浙大再發Nature；于吉紅、周宏才、孫守恆、周豪慎等人成果速遞

浙大再發Nature；于吉紅、周宏才、孫守恆、周豪慎、麥立強、黃昱、陸俊等人成果速遞丨頂刊日報20191018

1. Nature: 交聯離子低聚物，作為碳酸鈣的合適前體

無機材料在社會中起著至關重要的作用，包括建築結構，光學設備，機械工程以及作為生物材料的。但是，無機材料的製造受到經典結晶的限制，經典結晶通常會產生粉末，而不是具有連續結構的整料。為了改善無機材料的結構，已經提出了幾種能夠實現非經典結晶的前體，例如預成核簇，緻密液滴，聚合物誘導的液體前體相和納米顆粒。但是這些前體在整料製備中的大規模應用受到可用性和實際考慮的限制。受可通過交聯單體或低聚物的材料的可加工性的啟發，浙江大學唐睿康團隊通過交聯離子低聚物構建連續結構的無機材料的過程。

以碳酸鈣為模型，獲得了大量具有可控制分子量的低聚物（CaCO3）n，其中三乙胺用作封端劑以穩定低聚物。除去三乙胺可引發（CaCO3）n低聚物的交聯，從而快速構建純整體式碳酸鈣，甚至具有連續內部結構的單晶。低聚物前體的流體狀行為使其易於加工或模塑成形狀，甚至對於具有結構複雜性和可變形態的材料也是如此。該策略來自經典的無機和高分子化學的融合，並使用相同的交聯過程來製造材料。

Crosslinkingionic oligomers as conformable precursors to calcium carbonate

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1645-x

2. Nature Electronics: 外延生長和層轉移技術，用於電子和光子設備材料的異質集成

對改進的電子和光電子器件的需求推動了單晶半導體外延生長技術的發展。然而，晶格和熱膨脹係數失配問題限制了在異種材料上生長和集成高效電子和光子器件的選擇。因此，科研人員開發了先進的外延生長和層剝離技術來解決與晶格失配有關的問題。

近日，弗吉尼亞大學KyusangLee 聯合麻省理工學院 Jeehwan Kim回顧了用於先進電子和光子器件中的異種單晶材料的單片集成的外延生長和層轉移技術。還研究了涉及二維材料作為外延釋放層的新興外延生長技術，並探討了可以利用先進的外延生長和剝離方法的未來集成計算系統。

Lee, K. Kim, J. et al.Epitaxial growth and layer-transfer techniques for heterogeneous integration ofmaterials for electronic and photonic devices. Nature Electronics 2019.

DOI: 10.1038/s41928-019-0314-2

https://www.nature.com/articles/s41928-019-0314-2

3. Nat. Commun.: 在無機鈣鈦礦太陽能電池中，鋇誘導的相分離和帶隙減小

全無機金屬鹵化物鈣鈦礦正顯示出朝著有效的長期穩定材料和太陽能電池發展的前景。元素摻雜，特別是在鉛位置的元素摻雜，已被證明是獲得所需薄膜質量和材料相的有效策略，並用於高效，穩定的無機鈣鈦礦太陽能電池。

武漢理工大學Wanchun Xiang和洛桑聯邦理工學院AndersHagfeldt團隊通過在CsPbI2Br中添加鋇離子，鋇沒有摻入鈣鈦礦晶格中，但會引起相偏析，與前體化學計量相比，碘化物/溴化物的比率發生變化，因此鈣鈦礦相的帶隙能降低。鋇含量為20 mol％的器件顯示出14.0％的高效率，並極大地抑制了無機鈣鈦礦內部的非輻射覆合，從而產生了1.33 V的高開路電壓，電致發光的外部量子效率為10- 4。

Ba-inducedphase segregation and band gap reduction in mixed-halide inorganic perovskitesolar cells, Nature Communications

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12678-5

4. Sci. Adv.：硼烯-石墨烯異質結構

異種二維（2D）材料的整合對納米電子應用至關重要。與垂直堆疊相比，共價橫向縫合需要自下而上的合成，從而導致2D橫向異質結構非常罕見。硼烯具有多態性和不同的鍵合幾何形狀，是2D異質結構的有希望的候選者。

近日，美國西北大學報道了硼烯與石墨烯的橫向和縱向整合。儘管晶體學晶格和對稱匹配不完善，但topographic和空間分辨光譜測量表面其具有幾乎原子清晰的橫向界面。此外，在石墨烯下的硼插層會導致旋轉相稱的垂直異質結構。硼的豐富鍵合構型表明，硼烯可以整合到各種2D異質結構中。

XiaolongLiu and Mark C. Hersam*. Borophene-graphene heterostructures. Sci. Adv.,2019

DOI: 10.1126/sciadv.aax6444

https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax6444?rss=1

5. Joule: 雙層超疏水膜助力高級複合電解質Li-O2電池

儘管water-in-salt電解質能夠促使Li-O2電池中發生清潔的氧化還原反應，但是目前Li-O2電池的能量密度和能量效率仍然無法無鋰離子電池相媲美。而且，water-in-salt電解質陰極穩定性極限的尷尬位置也進一步擠壓了實際電池的工作電壓區間。在本文中，吉林大學的于吉紅與南京大學的周豪慎教授團隊通過將混合電解質涉及到雙室電池結構中有效地突破了這種“輸出電壓極限”。

