纳米材料前沿研究成果精选【第5期】

1.Nature Communications：光驱动超稳定纳米机械转子

纳米机械装置吸引了越来越多的跨学科研究团体的兴趣，因为它们可以用作各种物理量的高度敏感的换能器。对这些系统的精确控制有助于在物理学基础上进行实验。近日，维也纳大学的Stefan Kuhn（通讯作者）团队报道了将时钟稳定性转换为真空中光学捕获的硅纳米棒的旋转。 通过用圆偏振光周期性地驱动旋转，创建了一个纳米力学转子，其旋转频率fr和频率噪声由周期性驱动单独确定。 这种从动转子对非保守力敏感，工作频率可以调节近1012倍的线宽。 通过这种方法，频率稳定性不受材料应力，激光噪声和碰撞阻尼的影响。 被驱动的纳米旋转器可在室温下工作，并且可在从低真空到中真空的宽压力范围内工作，实现三分之一压力分辨率，原则上允许低于zepto-Nm水平的转矩灵敏度。

文献链接：Optically driven ultra-stable nanomechanical rotor （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01902-9）

2.Nature Communications：金底物相互作用在催化金亚纳米团簇中的关键作用

金在催化中的应用在过去的25年中经历了巨大的发展，主要是由于其在温和的反应条件下的高催化性能和在有机官能团转化中的高选择性。 根据金的氧化和聚集状态，已经开发了不同类型的反应。 因此，Au（0）以小尺寸纳米粒子（AuNPs）的形式用于非均相催化活化C-X键（X = C，H，卤素等），而Au（I）和Au（III）物质被广泛用作活化烯烃和炔烃的均相催化剂，金催化剂的发展使得有机合成的活性和复杂性大大提高。最近，报道了使用非常活跃的小金子亚群（Aun，n <10）。这种纳米催化剂的稳定化以防止自聚集是一个真正的挑战，已经部分地得到了解决，例如，通过固定在聚合物基质中。近日，西班牙拉里奥哈大学Gonzalo Jiménez-Osés和José M. López-de-Luzuriaga（共同通讯）团队的工作描述了通过烷基链或芳族基团附加到简单炔烃的反应性π键上的非常小的金亚纳簇（Aun，n <5）的瞬态稳定。中长链脂肪族炔烃（1-己炔和1-二十烷）和苯乙炔相对于苯乙炔的布朗斯特无酸水合的优越性能被实验证明，并在计算上进行研究。由量子力学计算和时间分辨发光实验支持的色散Au ... C-H和/或Au ...π相互作用的协作网络被认为是这种稳定的起源。

文献链接：The key role of Au-substrate interactions in catalytic gold subnanoclusters （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01675-1）

3. ACS Nano: 在铁磁稀土表面合金上取向有序纳米线的聚合

磁性底物与分子覆盖层的高反应性迄今为止抑制了更复杂的表面上反应的实现，从而剥夺了显着类别的化学定制的有机物如石墨烯纳米带，寡核自旋链和金属有机网络的这些界面。近日，西班牙CFM材料物理中心-MPC的Jens Brede（通讯作者）团队提出了一种多技术表征聚合4,4"-二溴对三联苯前体有序的聚（亚苯基）阵列顶部的双金属GdAu2表面合金。随着温度依赖性X射线光电子能谱，溴分裂的活化温度和随后的分子前体的同时偶联。通过低能电子衍射和扫描隧道显微镜进行超分子和聚合物相的结构表征，建立了延伸到中尺度的非常有序的程度。 利用高均匀性，利用角分辨光电子能谱测定了价带的电子结构。 重要的是，观察到局部分子轨道转变成高度分散的π-带（成功聚合的指纹），同时使所有表面相关的带完好无损。 此外，通过X射线吸收光谱学证明了所有相的GdAu2中的铁磁有序性。 将原位精确生长的共价键大分子原位方法转移到磁性稀土合金上，是研究和控制固有的碳基和稀土基磁性的重要一步。

文献链接：Polymerization of Well-Aligned Organic Nanowires on a Ferromagnetic Rare-Earth Surface Alloy （ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b06374）

4.JACS: N配位双金属位点的设计：用于酸性氧还原反应的稳定且活性的PtFree催化剂

目前，报道的非贵金属催化剂催化的ORR活性由于严重的浸出而在酸性介质中缓慢，表现为较大的超电位（40-400mV）和稳定性差于市售的Pt / C。为了实现商用Pt基材料的替代，中国科学技术大学吴宇恩教授和西安交通大学常春然副教授（共同通讯）团队开发了一种主客体策略，构建了一种在N掺杂多孔碳上嵌入Fe-Co双重位点的电催化剂，并展示了其在酸性电解质中氧还原反应的活性。该催化剂表现出优异的氧还原反应性能，具有与市售的Pt / C相当的起始电位（Eonset，1.06 vs 1.03V）和半波电位（E₁ / 2,0.863 vs 0.858V）。燃料电池测试表明（Fe，Co）/ N-C比H₂ / O₂和H₂ /空气中报道的大多数无Pt催化剂优异。 此外，这种具有双金属位点的阴极催化剂在长期运行中是稳定的，电极测量为50,000次循环，H2 /空气单室操作为100小时。 密度泛函理论计算揭示了双重位点有利于O-O的激活，对四电子氧还原至关重要。

