近日，德國電子同步輻射中心和漢堡大學的研究者在Nano Today期刊發表題為“Unraveling the synthesis and assembly of gold-iron oxide hybrid nanoparticles”的文章。該研究團隊通過原位(時間分辨)小角/廣角X射線散射技術研究揭示了金-鐵氧化物雜化納米粒子的生長與組裝機制，展示了納米材料在極端環境中的應用潛力。

結果及討論

1.StCl對FeOx和Au納米粒子生長的影響

圖1展示了在不同溫度下FeOx納米粒子的生長過程。在沒有StCl的情況下，FeOx納米粒子呈現不規則的形態和分散狀態。而在引入StCl后，FeOx納米粒子的生長尺寸顯著增大，并形成了有序的超結構。特別是在高溫下，StCl能夠促進FeOx納米粒子的有序排列，從而形成更穩定的結構。

圖1. FeOx納米粒子的生長和自組裝

2.Au-FeOx異質納米粒子的組裝過程

圖2展示了Au納米粒子作為種子與FeOx之間的異質組裝過程。在引入StCl后，Au種子和FeOx納米粒子能夠更均勻地結合，形成單分散且均勻分布的異質納米粒子。此異質組裝過程通過TEM和X射線散射技術表征。

圖2. 金-鐵氧化物異質納米粒子及其組裝過程

3.原位X射線散射分析

圖3和圖4展示了Au-FeOx異質納米粒子在反應溶液中的動態組裝過程。原位小角X射線散射結果顯示了FeOx和Au-FeOx異質納米粒子在達到臨界尺寸后，在沒有外部磁場的情況下自發形成六方緊密堆積超結構。

圖3. 異質納米粒子直徑演變的小角X射線散射圖譜分析

圖4. 金種子納米粒子和鐵氧化物組分的異質組裝以及金-鐵氧化物異質納米粒子的自組裝

4.Au-FeOx異質納米粒子的磁性磁性評估

圖5展示了不同尺寸FeOx納米粒子和Au-FeOx異質納米粒子的磁性能。圖5a顯示了零場冷卻（ZFC）和場冷卻（FC）磁化曲線，揭示了FeOx納米粒子在低溫下的磁性行為。圖5b,c則展示了不同尺寸Au-FeOx納米粒子的磁化曲線，表明隨著粒子尺寸的增加，磁相互作用顯著增強，從而影響納米粒子的整體磁性能。

圖5. Au-FeOx異質納米粒子的磁性測試

結論

本研究通過引入StCl優化了FeOx納米粒子和Au-FeOx異質納米粒子的合成方法，并降低了異質組裝溫度，使其在不受溶劑沸點限制的情況下實現了自組裝。研究表明，在270°C的情況下，異質納米粒子的形態從核殼結構演變為花狀結構，再到二聚體結構。通過原位X射線散射實驗，驗證了在達到臨界尺寸后，FeOx和Au-FeOx異質納米粒子在沒有外部磁場的情況下自發形成了六方緊密堆積超結構。本研究為開發磁-等離子體耦合的新型磁響應材料提供指導。

作者簡介

張俊，一作及通訊，現為美國馬里蘭大學博后；

孫笑，通訊作者，德國電子同步輻射中心 (DESY)；

其余作者來自DESY及德國漢堡大學：Stefan Werner、Andrea K?ppen、Xin Liu、Chen Shen、Florian Bertram、Wolfgang J. Parak

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2024.102384

研究團隊介紹，商品化生物活性玻璃(45S5)因其良好的生物相容性、骨誘導性和骨整合特性而被用于骨修復，基于45S5的生物活性陶瓷支架通常是通過聚合物泡沫復制來制備的，但這些方法存孔道結構不連通、孔隙率低、力學性能差、缺乏個性化等問題，不能滿足血管化骨再生的臨床需求。同時，45S5還面臨成形性差和易坍塌的弊端，不能有效地進行3D打印以構建臨床所需的可定制化生物活性陶瓷支架。因此，迫切需要設計能夠進行3D打印的生物活性玻璃前驅體，滿足骨缺損的臨床可定制化需求，實現血管化骨再生的需求。而來源于內皮祖細胞的外泌體(EPC-exos)表現出與其親本細胞相似的性質，可通過自分泌或旁分泌機制被受體細胞內化，直接參與血管生成和血管網絡的重建，但是內皮祖細胞外泌體促進骨再生的機制尚不明確。

該研究團隊通過對45S5前驅體進行雙鍵改性，合成了可快速光固化的45S5前驅體(PG)，并將PG作為磷酸三鈣(TCP)粉末的粘結劑，通過基于光聚合的3D打印技術，一步法制備了可定制化的PG/TCP(PT)支架；同時為了提高PT支架的血管化骨再生能力，將GelMA包裹的EPC-exos錨定在PT支架上，構建了一種無細胞的PG/TCP/GelMA@Exos(PT/G@Exos)生物活性陶瓷支架，通過增強血管生成-成骨耦合作用，加速血管化骨再生，最終體內外有效加速骨再生。

研究圖例：內皮祖細胞來源的外泌體賦予可光固化3D打印45S5陶瓷支架，增強血管生成-成骨耦合加速骨再生

研究發現，內皮祖細胞外泌體攜帶的miRNAs可以通過P38/MAPK信號通路促進大鼠BMSC的成骨分化，我們構建的復合支架可以通過負載的外泌體模擬內皮祖細胞介導的血管-骨交流來發揮內皮祖細胞對骨再生微環境的調節作用，以增強血管生成-成骨耦合作用，最終有效促進骨再生。

團隊于2024年4月23日，在復合材料領域頂刊《Composites Part B: Engineering》(中科院1區TOP期刊，影響因子13.1, JCR“工程綜合領域”179種期刊排名第1位)在線發表了該研究成果。西永明教授博士研究生孔維慶為論文第一作者，研究方向為3D打印、骨修復的血管化調控。項目依托于山東省泰山學者基金(NO.ts20190985)、青島市科技惠民項目計劃（NO.23-2-8-amjk-9-nsh）、國家重點研發計劃（NO.2022YFA1207500/NO.2022YFA1104600）及上海交通大學生物材料及再生醫學合作研發項目（NO.2022LHBO8）及上海市骨科內植物重點實驗室開放課題(No.KFKT202206)的資助。

