材料前沿最新综述精选(2017年11月第3周)

1、Adv. Energy Mater. 综述：富镍正极商业化前景以及其所面临的现实问题

图1：富镍阴极材料商业化的要求和考虑

层状富镍正极材料因其可逆容量大、成本低等优点，被认为是锂离子电池的优秀正极材料。然而，镍含量超过80%的富镍正极材料在实际应用中存在着不稳定的粉末性质和电极密度限制等重大挑战。

近日，韩国蔚山国家科学技术研究所的Minjoon Park和Jaephil Cho教授（共同通讯）等人在Adv. Energy Mater.上发表了一篇关于富镍正极的综述文章。该综述总结了富镍正极材料在工业电极制造条件下的稳定性问题并且对富镍正极材料的性质进行了深入探讨。此外，该综述还从材料的角度系统研究了多种威胁电池安全的因素，如粉末性能、热/结构的稳定性等。

文献链接：Prospect and Reality of Ni-Rich Cathode for Commercialization (Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201702028)

2、Adv. Energy Mater. 综述：高性能热电材料的进展及其应用

图2：(a).2015年能量总份额；(b).能源消耗统计与估计；(c).热电发电机的模型

热电材料可以将热能转换为电能来提高燃料效率，并通过收集废热，为工业提供可靠的替代能源，这为寻找新能源提供了解决方案。优异的热电材料是制备高性能的热电器件关键，高性能热电器件的发展不仅拓宽了热电应用的市场还提升了科研人员对材料研究的积极性。

近日，昆士兰大学邹进教授和陈志刚副教授（共同通讯）等人在Adv. Energy Mater.上发表了一篇关于热电材料的综述。该综述总结了实现高性能碲材料的新策略及其主要的新应用。其中操纵材料的载流子浓度和能带结构是优化电荷传输性能的有效途径，而纳米结构工程和缺陷工程则可以大大降低接近非晶态极限的热导率。目前，热电器件被用来在远程任务、太阳能热系统、可植入或可穿戴设备、汽车工业以及许多其他领域；它们也用作温度传感器和控制器甚至气体传感器。热电领域的未来趋势是协同优化和整合所有的有效因素，进一步提高热电性能，使高效的热电材料和器件更有益于日常生活。

文献链接：High Performance Thermoelectric Materials: Progress and Their Applications (Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201701797)

3、Prog. Polym. Sci. 综述：螺吡喃助力聚合物感应应力

图3：固体聚合物中机械诱导的sp活化

近年来，机械响应聚合物在应力/应变传感和损伤预警等方面具有重要应用，因此此类聚合物获得了研究者的大量关注。近日，加拿大麦克马斯特大学的朱世平教授（通讯作者）等人在Prog. Polym. Sci.上发表了一篇关于应力感应聚合物的综述。在该综述中，研究者提出了螺吡喃(SP)的机械化学流程，以及螺吡喃在各种聚合物体系中的影响因素和应用。综述的最后简要的强调了螺吡喃在聚合物应用中所面临的局限性及其未来的研究方向。

文献链接：Let spiropyran help polymers feel force! (Prog. Polym. Sci, 2017, DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2017.11.001)

4、Scripta Mater. 综述：RFe₁₂型化合物在永磁体中的研究进展

图4：R(Fe, M )₁₂的四方晶胞

 ThMn₁₂型化合物一直都被公认为是一类潜在的永磁材料，但是其研究在近些年才逐步展开。特别是近四年，关于ThMn₁₂型化合物在永磁领域的文章特别多。其一是由于Nd-Fe-B作为最好的磁铁材料已经发展到了520 kJ m^-3的极限值，因此更具有发展潜力的ThMn₁₂型化合物再次受到关注。其二是因为磁体材料在新一代的风力涡轮机和电动（混合动力）汽车中需要在175-200℃中工作，而Nd-Dy-Fe-B和Sm-Co磁铁承担不了此重任。因此急需发展新的铁磁材料来适应新时代的需求。

 近日，美国特拉华大学A.M. Gabay教授（通讯作者）等人在Scripta Mater.上发表了一篇关于RFe₁₂型化合物永磁体的综述。该论文回顾和分析了ThMn₁₂型硬磁性化合物的发展历程，并且试图找出当下最有前景的永磁材料。该论文还提出，由于机械化学为制备具有高矫顽力的各向异性磁粉提供了契机，研究者在利用Ce取代和无稀土化合物来制备各向异性磁粉方面表现出浓厚的研究兴趣。

文献链接：Recent developments in RFe12-type compounds for permanent magnets (Scripta Mater., 2017, DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.10.033)