文献链接：Design of N‑Coordinated Dual-Metal Sites: A Stable and Active PtFree Catalyst for Acidic Oxygen Reduction Reaction (J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b10385）

5. Nature Communications：大量子点的非通用传输相位行为

电子波函数通过量子点在相干传输中经历相位修改。当扫描到库仑阻塞共振时，该传输阶段经历π的特征偏移。在连续的共振之间，根据量子点状态的奇偶性，理论上期望发生π的传输相位逝去或相位平稳。尽管相当多的实验努力，这个传输阶段行为仍然是一个大量子点难以捉摸。近日，法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的Christopher Bäuerle （通讯作者）团队提出了跨越这样一个容纳数百个电子的大量子点的传输相位测量。用一个原始的双路干涉仪沿着14个连续的共振扫描传输相位，并观察到相位失效和平台。研究证明，量子点变形通过涉及的量子点状态的奇偶校正修改改变了相位失效和高原的顺序。这一发现为全面了解量子点的传输阶段设定了里程碑

文献链接：Non-universal transmission phase behaviour of a large quantum dot （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01685-z）

6. Nature Communications：由金属有机骨架制造高负载的二氧化硅负载的钴费托催化剂

制备高负载金属纳米载体催化剂的合成方案的发展在过去几年得到了很大的关注。 由于这些关键性能参数之间有明确的相互依赖性，独立控制金属负载，纳米粒子尺寸，分布和可接近性已经被证明是具有挑战性的。 近日，德尔福特理工大学及国王阿卜杜拉科技大学的 Jorge Gascon（通讯作者）提出了一种逐步的方法，使用含钴金属有机框架作为硬模板（ZIF-67），解决了这个长期的挑战。 二氧化硅在空间的Co-金属有机框架中的缩合，然后热解并且随后煅烧这些复合物使得高负载的钴纳米复合材料（重量约50％的Co）具有约80％的氧化钴还原性和良好的颗粒分散性，在费 - 托合成中表现出高活性，C5 +选择性和稳定性。

文献链接：Manufacture of highly loaded silica-supported cobalt Fischer–Tropsch catalysts from a metal organic framework （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01910-9）

7. Nature Communications：II型Weyl半金属WP₂和MoP₂中的极高的磁电阻和电导率

狄拉克和外尔半金属表现出交叉的独特带结构可导致壮观电子性质：如大迁移率非常高的磁阻通过伴随。特别是，相同手性的两个紧密相邻的Weyl点通过结构失真或缺陷被保护免于湮灭，从而显着地降低它们之间的散射概率。近日，德国马克斯·普朗克固体化学物理研究所Claudia Felser和Nitesh Kumar （共同通讯）团队通过运输，角分辨光电子能谱和第一原理计算的电子性质提出了过渡金属二磷化物，WP₂和MoP₂，具有大量的韦尔点，属于II类Weyl半金属。WP₂的单晶显示其具有极低的低温电阻率（3nΩcm），同时又在63T和2.5K时，表现出超高的各向异性的磁阻。从运输测量的WP₂中可观察到电荷载流子后向散射的大量抑制。作者提出这些性质可能是由该化合物中表达的新颖的Weyl费米子引起的。

文献链接：Extremely high magnetoresistance and conductivity in the type-II Weyl semimetals WP₂ and MoP₂ （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01758-z）

8. Nature Communications：稀土镍酸盐中结构触发的金属 - 绝缘体转变

稀土镍化物形成了一系列相关的钙钛矿氧化物。除了LaNiO₃之外，它们还表现出冷却至尖锐的金属 - 绝缘体电子相变，同时发生结构相变以及磁性相转变成反常的反铁磁自旋。由于缺乏对电子，结构和磁性之间相互作用的全面理解，因此对这些化合物的充分利用仍然受到阻碍。近日，比利时列日大学的Philippe Ghosez（通讯作者）团队提出从第一性原理计算显示镍化物的金属 - 绝缘体转变是由氧 - 呼吸变形的软化产生的，由氧 - 八面体旋转运动在结构上触发。这种罕见的触发机制的起源可以追溯到它们的电子和磁性特性。作者进一步发展到Landau模型，考虑稀土阳离子的金属 - 绝缘体转变演化，并且通过氧气旋转运动来合理调整这个转变。

文献链接：Structurally triggered metal-insulator transition in rare-earth nickelates （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01811-x）

本文由材料人编辑部纳米学术组Jing供稿，材料牛编辑整理， 点我加入材料人编辑部。

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