作者簡介

通訊作者：西永明，二級教授、主任醫師、博士研究生及博士后合作導師，青島大學附屬醫院骨科醫院副院長兼脊柱外科病區主任，山東省創傷骨科研究所副所長，青島大學空間應用與技術研究院院長，青島大學醫學大數據中心主任，山東省 “泰山學者特聘專家”，青島市專業技術拔尖人才。研究方向：智能輔助診療系統，骨科生物材料的研發以及骨代謝相關基礎研究。先后在核心期刊發表學術論文70余篇。授權國內外專利16項。參編包括《腰椎間盤突出癥》、《頸椎外科學》等著作5部。承擔國家重大課題空間生命項目、國家自然科學基金和多項省部級課題。先后獲得省部級科技獎勵4項，其中第一完成人獲山東科技進步獎2項，山東省醫學科技成果一等獎1項。

通訊作者：王金武，教授，上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院骨科主任醫師，博士研究生及博士后合作導師。十三五和十四五科技部二個國家重點研發計劃首席科學家，轉化醫學國家重大科技基礎設施（上海）創新醫療器械注冊研究與臨床轉化服務中心主任、數字醫療與生物3D打印實驗室主任，中國生物材料學會生物材料先進制造分會副主任委員，中國醫藥生物技術協會3D 打印技術分會副主任委員等。長期致力于骨關節外科、數字醫學、骨關節生物3D打印及骨科康復領域，先后承擔了包括十三五科技部重點研發計劃（生物3D打印）、十四五科技部重點研發計劃（數字醫學與微納米生物材料）、科技部“863”“973”子課題等國家級課題10項。第一作者或通信作者發表包括Nature與Science旗下子刊等高影響因子論文100余篇。以第一完成人獲得2022年度上海市技術發明一等獎，項目名稱“四肢骨關節炎的數字化診療關鍵技術與裝備開發”。榮獲教育部科學技術一等獎、上海醫學科技一等獎、上海康復醫學科技一等獎和中華醫學科技進步一等獎、江蘇醫學科技獎、吉林省科學技術一等獎等。

參考鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111455

本文由孔維慶供稿

近年來，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）在性能上取得了顯著進展，單結小面積（<1 cm²）器件的光電轉換效率（PCEs）已超過26%。這一提升主要歸因于界面鈍化技術的改進，尤其是應用二維（2D）鈣鈦礦表面鈍化層的策略。然而，這些鈍化層里的活性陽離子在熱驅動下會破壞鈣鈦礦結構中脆弱的角共享八面體連接，并在2D和三維（3D）鈣鈦礦層之間遷移，嚴重影響了器件的效率和穩定性。為了解決這一問題，研究人員近年來開發了“非2D鈣鈦礦配體”策略，有效限制了陽離子的界面遷移行為。然而，該類配體受到立體效應的限制，大大降低了與鈣鈦礦表面的相互作用，尤其削弱了對大面積鈣鈦礦薄膜的鈍化效果。因此，開發新型鈍化材料來同時消除界面缺陷和抑制陽離子遷移變得至關重要。

二、【成果掠影】

近日，美國西北大學的Kanatzidis、Sargent和Marks團隊在鈣鈦礦光伏器件領域取得了重要突破。他們針對鈣鈦礦器件中離子遷移的挑戰，提出了一種創新的解決方案：利用穩定的有機-無機雜化晶格網絡，即含有角、邊、面共享的“類鈣鈦礦”材料，來構建界面鈍化層，有效阻止界面離子遷移。研究團隊合成了多種維度的類鈣鈦礦材料，發現這些材料相較于傳統的2D鈣鈦礦，能更有效地抑制陽離子的遷移。特別是，他們開發的2D類鈣鈦礦材料(A6BfP)₈Pb₇I₂₂成功地鈍化了鈣鈦礦表面缺陷，并制備出均勻的大面積鈣鈦礦薄膜。基于這種“類鈣鈦礦/鈣鈦礦異質結”的大面積1 cm²鈣鈦礦太陽電池達到了24.6%的認證準穩態光電轉換效率，并展示出在85℃下空氣環境中1250小時的穩定運行。

三、【核心創新點】

1. 首次成功在鈣鈦礦表面構建出2D類鈣鈦礦結構；
2. 成功抑制了鈣鈦礦基的異質結內部的陽離子遷移；
3. 實現了1 cm²鈣鈦礦光伏器件的優異效率和穩定性。

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?四、【數據概覽】

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圖1、類鈣鈦礦材料的設計與合成???2024 Springer Nature

N-氨基己基-鄰苯二甲酰亞胺鹽酸鹽(A6PI)、N-氨基己基-苯[f]-鄰苯二甲酰亞胺鹽酸鹽(A6BfPI)、N-氨基己基-苯[e]-鄰苯二甲酰亞胺鹽酸鹽(A6BePI)和N-氨基己基-萘二甲酰亞胺鹽酸鹽(A6NI)的分子結構。b.(A6P)PbI₃、(A6BfP)PbI₃、(A6BeP)PbI₃和(A6N)PbI₃單晶的側視圖。c.?(A6BfP)₈Sn₇I₂₂的晶體結構。碳、氮、氧、鉛、錫和碘分別用黑色、藍色、紅色、灰色、紫色和紫色表示。為視覺清晰，省略了氫原子。

圖2、類鈣鈦礦材料/鈣鈦礦異質結構的構建??2024 Springer Nature

(A6P)PbI₃、(A6BfP)₈Pb₇I₂₂、A6BePI和A6NI表面鈍化的鈣鈦礦樣品的XRD圖譜（上），以及(A6P)PbI₃、(A6BfP)₈Pb₇I₂₂、(A6BeP)PbI₃和(A6N)PbI₃的理論XRD圖譜（下）。b.不同入射角下的一維（1D）(A6N)PbI₃/3D鈣鈦礦和2D (A6BfP)₈Pb₇I₂₂/3D鈣鈦礦異質結薄膜的GIWAXS圖譜。c.?1D (A6N)PbI₃和2D (A6BfP)₈Pb₇I₂₂結構在3D鈣鈦礦薄膜上的結晶取向示意圖。

圖3、2D類鈣鈦礦/3D鈣鈦礦異質結的光電特性??2024 Springer Nature

高分辨率Pb 4fXPS峰和b.?由非2D配體、2D鈣鈦礦(PEA)₂PbI₄和2D類鈣鈦礦材料(A6BfP)₈Pb₇I₂₂鈍化的3D鈣鈦礦薄膜的PL強度統計，σ為標準偏差。c.?不同鈍化策略下PSCs的效率統計。d.?在85% RH和85°C下(PEA)₂PbI₄和(A6BfP)₈Pb₇I₂₂薄膜的時間依賴XRD圖譜。e.?在85% RH和85°C下2D (PEA)₂PbI₄和2D (A6BfP)₈Pb₇I₂₂鈍化的3D鈣鈦礦薄膜的時間依賴XRD圖譜。f.?在85% RH和85°C下老化3小時前后，2D (PEA)₂PbI₄/3D鈣鈦礦和2D (A6BfP)₈Pb₇I₂₂/3D鈣鈦礦的飛行時間二次離子質譜分析。