5、Chem. Soc. Rev. 综述：有机气溶胶中的相分离

图5：气溶胶对气候与人类健康的影响

有机气溶胶在大气中无处不在，一般是由有机化合物和盐组成，其一方面会影响太阳光的散射，另一方面气溶胶会变成形成乌云的核进而影响气候。历史上科学家认为有机气溶胶的形成需要经过两个相变：风化（结晶）和潮解（吸水）。然而，近十几年提出的一种新的观点认为有机气溶胶可以经历液-液的相分离，最终形成两个液相粒子。近几年研究者对液-液相分离进行了细致的研究，并且其机制也发展到了理论模型的阶段。

近日，美国滨州州立大学的Miriam Arak Freedman教授（通讯作者）等人对这些研究进行了系统的综述。总结了近期研究的实验结果，其中包括关于抑制液-液相分离的最新成果。

文献链接：Phase separation in organic aerosol (Chem. Soc. Rev., 2017, DOI: 10.1039/c6cs00783j)

6、Chem. Soc. Rev. 综述：化学工程和催化技术中的3D打印：结构化催化剂、混合器和反应器

图6:3D打印的过程：(a).利用CAD设计三维物体；(b).模型转换成3D打印格式；(c).将模型进行数字切片；(d).最后对对象进行分层打印

3D打印技术结合了计算机辅助制造技术和模拟数据处理方法，正在改变制造和设计功能对象的方式。此外，在催化技术和化学工程领域，利用添加剂对制备进行调控，也被称为3D打印。3D打印技术虽然仍处于早期阶段，但这些制造工具所实现的数字数据和物理对象之间的快速无缝过渡将有助于研究和制造反应器和结构化催化剂。

近日，鲁汶大学的Simon Kuhn教授和Rob Ameloot（共同通讯作者）等人在Chem. Soc. Rev.上发表了一篇关于利用3D打印技术来辅助化学催化反应的综述。这篇综述强调了利用3D打印和计算模型作为数字工具来设计和制造反应器和结构催化剂等一系列研究成果。该研究将会促进化学和材料科学的紧密结合，另一方面也会促进数字制造和计算模型的交互。

文献链接：3D printing in chemical engineering and catalytic technology: structured catalysts, mixers and reactors (Chem. Soc. Rev.， 2017, DOI: 10.1039/c7cs00631d)

7、Chem. Soc. Rev. 综述：利用能量收集材料和器件控制电化学过程

图7：将各种能量采集设备应用于控制电化学过程

如今，能量收集是一个极其热门的课题，它的目的是将环境中的各种形式的能量，如机械运动、光和热等转化成可被人类利用的能量。在许多情况下，是通过热电子器件与光伏器件将热或光转化为电能，随后电能被整流并储存在电容器之中用于给电子器件供电；亦或是利用无线和自供电的传感器和低功耗电子产品。

近日，英国巴斯大学的Yan Zhang研究员（通讯作者）等人在Chem. Soc. Rev.上发表了一篇关于应用能量收集器件来控制电化学过程的综述。文章具体综述了近年来一些新兴的储能领域，其目的是直接将能源收集材料和设备与电化学系统进行耦合。收集能量器件的原理包括热释电、压电、电、变电、热电和光电效应。这些能量收集器件被用于影响各种电化学系统，如与水分解、催化、腐蚀防护、污染物降解、细菌消毒和材料合成等的相关应用。此外，该综述还对能量收集方法和其对电化学过程操控模式之间的细节进行了细致的描述。同时还着重讨论了电化学采集系统发展的未来方向，展望了该系统新的应用和混合方法的潜力。

文献链接：Control of electro-chemical processes using energy harvesting materials and devices (Chem. Soc. Rev., 2017, DOI: 10.1039/c7cs00387k)

8、Acc. Chem. Res. 综述：在分子水平理解离子液体中的模板效应

图8：[C₈C₁Im]⁺阳离子溶液（左），溶于[C8C1Im][NTf2]中的月桂醇溶液(中)和溶于[C₂C₁Im][NTf₂]中的月桂醇溶液(右)的空间分布函数

研究者常用结构导向效应和模板效应来解释离子液体合成中所存在的差异性，即造成差异性的合成结果的原因可能是由于不同的支架或不同离子液体的几何排列所导致的。这种效应也许来源于最可能的复杂微观结构，该微观结构存在于离子液体本身。当下，离子液体的微观不均一性仍然是现在主流的认知，但是其在分子层面的认知仍然不足。

近日，波恩大学的Oldamur Hollóczki 和Barbara Kirchner教授（共同通讯作者）等人在Acc. Chem. Res.上发表了一篇综述。该综述为离子溶液提供了详细的分子水平的认识，并从分子结构上理解了结构导向与模板效应。

文献链接：A Molecular Level Understanding of Template Effects in Ionic Liquids (Acc. Chem. Res., 2017, DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00436 )

本文由材料人电子电工组刘于金供稿，材料牛整理编辑。

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