Science盘点: 8月材料领域重大进展

1、Science: 原子水平观测高活性无Pt ORR催化剂活性位点

洛斯阿拉莫斯国家实验室Piotr Zelenay（通讯作者）等人利用两种氮前驱体合成具有多级孔隙结构的Fe-N-C基催化剂并测试其H₂-空气性能，能实现与Pt催化剂相当的性能。同时，利用球差校正扫描透射电镜确认其活性位点为FeN₄结构。这有助于提高对无铂族金属ORR催化剂（PGM-free）的认识以及降低质子交换膜燃料电池的成本推进其应用。

文献链接：Direct atomic-level insight into the active sites of a high-performance PGM-free ORR catalyst（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan2255）

2、Science: 机械化学解离绝缘聚酯制备半导体聚乙炔

斯坦福大学Todd J. Martinez、Noah Z. Burns和夏岩（共同通讯作者）等人报道在应力作用下大分子结构重新排列，受机械化学响应的非共轭型聚合物可以转化为共轭聚合物。并利用此方法成功解离了聚酯，获得聚乙炔嵌段共聚物。所制备的聚乙炔具有很长的共轭长度以及均一的反式构型，能够自我组装成为半导体纳米线。

文献链接：Mechanochemical unzipping of insulating polyladderene to semiconducting polyacetylene（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan2797）

3、Science: 新合成sp²杂化二维COFs晶体

日本北陆先端科学技术大学院大学江东林教授（通讯作者）等人通过TFPPy（tetrakis(4-formylphenyl)pyrene）和PDAN（1,4-phenylenediacetonitrile）中C=C的缩合反应，构建π共轭的2D sp²-c-COF晶体。材料在x和y外延键合形成的2D晶格中，每隔一定距离出现C=C键合的芘节点，因而整个体系表现出有序的层状结构而不是传统的无序结构。该sp²-c-COF有着本征的半导体特性，能隙为1.9 eV，可以通过化学氧化进一步提高其导电性。同时芘节点产生的自由基，可使材料形成具有高自旋密度的顺磁碳结构。

文献链接：Two-dimensional sp² carbon-conjugated covalent organic frameworks（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan0202）

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4、Science:  神奇的注入型润滑剂材料让贻贝不再“粘人”

哈佛大学的Joanna Aizenberg、 弗里德里希-亚历山大大学的Nicolas Vogel和新加坡南洋理工大学的Ali Miserez（共同通讯作者）等人报道了注入润滑剂的表面可成为新型防水涂料，具有很好的防止生物污染能力。通过不混溶、不反应的液体润滑剂覆盖在固体基材上，以防止贝类与材料直接接触。因为润滑剂注入的涂层在排斥有机液体、水，减少细菌、血液和藻类的结垢方面特别有效，所以它们可以有效地防止贻贝粘附。

文献链接： Preventing mussel adhesion using lubricant-infused materials（Science，2017，DOI: 668–673）

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5、Science: 分子自旋光伏器件

西班牙CIC nanoGUNE研究中心的Luis E. Hueso（通讯作者）等人报道了一种基于C₆₀富勒烯的分子自旋光伏器件，其将光伏响应与穿过分子层的自旋传输相结合。光伏响应可以在小磁场的应用下进行改进，室温下的磁光伏效应可达5％。包括磁电流逆变器和某些照明度下发散磁电流的存在使其在传感领域大有用处。完全的自旋极化电流可以在光生载流子的存在下通过平衡外部的空间自旋极化注入产生。

文献链接：A molecular spin-photovoltaic device（Science.2017，DOI: 10.1126/science.aan5348）

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6、Science: D&P钢中高位错密度引起高延性

香港大学的黄明欣博士与北京科技大学的罗海文教授（共同通讯作者）发展了一种变形分区（D&P）策略来解决上述问题。研究人员利用轧制和低温回火过程将中锰钢成功发展为超级钢（10%锰，0.47%碳，2%铝，0.7%钒）。这其中锰和碳原子都是奥氏体稳定剂，而铝的作用是抑制了回火过程中渗碳体的析出，钒的加入则可以形成碳化物来增强对滞后断裂的抵抗性。通过引入大量的可移动位错，研究人员成功地证明了提高位错密度能够同时提高材料强度和延展性。

文献链接：High dislocation density–induced large ductility in deformed and partitioned steels（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan0177）

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7、Science: 通过碳纳米管纱线的扭曲收集电能

韩国汉阳大学的Shi Hyeong Kim，美国德克萨斯大学的Carter S. Haines和Na Li（共同通讯）等人报道了一种碳纳米管纱线能量收集器件，该器件可以通过拉伸和扭转将机械能转换为电能而不要需要外加电压；将盘绕的碳纳米管纱线拉伸最大可获得250W/kg的电功率（循环至30Hz），每圈循环的电能可达41.2J/kg。这种能量收集器可以用于海洋中收集潮汐能，将其与热驱动人工肌肉相结合可以把温度的变化转换为电能，将其编织到纺织品中可以用于自供电呼吸传感器中，为发光二极管供电或者为储能电容器供电。

文献链接：Harvesting electrical energy from carbon nanotube yarn twist( Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aam8771)

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8、Science: 2D异质结、多异质结以及超晶格的可控外延生长

湖南大学（第一单位）及加州大学洛杉矶分校的段镶锋教授和湖南大学段曦东（共同通讯作者）报道了一种能控制多种异质结、多异质结和超晶格2D原子晶体生长的普适性合成方法。通过改性气相沉积，在连续的气相沉积过程，温度浮动期间加以反向气流，可以冷却存在的2D晶体以防止不需要的热降解和不可控的均相成核，因此能实现高度稳健的逐块外延生长。同时，不限于单一的异质结，更多不同的2D异质结（如WS₂-WSe₂和WS₂-MoSe₂）、多异质结（如WS₂-WSe₂-MoS₂和WS₂-MoSe₂-WSe₂）和超晶格（如WS₂-WSe₂-WS₂-WSe₂-WS₂）通过精确的空间调制成功制备。所制备的WSe₂- WS₂表现出很好的二极管特性，整流比高达10⁵。

文献链接：Robust epitaxial growth of two-dimensional heterostructures, multiheterostructures, and superlattices（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan6814）

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本文由材料人学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。

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