圖4、鈣鈦礦太陽電池的光伏性能和穩定性??2024 Springer Nature

PSCs的截面SEM圖像。b.最高效小面積器件的J-V特性。c.?基于2D類鈣鈦礦材料/3D鈣鈦礦的器件的EQE曲線和積分電流密度。d.?最高效大面積（>1 cm²）器件的J-V曲線。e.?Newport認證的基于(A6BfP)₈Pb₇I₂₂鈍化的1 cm²器件的漸進式準穩態J-V曲線。f.?孔徑面積為28 cm²的鈣鈦礦光伏組件的J-V曲線和穩態輸出性能。g.?在85% RH和85°C下未封裝小面積器件穩定性。h.?在暴露空氣，100 mW cm^-2的連續光照，和85°C持續加熱條件下的1 cm²器件的最大功率點追蹤。

五、【成果啟示】

類鈣鈦礦材料由于其結構的穩定性，能夠有效阻止界面鈍化層的陽離子遷移。合理設計的陽離子配體不僅成功鈍化了鈣鈦礦表面缺陷，還減少了界面處的載流子復合。通過調節類鈣鈦礦材料在鈣鈦礦薄膜表面的維度和取向，實現了載流子在異質結構內部的高效傳輸。因此，研究團隊不僅在高溫條件下顯著提高了鈣鈦礦太陽電池的穩定性，還在大面積器件上實現了高效率。這表明，類鈣鈦礦材料在表面鈍化方面具有巨大的潛力，能夠顯著推動鈣鈦礦光電器件的大規模應用。

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六、【作者介紹】

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劉成：美國西北大學Mercouri G. Kanatzidis和Edward H. Sargent課題組博士后研究員。主要研究方向為鈣鈦礦光伏器件及輻射探測器。目前以第一作者（含共同）身份在Science?(2篇)、Nature、Nat. Energy、Sci. Adv.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Angew. Chem. Int. Edit.、Energy Environ. Sci.等國際著名期刊上發表論文20余篇。在Nature和Science等期刊上合作發表論文50余篇，擁有國際和國內專利各一項。擔任Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Edit.、Mater. Today Electron.等期刊審稿人。

楊熠：美國西北大學Mercouri G. Kanatzidis和Edward H. Sargent課題組博士后研究員。長期致力于有機-無機雜化半導體材料的設計、合成、解析，以及其在光電器件應用等方面的研究。目前已第一作者/共同一作在Nature、Science、Nat. Energy、Energy Environ. Sci.、Nat. Commun.、Adv. Energy Mater.、Sci. Adv.等國際著名期刊上發表論文18篇。在Science和Nature等期刊上合作發表論文46篇，引用次數超過2100次，H指數26，擁有國際專利一項，國內專利兩項。擔任Nat. Energy、J. Am. Chem. Soc.、Adv. Mater.等期刊審稿人。

陳昊：西北大學Sargent課題組博士后研究員。研究方向為單結/多結鈣鈦礦基光伏器件，于2023年取得了鈣鈦礦光伏器件準穩態認證效率世界紀錄26.15%，實現了反式結構鈣鈦礦器件準穩態認證效率超過正式結構。同時，將1 cm²器件認證效率世界記錄提升至25.2%。先后以第一作者（含共同）身份在Science (2篇)、Nature (3篇)、Nature Photonics、Nature Materials、Nature Energy、Advanced Materials (3篇)等著名期刊上發表了多篇論文。擔任Nat.?Rev.?Mater.、ACS Photonics、Mater. Today Electron.等期刊審稿人。

鄭丁：電子科技大學光電科學與工程學院教授，博士生導師，顯示科學與技術四川省重點實驗室副主任，國家級青年人才項目入選者。2020-2023年在美國西北大學Tobin J. Marks、Antonio Facchetti以及Mercouri Kanatzidis課題組先后擔任博士后研究員以及研究助理教授。2023年在美國第一太陽能公司擔任高級研發工程師。長期從事基于半導體器件的人機交互柔性可穿戴技術研究，探索能源供給、傳感、存儲和計算的系統集成。在超柔性光伏、仿生可拉伸傳感和高密度運算存儲電路等領域取得多項創新成果，致力于推動柔性電子、腦機接口和人工智能等前沿領域的發展。以一作或通訊作者身份在Nature、Nat. Mater.、Adv. Mater.等著名期刊上發表論文13篇，SCI引用1300余次，3篇論文入選高被引論文，授權發明專利13項。

原文詳情：Cheng Liu, Yi Yang, Hao Chen, et al. Two-dimensional Perovskitoids Enhance Stability in Perovskite Solar Cells. Nature (2024).

https://doi.org/

本文由大橙子供稿

半導體是現代社會的核心，因為它們允許操縱電荷，但在室溫下控制半導體結構中的自旋仍然是難以捉摸的。然而，對自旋自由度的控制是許多商業產品的基礎，最顯著的是磁存儲器，這是通過在鐵磁體和普通金屬之間形成異質結來實現的，從而產生例如巨磁阻效應和隧穿磁阻效應。在室溫且無磁場條件下，半導體結構中的自旋積累是實現更廣泛的光電功能的關鍵。由于半導體界面自旋注入固有的低效率，目前的研究受到極大的阻礙。

二、【創新成果】

基于以上難題，美國國家可再生能源實驗室Matthew C. Beard教授團隊在Nature發表了題為“Room-temperature spin injection across a chiral perovskite/III–V interface”的論文，報道了在室溫下，無需外加磁場條件下，通過手性鹵化物鈣鈦礦/III-V半導體界面實現自旋積累的突破性研究。具體的，本研究通過手性鈣鈦礦/III-V界面注入自旋極化的載流子，在標準半導體III-V (Al_xGa_1?x)_0.5In_0.5P多量子阱LED中實現自旋積累。通過發射偏振度高達15±4%的圓偏振光來檢測多量子阱中的自旋積累。通過截面掃描開爾文探針力顯微鏡（KPFM）和截面TEM等對界面進行了表征，顯示了純凈的半導體/半導體界面，且費米能級能夠達到平衡。這項研究表明，手性鈣鈦礦半導體可以將發展良好的半導體平臺轉變為也可以控制自旋的平臺。?