在這種新型的雙室電池結構中，water-in-salt正極電解液和負極的離子液體電解液被一種柔性的雙層超疏水聚合物膜隔開。此外，他們將容量提高和過電位抑制歸功於基於溶液反應的Li2O2積累-水解機制。在3.6V充電截止電壓的控制下，這種Li-O2電池在循環250周時仍然具有較高的面積容量（2.5mAh/cm2）、顯著的能量效率（0.47V過電位）和長期可逆性（庫侖效率，99.5%），這使得Li-O2電池技術具有真正的競爭力。

YuQiao, Jihong Yu, Haoshen Zhou et al, Advanced Hybrid Electrolyte Li-O2Battery Realized by Dual Superlyophobic Membrane, Joule,2019

DOI:10.1016/j.joule.2019.09.002

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30430-1#

6. Joule觀點: 回收報廢的電動汽車鋰離子電池

鋰離子電池使用量的快速增長將會引入大量的廢舊鋰離子電池，處理廢舊鋰離子電池的步驟包括重新制造、重新定型和回收。再製造和再利用能夠延長電池的使用壽命，而回收利用則通過將材料返回到價值鏈上來形成閉合迴路。火法冶金，溼法冶金和直接回收是廢鋰離子電池的三個回收過程，這三個循環過程的學術創新和工業示範不斷湧現。

伍斯特工業學院Yan Wang等人總結了研究和工業上在火法冶金，溼法冶金和直接回收方面的最新進展，指出目前的回收技術都不是完美的，確實存在極大的挑戰，並提供了見解和建議，以改善鋰離子電池回收利用的方向，使其變得清晰。以期望在學術界，工業界和政府的共同努力下，從生態和經濟角度，使回收發揮更重要的作用。

MengyuanChen, Xiaotu Ma, Bin Chen, Renata Arsenault, Peter Karlson, Nakia Simon, YanWang, Recycling End-of-Life Electric Vehicle Lithium-Ion Batteries, Joule,2019.

DOI:10.1016/j.joule.2019.09.014

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S254243511930474X

7. Matter：Cu摻雜調節表面元素分佈顯著提高PtNi基ORR催化劑的穩定性

PtNi催化劑是燃料電池中氧還原反應的一類合金型高效催化劑，然而它們的穩定性較差。近日，加州大學洛杉磯分校的黃昱教授和約翰霍普金斯學院的Tim Mueller教授合作，通過在合成過程中引入第三種元素Cu來調節其表面元素分佈，從而顯著增強了八面體PtNi納米顆粒的穩定性和活性。

為了揭示這一現象背後的機制，他們進行了蒙特卡羅(KMC)動力學模擬初始化使用生長跟蹤實驗，與PtNi相比，PtNiCu顯著提高改善了鎳和銅的保留率，與實驗一致。KMC中單個原子的運動軌跡表明，穩定性的增強可以歸因於合成催化劑中表面Pt組分的增加，這減少了表面空位的產生，抑制了表面遷移，並抑制了亞表面銅和鎳原子的溶解，從而顯著增強了催化劑的穩定性。

Liang Cao, Zipeng Zhao, ZeyanLiu, Wenpei Gao, Sheng Dai, Joonho Gha, Wang Xue, Hongtao Sun, Xiangfeng Duan,Xiaoqing Pan, Tim Mueller, Yu Huang. Differential Surface ElementalDistribution Leads to Significantly Enhanced Stability of PtNi-Based ORRCatalysts. Matter, 2019.

DOI:10.1016/j.matt.2019.07.015

https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.07.015

8. Matter：新型AuPd金屬納米顆粒催化防彈聚合物材料的可控合成

利用納米粒子催化化學反應生成功能高分子是化學研究的一個重要領域。近日，布朗大學的孫守恆團隊設計製備了一種AuPd納米顆粒體系作為一種具有高催化活性和穩定性的催化劑，通過串聯反應一鍋法合成聚苯並惡唑。一鍋反應依賴於AuPd納米顆粒的大小和組成，8nm的Au39Pd61納米顆粒是聚合反應的最佳催化劑。

與商業PBO (Zylon,Mw = 40 kDa)相比，使用該催化劑製備的高純PBO在600℃以下具有優異的熱穩定性，在苛刻環境條件下具有更好的化學和機械穩定性。報道的納米顆粒催化的一鍋反應並不侷限於PBO的形成，還可以作為剛性聚合物的一般方法加以推廣，對於防彈纖維、阻燃和智能紡織品的應用非常重要。

Chao Yu, Xuefeng Guo, Zhouyang Yin, Zhonglong Zhao,Xing Li, Jerome Robinson, Michelle Muzzio, Cintia J. Castilho, Mengqi Shen,Yucheng Yuan, Junyu Wang, John Antolik, Gang Lu, Dong Su, Ou Chen, PradeepGuduru, Christopher T. Seto, Shouheng Sun. Highly Efficient AuPd Catalyst forSynthesizing Polybenzoxazole with Controlled Polymerization. Matter, 2019.

