術的結合，大大簡化了制造過程，并促進了與印刷電子產品的集成。這樣一個高電壓輸出、可打印的能量存儲包是非常強大的各種印刷微電子電源，顯示了其作為獨立小型電源的巨大潛力：利用電子器件在航空航天、軍事、精密儀器、材料、生物醫學和其他領域的狹小空間工作。與成熟的光刻技術相比，我們的策略是一種簡單、經濟、高度可擴展的快速構建可定制形狀的方法，它具有超高壓輸出和良好的形狀，為微型化和印刷電子產品提供了良好的機會。

文獻鏈接：Ultrahigh-voltage integrated micro-supercapacitors with designable shapes and superior flexibility（Energy Environ. Sci., 2019, 12, 1534—1541）

6、Advanced Materials封面｜高性能鹵化物鈣鈦礦單極電阻存儲器件

電阻式隨機存取存儲器結合了動態隨機存取存儲器的長壽命和閃存的長存儲時間的優點，有望在存儲器技術應用中開辟一個新的領域。近年來，基于有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料的電阻存儲器件顯示出了優異的存儲性能，如低電壓運行和高開/關比；這些特性是開發實用存儲設備時低功耗的基本要求。首爾大學Keehoon Kang等人利用非鹵化物鉛源，通過簡單的單步自旋涂覆法沉積鈣鈦礦薄膜，制備了交叉陣列結構的單極電阻存儲器件。這些單極鈣鈦礦存儲設備實現了高達10⁸的高開/關比，而且具有運行電壓相對較低、耐磨性大、停留時間長等特點。基于此解決方案的高產量器件的制造將是實現低成本、高密度、實用的鈣鈦礦存儲器件的一個嘗試。

文獻鏈接：High-Performance Solution-Processed Organo-Metal Halide Perovskite Unipolar Resistive Memory Devices in a Cross-Bar Array Structure (Adv. Mater. 2019, 31, 1804841)

7、Advanced Materials封面｜從概念到應用的可充電海水電池

從豐富性和可持續性的自然資源中獲取能源具有重要的意義，海水是地球上最豐富的自然資源，覆蓋了地球表面的三分之二。可充電海水電池是一種利用海水作為無限介質，實現電能與化學能相互轉換的新型儲能平臺。韓國蔚山國家科學技術研究院的Youngsik Kim教授綜述了近年來海水電池在實際應用方面的研究、開發項目及展望了其未來的應用前景。海水電池由正極室和負極室組成，正、負極室之間由鈉離子導電膜隔開，鈉離子導電膜只允許鈉離子在兩個電極之間傳輸。介紹了這三個關鍵部件（正、負極室及隔膜）的作用和缺點，以及在前人研究基礎上提出的電池的開發理念和工作原理。此外，還介紹了大規模生產和自動化的原型生產線，以及特別是在海洋環境中潛在的應用；強調了海水電池組件工程的重要性，以及針對特定應用程序優化系統級別，從而成功進入市場；討論了使海水電池能夠成為現有可充電電池的一個有前途的替代品需要解決的關鍵問題。

文獻鏈接：Rechargeable Seawater Batteries—From Concept to Applications（Adv. Mater. 2019, 31, 1804936）?

8、Angew.封面｜電化學實時質譜(EC-RTMS):?實時監測電化學反應產物

提供實時信息的方法對于解決發生在動態接口上的瞬變是必不可少的。赫姆霍爾茲可再生能源研究所Ioannis Katsounaros教授提出了一種有效的方法，能夠在電化學反應形成后不久對其液相和氣態產物進行時間和電位分辨表征。最大的發展是對液體產品的實時表征，因為它大大擴展了在不依賴于分析蒸氣壓或鹽存在的電化學反應中。完全測定產品的可能性。這一發展將對快速評估不同電極/電解質界面電位相關的產品分布；通過監測中間產物和最終產物的形成，對復雜電化學反應的反應途徑進行機理研究；捕獲產品形成過程中的瞬態具有重要作用。