研究人員制作了c-HP/半導體自旋注入接口，將自旋極化空穴注入(Al_0.32Ga_0.68)_0.5In_0.5P多量子阱(MQW) LED結構。觀察到的自旋積累是通過直接形成c-HP/半導體界面與III-V半導體實現的。

圖1 ?LED原理圖和界面特性 ? 2024 Springer Nature

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圖2 ?(R/S-MBA)₂PbI₄/(Al_xGa_1?x)_0.5In_0.5P自旋LED的CP-EL發射 ? 2024 Springer Nature

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圖3 ?能帶排列和LED運行 ? 2024 Springer Nature

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三、【科學啟迪】

綜上，本研究成功實現了室溫下無需外加磁場的手性鈣鈦礦半導體與III-V半導體的直接接觸，并且該手性鈣鈦礦半導體在器件堆疊中表現得像另一種半導體。因此，c-HP的集成將現有的商業相關III-V LED從控制光和電荷相互轉換的傳統LED半導體結構轉變為現在也控制自旋到光的結構。研究方法產生了一種在沒有外部磁場的室溫下工作的功能性自旋基半導體結構。高自旋注入效率是c-HP/III-V界面的結果，其中TEM、XPS和KPFM表示直接的半導體/半導體界面，這允許載流子平衡和有效的自旋注入。本研究為開發新型自旋電子學設備和集成光電子學平臺奠定了基礎。

原文詳情：Room-temperature spin injection across a chiral perovskite/ III-V interface (Nature 2024, DOI: 10.1038/s41586-024-07560-4)

本文由賽恩斯供稿。

第一作者：饒宇建

通訊作者：任元、陶立

通訊單位：東南大學 材料科學與工程學院

成果介紹

將介孔結構賦予過渡金屬硫族化合物（TMDs）可大幅提高其孔隙率、有效比表面積和暴露的活性位點數目，有望在基于界面反應的相關應用中獲得更優異的性能。然而，目前已經報道的如硬模板法（nanocasting）或熱輔助轉化（TAC）法仍存在著工藝繁瑣、環境不友好、對濕度敏感、介觀形貌差等問題。

有鑒于此，近日，東南大學任元副研究員和陶立教授（共同通訊作者）報道了一種通過直接有機-無機共組裝合成有序介孔過渡金屬硫族化合物材料的“一步法”策略。在DMF/H₂O的雙溶劑體系中，以兩親性嵌段共聚物PEO-b-PS為有機模板劑，(NH₄)₂MoS₄或(NH₄)₂WS₄作為無機前驅體，通過溶劑揮發誘導自組裝和熱處理之后，得到了具有高度有序介觀結構、高結晶度骨架、高比表面積（44-91 m²/g）、大孔徑（15-21 nm）的有序介孔MoS₂、WS₂、MoS₂/WS₂半導體材料。得益于在三維連通的介觀孔道結構中的快速擴散效率和豐富的邊緣活性位點，基于介孔TMDs材料的半導體氣體傳感器在室溫下對NO₂氣體具有優異的傳感性能，包括靈敏度高（S = 67 % @ 50 ppm）、響應速度快（6 s）、檢測限低（LOD = 12 ppb）以及超高的選擇性（S_NO2/S_gas > 10）。這項工作為開發基于有序介孔TMDs材料的各種新型半導體材料鋪平了道路，在傳感、催化、能源存儲和轉化等多個領域表現出巨大的潛力。

圖文導讀

圖 1. 通過溶劑揮發誘導自組裝合成有序介孔過渡金屬硫族化合物的示意圖。

圖 2. 有序介孔TMDs材料的電鏡表征。

圖 3. ?有序介孔TMDs材料的物相與結構表征。

圖 4. 共組裝法的普適性。

圖 5. 有序介孔MoS₂在室溫下的氣體傳感性能。

圖 6. 氣體傳感機理研究。

本項目受到了國家自然科學基金、國家重點研發計劃、江蘇省重點研發計劃、中央高校基本科研業務經費、東南大學“至善青年學者”支持計劃的資助。

文章鏈接：Adv. Funct. Mater. 2024, 2408426.

https://doi.org/10.1002/adfm.202408426

通訊作者：王維，南開大學；顏雨坤，中國科學院金屬研究所；明江波，運城學院

作者：Huifen Hu, Dong Zeng, Jiang-Bo Ming, Yukun Yan, Wei Wang

背景介紹：

眾所周知，TPE在固態下發出藍綠色光，量子產率約為20%。因此，提高量子產率并調控TPE基熒光材料的發光顏色一直是一項挑戰。到目前為止，通過對TPE為核心的苯環進行各種基團官能化，已合成了許多不同分子結構的TPE衍生物。一些包含芳香基團的TPE衍生物不僅表現出紅移發射，其量子產率甚至超過85%。通過連接的官能團，可以進一步構建TPE基熒光材料，如與金屬離子或團簇、氫鍵有機框架（HOFs）、金屬有機循環/籠、鹵素鍵網絡等配位的超分子材料。基于這些發現不難歸納出：(i)含大型芳香基團的TPE衍生物可能以高量子產率表現出紅移發射；(ii)通過強相互作用形成的TPE衍生物聚集體可能具有高量子產率。目前的挑戰是開發高效且低成本的合成方法，實現TPE基熒光材料的商業化。受此啟發，南開大學王維教授提出了一種簡單有效的方法，利用市售化合物制備高發光性的TPE基熒光材料。

文章亮點：

2024年7月2日，南開大學王維教授課題組在ACS Applied Materials&Interfaces期刊上發表了一篇題為“Highly Efficient Multicolor-Emitting Tetraphenylethylene-Based Organic Salts with Commercialization Prospects”的研究成果。南開大學博士研究生胡慧芬為文章第一作者，南開大學王維教授，中國科學院金屬研究所顏雨坤研究員和運城學院明江波高級工程師共為通訊作者。此研究得到了國家自然科學基金的資助。

該成果報道了一種簡單高效的策略，通過將四吡啶基四苯乙烯(T4Py-TPE⁴⁺)這一陽離子發光體與七種陰離子芳香磺酸鹽配體結合(圖1)，構建發光有機鹽。當將陽離子發光體與陰離子配體的水溶液混合時，它們在幾秒到幾分鐘內迅速聚集成有機鹽，以T4Py-TPE?TPADS和T4Py-TPE?1,5-NDS₂鹽的復合過程為例(圖2)，可以觀察到明顯的熒光增強。這些有機鹽的量子產率高達90%以上，此過程伴隨著發光效率從約58%增加到幾乎100%，并且能夠調節發光顏色在511到586 nm之間(圖3)。這些改進主要歸因于陽離子與陰離子之間的強靜電吸引力，導致T4Py-TPE⁴⁺發光體形成具有不同共軛長度的剛性疏水網絡。由于這些化合物是市售的，這一方法為制造新型發光材料用于設備制造和研究提供了可能性。