DOI: 10.1016/j.matt.2019.09.001

https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.09.001

9. Matter綜述：金屬有機骨架（MOFs）的控制合成以及分層組裝

金屬有機骨架（MOFs）已經被廣泛應用於氣體存儲和分離，藥物輸送和催化劑等。MOFs的設計與結構，以及分層的組裝對於增強其性能，如分離動力學，催化活性和選擇性，都起著至關重要的作用。近日，美國德州農工大學Zhou Hong-Cai教授及其研究團隊於Matter上發表了關於MOFs的控制合成及分層組裝的綜述。

他們總結了近期關於控制合成可調節尺寸與形貌的MOFs的研究進展，並討論了新型MOFs的分層結構的程序組裝，而且強調MOFs的成分，形貌以及分層的孔結構對於傳遞和催化等應用的至關重要的作用。他們簡要概述了MOFs超結構和分層功能的化合物的程序組裝。他們旨在為研究MOFs及其分層組裝提供綜合指導，並反過來設計合成具有前所未有可調性的材料，從而使其應用到更多的方面。

LiangFeng, Kun-Yu Wang, Joshua Powell, and Hong-Cai Zhou. ControllableSynthesis of Metal-Organic Frameworks and Their HierarchicalAssemblies. Matter 1, 801–824, October 2, 2019.

DOI:10.1016/j.matt.2019.08.022

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238519302152

10. AEM: 利用二氧化硅限制硫化鎳中硫的“散發”用於高性能鋰離子電池

硫化鎳以其高的理論容量被認為是一種很有前途的新型鋰離子電池負極材料。但是，在運行的過程中，由於容量的重大變化而導致的容量衰減大大限制了它們的實際應用。近日，武漢理工大學麥立強教授以及阿貢國家實驗室陸俊 等人通過一種分步構建的方法，通過模板輔助塗層，熱處理和刻蝕工藝合成了NiSx@C 卵黃（yolk-shell）結構。

值得一提的是， SiO2在煅燒中產生緻密層限制硫的“散發”，並且NiSx@C yolk-shell結構可以產生穩定的電化學反應化境，以緩衝鋰化和脫鋰過程中NiSx yolk的嚴重體積膨脹，還有助於形成穩定的固體電解質界面（SEI）層。具有yolk-shell 結構的NiSx@C在鋰離子電池中顯示出優異的循環穩定性（在1A g-1的電流密度下充放電2000次容量還能達到460 mAh g-1）以及優越的倍率性能（在20 A g-1下容量達到225 mAh g-1）。

QidongLi, Liqiang Mai*, Jun Lu*, et al. Silica Restricting the SulfurVolatilization of Nickel Sulfide for High‐Performance Lithium‐Ion Batteries

DOI:10.1002/aenm.201901153

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901153

11. Adv. Sci.: Ruddlesden–Popper鈣鈦礦：光電應用的合成和光學性質

Ruddlesden-Popper鈣鈦礦作為下一代光電器件的候選者最近引起了廣泛的關注。有機陽離子，金屬鹵化物和結構中層數的變化導致不同光電應用的晶體結構和性能發生變化。

吉林大學William W. Yu和Yu Zhang總結和比較了二維鈣鈦礦晶體和薄膜的不同合成方法。器件中的光電特性和電荷轉移過程也被研究 （特別是對於發光二極管和太陽能電池）。

Gao, X. Yu, W. W. Zhang, Y. et al. Ruddlesden–Popper Perovskites: Synthesis and Optical Properties forOptoelectronic Applications. Adv. Sci. 2019.

DOI: 10.1002/advs.201900941

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/advs.201900941

12. Angew：Mo2C衍生的多金屬氧酸鹽用於腫瘤診療

為了克服目前化學動力學治療(CDT)所存在的一些侷限性，南京工業大學宋雪嬌博士和董曉臣教授合作製備了一種Mo2C衍生的多氧金屬酸鹽(POM)，並將其作為一種可以協同進行化學動力學-NIR II光熱治療的新型CDT試劑。研究發現，POM可以在酸性的腫瘤微環境(TME)中聚集，因此能夠實現特異性地腫瘤靶向。

而它除了能通過Russell機制產生單線態氧(1O2)外，還可依靠出色的光熱轉換性能來增強其CDT效應從而提供更好的腫瘤治療效果。同時POM還可以通過NIR-II光聲成像對腫瘤進行診斷並對治療進行優化。得益於鉬具有的可逆的氧化還原特性，該POM納米顆粒可以從抗氧化防禦系統中逃逸從而實現持續的治療以完全治療腫瘤，並且毒副作用也非常低。

GongyuanLiu, Xuejiao Song, Xiaochen Dong. et al. Mo2C-Derived Polyoxometalate forNIR-II Photoacoustic Imaging-Guided Chemodynamic/Photothermal Synergistic Therapy. Angewandte ChemieInternational Edition. 2019

DOI:10.1002/anie.201910815

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910815