為了證明其非凡的潛力，電化學實時質譜(EC-RTMS)方法被用來確定從開始到氧化過程的電勢躍遷或掃描實驗中二氧化碳還原反應的產物(CO₂RR)。陽極氧化后在空前的時間分辨率里直接跟蹤多個C₂₊產物增強形成的模式。這項新技術為解決短時間內發生的過程創造了令人興奮的新機會，并最終指導設計新的、穩定的催化劑，用于動態操作下的選擇性電合成。

文獻鏈接：Electrochemical Real-Time Mass Spectrometry (EC-RTMS):Monitoring Electrochemical Reaction Products in Real Time （Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 7273 –7277）

9、JACS封面｜多態有機納米晶體中的光捕獲能量轉移

多態性和各向異性是晶體材料的兩種基本性質。有機微納晶態材料具有規整度高和結構缺陷少的特點，被認為是揭示材料本征特性和構筑高性能光電器件的最佳選擇之一。然而從單一分子制備多態發光微納晶體過程中，結構依賴性的光致發光各向異性在多態有機晶體中尚未得到充分的研究。中國科學院化學所鐘羽武、趙永生教授通過溶液再沉淀法成功制備了金屬有機鉑配合物PtD的黃色發光晶體PtD-y和綠色發光晶體PtD-g。偏振發光實驗表明，PtD-y表現出較強的磷光各向異性，而PtD-g的綠色發光在相同測試條件下幾乎為各向同性。根據單晶結構和理論計算可知，晶體發光的各向異性受益于分子躍遷偶極矩在晶體結構中的平行取向，而晶體發光的各向同性是由于分子躍遷偶極矩的交叉取向引起。合成的材料通過摻雜低能量紅發射鉑受體，實現了優異的光捕獲和高效的能量轉移。此外，純PtD-y及摻雜的PtD-y的晶體中都觀察到明顯的PL各向異性和能量轉移過程。純PtD-y給體和摻雜受體發射的PL各向異性比最高分別達到0.87和0.82，說明給體的激發各向異性能量可以有效地轉移到受體，具有顯著的放大效應。研究表明，填充方式對晶體材料的激發態和PL各向異性有重要影響，表明多態納米結構在多功能納米光子器件中的應用潛力巨大。

文獻鏈接：Photoluminescent Anisotropy Amplification in Polymorphic Organic Nanocrystals by Light-Harvesting Energy Transfer（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 6157-6161）

10、ACS NANO封面｜模擬細胞的納米顆粒靶向藥物傳遞

細胞膜偽裝是藥物傳遞領域的一個新興領域，它將母體細胞的特殊功能賦予新形成的仿生載體。越來越多具有不同表面性質的傳遞系統被用于這一策略，但目前還不清楚膜-核結構親和性能否保證有效和適當的偽裝。西南大學汪小又團隊和李翀團隊提出一種簡潔有效的“分子親和”策略，利用跨膜受體的胞內結構域作為膜包覆過程中的“夾持器”。 這種材料采用紅細胞膜和陽離子脂質體制備，從胞漿蛋白P4.2中提取肽配體，可以特異性識別紅細胞關鍵跨膜受體的胞內結構域。一旦錨定在脂質體表面，p4.2衍生肽將與分離的紅細胞膜相互作用，形成“隱藏肽鍵”， 來引導細胞膜去正確、有效地包裹藥物載體，從而有效解決了上述仿生型藥物載體構建的難題。與傳統聚乙二醇脂質體相比，包膜脂質體的粒徑分布在100 nm左右，穩定性好，循環時間長。重要的是，它們具有通過病原真菌與宿主紅細胞的相互作用以白色念珠菌為靶點，中和病原真菌分泌的血液毒素的能力。因此，模型藥物的療效得到了顯著提高。綜上所述，“分子親和”策略可能為在實驗室和工業規模上構建細胞膜涂層生物材料和納米藥物提供一種強大和通用的方法。

文獻鏈接：Oriented Assembly of Cell-Mimicking Nanoparticles via a Molecular Affinity Strategy for Targeted Drug Delivery（ACS Nano 2019, 13, 5268-5277）

本文系Junas供稿。

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