圖1. 陽離子發光體和陰離子配體的結構與性質

圖2. 陽離子發光體和陰離子配體的聚集過程

圖3. 系列化合物的熒光光譜圖以及CIE色度圖

總結展望：

綜上所述，本研究采用低成本且可擴展的方法，利用市售原材料和簡單制備工藝，成功制備了高量子產率（接近100%）和多色發光的有機鹽。強離子相互作用力促進了結構剛性化，進一步提升了材料性能。這些有機鹽顯示出作為發光材料的商業化潛力。未來工作將繼續采用相同方法開發更多熒光有機鹽，以促進其潛在應用的研究。

掃描二維碼閱讀英文原文：

ACS Appl. Mater. Interfaces, 2024, XXXX, XXX, XXX-XXX

Publication Date:July 2, 2024

https://doi.org/10.1021/acsami.4c03180

Copyright ? 2024 American Chemical Society

圖片已獲得版權

【文章信息】

第一作者：朱福龍

通訊作者：陳勝利教授

單位：武漢大學

【研究背景】

質子交換膜燃料電池(PEMFC)具有行駛里程長、充電時間短、零污染物排放等優點，在重型車輛的動力系統中有著廣闊的應用前景。目前，在質子交換膜燃料電池催化層(CL)中通常使用全氟磺酸(PFSA)離聚物作為粘結劑和質子導體。為了形成良好的質子傳輸通道，燃料電池必須充分加濕，促進側鏈中的磺酸基中質子完全解離，并且使離聚物的親水離子域彼此相互連通，以實現PEMFC輸出更高的功率密度。然而，重型車輛中PEMFC的加濕過程增加了系統的復雜性、體積和成本。除此之外，PFSA離聚物在Pt表面的吸附作用使得離聚物在催化劑表面形成致密的結晶層，阻礙氧氣的滲透，增大了局域氧傳輸阻抗。同時，長期耐久性一直是燃料電池面臨的最重要地挑戰。因此，我們開發了一種高保濕性、弱吸附及過氧化物清除性離聚物對于降低燃料電池成本、提升電池輸出性能以及耐久性具有重要的意義。這項工作為燃料電池陰極催化層中離聚物材料的開發提供一個新的研究視角。

【文章簡介】

近日，來自武漢大學的陳勝利教授，在國際知名期刊Advanced Functional Materials上發表題為“A Highly Hygroscopic, Weakly Adsorbable, and Peroxide Scavenging Ionomer for Low-Pt Proton Exchange Membrane Fuel Cells”的文章。本文設計、合成了一種由高親水性雜多酸共價修飾在全氟樹脂側鏈上代替磺酸基的策略，解決燃料電池在低濕度下的輸出性能差和長期耐久性問題。該離聚物展現出優異的相分離結構，為質子提供傳輸通道。同時，離聚物在Pt表面的吸附較弱，釋放了更多催化劑反應活性位點，提高了燃料電池輸出性能。離聚物具有清除過氧化物的作用，改善了燃料電池的長期耐久性。

圖1. 陰極催化層中質子和氧氣在多酸基離聚物中的傳輸機理示意圖；以及離聚物在MEA中的燃料電池輸出性能。?

【本文要點】

要點一：新型離聚物分子的設計

這項工作介紹了一種離聚物策略來解決低濕度下質子傳導和氧氣滲透的問題。多金屬氧酸鹽（POM）是一種亞納米級的陰離子團簇，具有多個負電荷，且末端氧原子為質子提供跳躍位點。這種結構特征使它們不僅具有強酸性，攜帶更多易解離和高遷移性的質子，同時具有很強的吸濕性。因此，我們通過親核取代反應將Anderson型多金屬氧酸鹽[MnMo₆O₁₈(OH)₆]^3?共價接枝到全氟聚合物的側鏈上，取代磺酸基作為質子載體，實現離聚物的保濕特性，降低燃料電池的運行濕度。

圖2. PFSN-MnMo₆-D離聚物合成示意圖以及分子結構表征。

要點二：Pt/離聚物界面結構

眾所周知，傳統Nafion離聚物中磺酸基與醚鍵會共吸附在Pt表面，占據催化劑的反應活性位點，降低氧還原反應活性。在這項工作中，我們通過離聚物修飾的多晶Pt盤電極在三電極體系中進行電化學測試，正如圖3所示，從CV曲線中可以看出，Pt-Nafion電極在0.18V附近有一對可逆的吸-脫附峰，這歸因于磺酸基在Pt表面的吸附。而Pt-PFSN-MnMo₆-D電極沒有發生額外的法拉第電流響應，表明了PFSN-MnMo₆-D具有弱吸附性質。從ORR曲線中可以觀察到，Pt-PFSN-MnMo₆-D電極的極限電流密度和半波電位均高于Pt-Nafion電極，暗示了氧氣更容易通過PFSN-MnMo₆-D滲透到Pt表面發生氧還原反應，這是因為PFSN-MnMo₆-D離聚物的弱吸附性質，使其不易Pt表面形成致密的結晶層，從而提高了氧氣滲透能力。

圖3. 在三電極體系中，Pt、Pt-Nafion和Pt-PFSN-MnMo₆-D電極的CV曲線和ORR極化曲線。

要點三：離聚物在MEA中的電化學性能

將離聚物作為陰極催化層粘結劑，組裝成單電池進行電化學性能測試。正如圖4所示，在100%RH下，由PFSN-MnMo₆-D離聚物組裝的MEA峰值功率密度接近1.7 W cm^-1，高于Nafion離聚物MEA（約為1.55 W cm^-1）。當相對濕度降低至50%RH時，由PFSN-MnMo₆-D離聚物組裝的MEA峰值功率密度遠大于Nafion離聚物，且燃料電池的傳質極化明顯被改善。為了深入分析其原因，通過極限電流法測試了R_total與壓強之間的關系曲線，其中與壓強無關的阻抗被認為是局域傳輸阻抗（R_local）。從圖4(d)中可以看出，PFSN-MnMo₆-D離聚物MEA的R_local值為31.5 s m^?1，低于Nafion離聚物(43.3 s m^?1)，這暗示著PFSN-MnMo₆-D離聚物具有更高的氧氣滲透性，為氧氣滲透到催化劑表面提供有利條件。

圖4. 含Nafion和PFSN-MnMo₆-D離聚物MEA的燃料電池輸出性能、電化學阻抗以及Rtotal與壓強之間的關系曲線。

要點四：離聚物在MEA中的電化學穩定性

離聚物的電化學穩定性是燃料電池長期耐久性的一個重要因素。在燃料電池中，離聚物的降解是由自由基的進攻導致聚合物分子鏈的分解，其中自由基是由過渡金屬Fe離子催化過氧化氫發生芬頓反應而形成。降低體系中過氧化氫濃度也是提高離聚物耐久性的一個關鍵因素。從圖5(c)中可以看出，相比于Nafion離聚物，PFSN-MnMo₆-D離聚物MEA在40h后的電壓衰減較小，這說明了PFSN-MnMo₆-D離聚物具有更優異的電化學穩定性。為了探究PFSN-MnMo₆-D離聚物電化學穩定性提高的機理，通過在三電極體系中的RRDE進行表征發現，PFSN-MnMo₆-D@Pt/C電極的過氧化氫產率明顯低于Nafion@Pt/C電極，這表明了PFSN-MnMo₆-D離聚物中的MnMo₆陰離子簇具有清除過氧化氫的能力，因此提高了PFSN-MnMo₆-D離聚物的電化學穩定性。

圖5. 含Nafion和PFSN-MnMo₆-D離聚物MEA的燃料電池質子阻抗、ECSA值以及離聚物的電化學穩定性。

【文章鏈接】

“A Highly Hygroscopic, Weakly Adsorbable, and Peroxide Scavenging Ionomer for Low-Pt Proton Exchange Membrane Fuel Cells”

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202408118

【通訊作者簡介】

陳勝利，武漢大學教授、博士生導師；分別于1991和1996年在武漢大學獲學士和博士學位，隨后在英國帝國理工學院化學系等從事博士后研究；長期從事能源電化學基礎與材料研究，在 Nat. Catal.，J. Am. Chem. Soc.，Nat. Commun.，Adv. Mater.等期刊發表論文160余篇，作為主編之一出版《電催化》書籍；主持國家自然科學基金重點項目等；擔任ACS Catalysis、ACS Electrochemistry、催化學報、電化學等期刊編委；獲中國電化學青年獎。

團隊主頁：https://slchen.whu.edu.cn/

中/高熵合金（M/HEAs）是一類新興的合金材料。近年來，因其在潛在工程應用中展現出卓越的強度和延展性組合而備受關注。計算模擬和近期的多個實驗證據均表明這些合金中存在短程有序（SRO）現象。然而，由于在不同狀態下SRO的不同，及量化各原子對SRO的困難，引發了諸多關于SRO對材料性能尤其是機械性能影響的爭議。

二、【創新成果】

7月2日，悉尼大學副校長Simon Ringer教授團隊，何孟偉博士等利用三維原子探針（APT）揭示了中熵合金SRO在不同熱處理狀態下的奧秘，文章題為“Quantifying short-range order using atom probe tomography”, 發表在Nature Materials中（https://www.nature.com/articles/s41563-024-01912-1） 。

本文提出了一種利用APT測量SRO的新方法。該方法在平衡APT的局限性與SRO閾值的基礎上，繪制了保存原子近鄰信息的區域與信息缺失的區域。研究以標志性的CoCrNi中熵合金為例，對該方法進行應用并展示了該合金在不同熱處理條件下SRO的變化。此外，文章還利用了多種已發表的觀測SRO的方法（如透射電子顯微鏡及其他APT方法）進行交叉驗證，并對APT中可能影響SRO測量的因素進行了全面的分析。

合金中的SRO通常是指晶體中原子的三維有序排列或偏好性，它也被看作是材料中的“DNA”。不同的局部原子排列可能會顯著影響材料的電子、磁性、機械、光學和其他性能。該研究對理解材料中局部原子環境及從原子層面上調控和設計新型材料有著重要意義。

三、【數據概覽】

圖 1. 三維原子探針（APT）和原子偏好行為的示意圖。?Springer Nature

圖2 模擬APT探測器效率和空間分辨率對于SRO的影響及判斷實驗儀器探測極限與SRO的閾值。?Springer Nature

圖3. 重構后的三維原子拓撲圖和APT的分辨率評估。?Springer Nature

圖4. 基于APT的重建算法(Reconstitution)的建立與應用。?Springer Nature

圖 5.不同熱處理狀態下CoCrNi樣品的SRO對比。?Springer Nature

圖 6. 不同熱處理狀態下CoCrNi樣品的TEM能量過濾衍射圖和對應衍射強度分析。?Springer Nature

四、【總結展望】

該研究提供了一整套利用APT+重建算法對于不同熱處理狀態下CoCrNi合金短程有序的量化方法。通過該方法，實驗所得的真實三維原子結果可與計算模擬及其他實驗方法進行聯動，并進一步擴展到理解和設計中高熵合金及其他可能存在SRO的材料系統。

原文詳情：‘Quantifying short-range order using atom probe tomography’, is published in Nature Materials (DOI: https://www.nature.com/articles/s41563-024-01912-1).

本文由YZ供稿

長期以來，人類社會的動態發展一直依賴于傳統的、不可再生的化石燃料。然而，化石燃料的猖獗消費加劇了能源短缺和環境污染，迫切需要開發綠色和更新能源。氫氣是一種可再生的高密度清潔燃料，可作為傳統化石燃料的替代品。在各種制氫途徑中，太陽能驅動的光催化水裂解作為一種公認的緩解這一危機的有效策略而受到廣泛關注。從根本上說，該過程的有效性取決于設計良好的光催化劑。不幸的是，現有的半導體光催化劑對陽光的吸收能力差，容易與光生成的載流子絡合，氧化還原能力有限，帶位不足，阻礙了其光催化應用。因此，設計高效、穩定的光催化劑是研究人員工作的方向，也是該領域面臨的重要挑戰。

光熱效應能夠顯著提高輻照期間的局部溫度，但在傳統的光催化體系中，光熱效應往往被忽略。大量研究已經證實了光催化過程中的光熱效應促進了光生成載體的分離，從而優化了氧化還原反應，從而提高了光催化活性。除了依賴于光催化反應本身的光熱驅動力外，外場的引入還可以為光催化系統提供額外的能量，從而提高光催化系統的整體效率。此外，通過引入磁場，可以利用由電荷的相對運動而產生的洛倫茲力，進一步導致電荷運動的偏差。大量研究表明，外部磁場產生的洛倫茲力可以驅動反應物在光催化劑上的表面吸附超過粒子內擴散所施加的吸附極限，促進光誘導電子和空穴向相反方向遷移，抑制光生載流子的重組，使更多的活性電荷參與光催化反應，并可以通過多場耦合解決單一光熱場的局限。從這個角度來看，結合磁場誘導光熱分析的光催化制氫系統可能是一種有效的高活性光催化劑的設計。除了場效應外，異質結的構建也可以有效地加速電荷分離。基于此分析，開發一種利用磁場誘導促進光熱輔助光催化制氫的S型異質結體系是一個迫切需要的問題，也是一個緊迫的挑戰。

02、【成果掠影】

近期，江蘇科技大學施偉龍/郭峰團隊提出一種高效的由磁場誘導的光熱輔助光催化制氫系統。Mn₃O₄@ZnIn₂S₄（MO@ZIS）系統的光催化活性的顯著增強是由于磁場引起的磁熱效應和MO所表現出的強光熱效應的協同效應，顯著提高了光催化劑的異質結表面溫度，促進了光誘導電子空穴對的分離和轉移，從而加速了表面析氫動力學，該研究拓寬了多場協同在提高光催化性能方面的應用。相關成果以“Magnetic-field-induced activation of S-scheme heterojunction with core-shell structure for boosted photothermal-assisted photocatalytic” 為題發表于國際知名學術期刊《Fuel》上(https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.132394)。江蘇科技大學施偉龍和郭峰副教授為本文通訊作者，2022級在讀碩士研究生蒿鵬宇為本文第一作者。

03、【數據概覽】

圖1. (a) MO@ZIS核殼異質結的合成示意圖。(b) ZIS，(c) MO和(d) MO@ZIS-30的SEM圖像。MO@ZIS-30異質結的（e，f）TEM，(g) HRTEM，(h) HAADF-STEM圖像及相應元素映射。

圖2. 制備樣品的 (a) XRD圖譜。ZIS、MO和MO@ZIS-30的 (b) N₂吸附-解吸等溫線和 (c) 孔徑分布，(d) XPS全譜， (e) Mn 2p；(f) O 1 s；(g) Zn 2p；(h) In 3d和 (i) S 2p的XPS高分辨光譜。

圖3. (a) 全光譜光照射下ZIS、MO和MO@ZIS的光催化制氫曲線和 (b) 制氫速率。(c) MO@ZIS-30的光催化制氫速率與機械混合時對比。ZIS和MO@ZIS-30的 (d) 瞬態光電流響應，(e) EIS和 (f) LSV曲線。(g) MO@ZIS-30在黑暗和光照下的SPV光譜（插圖為KPFM圖像）。(h) 制備樣品的PL光譜和 (i) TRPL熒光發射光譜。

圖4. 所有光催化劑的 (a) 紫外-可見-近紅外吸收光譜。(b) 在MO中的非弛豫輻射過程的示意圖。(c) MO@ZIS核殼異質結的傳熱效應。(d) 已制備材料在光照下的溫度映射圖像和 (e) 相應的溫度變化曲線。MO@ZIS-30的 (f) 光熱轉換效率。(g)光催化制氫過程中的光熱紅外圖像。

圖5. ZIS和MO@ZIS-30在不同反應溫度下的 (a) 制氫活性和 (b) 制氫速率。MO@ZIS-30 (c)在不同溫度下光催化制氫速率與反應溫度的關系及 (d) 活化能的計算。MO@ZIS-30在不同溫度條件下的 (e) 瞬態光電流響應曲線，(f) EIS圖譜和 (g) PL光譜。ZIS和MO@ZIS-30在光照和黑暗條件下的 (h) 莫特肖特基和 (i) 計算的N_D值。

圖6. (a) MO和MO@ZIS-30的磁滯回線。MO@ZIS-30在磁場下相應的 (b) 光催化制氫活性和 (c) 制氫速率。(d) MO@ZIS-30在420, 550和650 nm波長處的AQE。(e) MO@ZIS-30與最近報道的光熱和磁場誘導光催化劑制氫性能對比。(f) 循環制氫實驗。(g) 反應前后的XRD譜圖。(h) MO@ZIS-30的磁性可回收率和磁性分離特性。

圖7. 在不同條件下的 (a) 瞬態光電流響應、(b) EIS圖、(c) LSV、(d) 莫特肖特基和 (e) 載流子濃度值。(f) MO@ZIS-30在有無磁場和光照作用下的溫度變化。(g) MO@ZIS-30在磁場作用下制氫過程的光熱映射圖像。

圖8. MO和ZIS的 (a) 帶隙值，(b) 莫特肖特基和 (c) 紫外光電子能譜。(d) S型MO@ZIS異質結光催化制氫的反應機理和 (e) 磁場誘導光熱輔助光催化機理示意圖。

04、【成果啟示】

綜上所述，通過低溫水浴法成功合成了具有S型異質結電荷轉移途徑的核殼MO@ZIS光催化體系，用于磁場誘導的光熱輔助光催化制氫。最佳MO@ZIS-30的光催化制氫性能為33.29 mmol h^-1 g^-1，顯著高于無磁場時。這種性能的改善是由于：(i) 磁場產生的洛倫茲力有效地抑制光產生電荷的重組，促進電子空穴對的分離，使更多的電子參與制氫反應；（ii）核殼異質結內的核心MO表現出強烈的光熱效應，將有效的熱傳到ZIS殼；（iii）磁場引起的磁熱效應可以進一步提高光催化體系的整體溫度，從而降低反應的活化能，提高析氫反應動力學；（iv）S型異質結的構建顯著促進了光生電荷的空間分離，保證了保留具有強還原能力的電子，促進光催化制氫反應。本研究為磁場誘導的光熱輔助光催化劑的設計提供了深刻的監督和系統的方法，為多場耦合光催化反應體系的應用開辟了新的可能性。

全文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.fuel.2024.132394

【作者信息】

蒿鵬宇（第一作者），江蘇科技大學能源與動力學院2022級在讀碩士研究生。主要從事能源光催化(光熱輔助-光催化制氫)，環境光催化等領域的研究，以第一作者在著名國際期刊《Separation and Purification Technology》、《Fuel》上發表SCI論文2篇。

郭峰（通訊作者），民盟盟員, 現任江蘇科技大學副教授，碩士生導師，新能源系專業負責人，中國感光學會光催化專業委員會會員，江蘇省環境科學學會會員, 新加坡維澤專家庫（VE）材料科學專家委員會會員。長安大學市政工程專業博士畢業，獲工學博士學位。主要從事g-C3N4基復合光催化材料的設計、構筑以及光催化性能等方面的研究工作。主持國家自然科學基金項目，江蘇省青年基金項目，江蘇省“青藍工程”優秀骨干教師人才項目，校級深藍杰出人才項目, 河北省水資源可持續利用與開發實驗室開發基金，江蘇省產學研項目等10余項。近年來，共計以第一作者或通訊作者發表110余篇SCI收錄論文，ESI高被引論文30余篇，ESI熱點論文9篇，引用11500余次，H-index 65。1篇獲得Inorganic Chemistry Frontiers期刊2020年度最佳論文獎，2023年度江蘇省高等學校科學技術研究成果獎二等獎，2023年度江蘇省復合材料學會科技進步二等獎，入選2023年江蘇省自然科學百篇優秀學術成果論文，榮獲國際學術獎“最佳研究者”獎，國家授權發明專利5項，指導本科生獲得江蘇省優秀本科畢設一等獎1次，教育部能源與動力全國優秀百篇畢業設計論文2次。入選2022/2023年全球前2%頂尖科學家榜單（World’s Top 2% Scientists 2022/2023）、江蘇省“科技副總”、鎮江市“出彩教育人”、校“優秀教師”、本創“優秀指導教師”、省級競賽“優秀指導教師”等稱號，相關工作發表在《Applied Catalysis B: Environmental》、《Chemical Engineering Journal》、《Journal of Hazardous Materials》、《Small》、《Advanced Powder Materials》、《Journal of Catalysis》、《Separation and Purification Technology》等高水平雜志。

施偉龍（通訊作者），無黨派人士，華中科技大學博士，鄭州大學博士后，現任江蘇科技大學副教授，碩士生導師，中國感光學會光催化專業委員會會員，江蘇省復合材料學會會員，江蘇省環境科學學會會員，江蘇省材料學會會員。主要從事碳基（碳點、氮化碳）復合光催化材料的設計、構筑以及光催化性能（降解、分解水制氫、海水淡化及防腐）等方面的研究工作。相關工作發表在Appl. Catal. B: Environ., Adv. Powder Mater., J. Mater. Chem. A, Chem. Eng. J., J. Cat. ACS Appl. Mater. Inter., Small, J. Hazard. Mater., Sep. Purif. Technol., Inorg. Chem. Front.,等高水平雜志。截止目前，共計以第一作者或通訊作者發表120余篇SCI收錄論文，ESI高被引論文40余篇，ESI熱點論文17篇，引用12000余次，H-index 66，出版學術專著1本，1篇獲得Inorganic Chemistry Frontiers期刊2020年度最佳論文，入選2024年江蘇省“青藍工程”優秀骨干教師，2023年度江蘇省高等學校科學技術研究成果獎二等獎，2023年度江蘇省復合材料學會科技進步二等獎，2023年江蘇省自然科學百篇優秀學術成果論文，2023年江蘇省優秀碩士論文1篇。榮獲國際復合材料“最佳研究者”獎，授權國內發明專利2項。入選2022/2023年全球前2%頂尖科學家榜單（World’s Top 2% Scientists 2022/2023），主持國家自然科學基金青年、中國博士后面上基金、江蘇省“雙創博士”、“科技副總”人才項目、河南省博士后科研項目啟動資助、河北省水資源可持續利用與開發實驗室開發基金、中國石油和化工行業太陽能電池電極材料重點實驗室開放基金、功能無機材料化學教育部重點實驗室開放基金、江蘇省產學研項目、校級深藍杰出人才等10余項。

? ? ? ? Mxene材料具有優異的導電性和機械性而備受關注。傳統的Mxene薄膜制備方法存在著一些問題，例如成本高、工藝復雜等。為了解決這些問題，研究人員提出了一種新的制備方法——液態金屬順序橋聯法。該方法利用液態金屬在Mxene表面形成一層金屬膜，通過順序橋聯反應將金屬膜與Mxene層連接在一起，形成超強Mxene薄膜。北京航空航天大學的程群峰教授團隊，魏立，周天柱（博士后）、張澤軍（博士研究生）、李雷（博士研究生）作為共同一作，報道了采用刮刀涂覆的方法制備取向度為0.75的MXene薄膜，拉伸強度可達570 Mpa。發展了一種空間受限蒸發方法，進一步將Mxene納米片的取向度提高到0.99，所得到的Mxene薄膜的拉伸強度為707 Mpa。空洞和界面相互作用也是提高MXene薄膜應力傳遞效率的重要因素，相關研究成果以 “Ultrastrong MXene film induced by sequential bridging with liquid metal”為題目發表在國際頂級期刊Science上。

二、【科學貢獻】

? ? ? ? 將碳化鈦(Ti₃C₂T_x)Mxene納米片組裝成宏觀薄膜是一個挑戰，包括空洞、低取向度和弱界面相互作用，這些都降低了力學性能。展示了一種使用液態金屬(LM)和細菌纖維素(BC)順序橋接MXene納米片(LBM膜)的超強宏觀Mxene薄膜，獲得了908.4兆帕的抗拉強度。采用反復涂覆葉片的逐層方法使薄膜的取向度提高到0.935，而具有良好變形性的薄膜將孔洞減少到5.4%。通過BC的氫鍵和與LM的配位鍵合，增強了界面的相互作用，提高了應力傳遞效率。順序橋聯為將其他二維納米片組裝成高性能材料提供了一條途徑。

圖1 LBM薄膜的制備原理與表征。? 2024 Science

圖2 LBM薄膜的界面相互作用表征。? 2024 Science

圖3 LBM薄膜的力學性能和斷裂機理。? 2024 Science

圖4 電磁干擾屏蔽效能的表現。? 2024 Science

三、【 創新點】?

? ? ? 1．通過順序橋接離子和共價鍵，通過組裝大小的MXene薄片，進一步減少了空隙。所得MXene薄膜的孔隙率低至4.11%，拉伸強度高達739 Mpa。所獲得的MXene薄膜的拉伸強度遠遠低于本征單層MXene的拉伸強度，僅為17.3 GPA。

2. 通過依次橋接氫鍵和共價鍵， MXenefime中的孔隙率從15.4%降低到5.35%，導致抗拉強度為583兆帕。

四、【 科學啟迪】

? ? ? ? 本文用LM（液態金屬）和BC（細菌纖維素）連續橋聯MXene納米片，制備了超強宏觀LBM薄膜。該納米顆粒有效地減少了LBM膜的空洞。通過BC的氫鍵和與LM的配位鍵，MXene納米片之間的界面相互作用得到了極大的加強。這些結果進一步提高了MXene納米薄片在LBM薄膜中的應力傳遞效率。此外，LBM薄膜具有較高的電磁屏蔽效率。該方法提出的使用LM和BC的制造策略減少了空洞并提高了應力傳遞效率，這可能使其他二維納米片組裝成高性能材料成為可能。

原文詳情：https://www.science.org/doi/10.1126/science.ado4257