材料前沿最新综述精选(2017年12月第1周)

1、Progress in Polymer Science综述:聚合物材料制备及应用最新进展

图1 P22 FL“开启”信号转导机制的示意图

共轭聚合物（CPs）由于其优异的光电性能引起了科学家们的广泛关注。其中，聚乙炔（PA）由于在高掺杂状态下的导电性而引发了聚合物领域的革命。近日，来自香港科技大学的唐本忠院士和浙江大学的孙景志教授(共同通讯作者)等人概述了聚二取代乙炔(PDSAs)的最新研究进展。作者首先描述了用于二取代乙炔单体（DSAms）聚合的Pd基催化剂体系，接着讨论了聚合催化剂对聚合物立体化学的影响以及立体化学对功能特性的影响。PDSAs通常具有多孔结构，对外来物质如极性不同的溶剂和金属阳离子显示出可变的荧光效应，这些性质表明PDSA用于荧光传感器和探针有着良好的前景。

文献链接：Poly(disubstituted acetylene)s: Advances in Polymer Preparation and Materials Application (Prog. Polym. Sci. : 10.1016/j.progpolymsci.2017.11.004）

2、Advanced Energy Materials综述: 柔性半透明有机太阳能电池

图2 太阳能电池结构示意图

柔性半透明有机太阳能电池（OSC）被认为是在可穿戴能源和建筑一体化光伏领域应用最有前景的光伏器件。迄今为止，柔性OSC的最高功率转换效率已达10％以上，半透明OSC的平均可见光透过率为37％。近日，来自中科院化学所的李永舫院士和苏州大学的李耀文、崔超华 (共同通讯作者)等人概述了太阳能电池(OSC)相关材料和器件的最新研究进展。柔性底部透明电极(BTE)和电极缓冲层材料是组成高效率供体和受体光伏材料的关键，其中柔性BTE具有高导电性，低表面电阻，高光学透明性和光滑表面等优良性能；而电极缓冲层材料则具有较低的后处理温度。

文献链接：Flexible and Semitransparent Organic Solar Cells (Adv.Energy Mater.: 10.1002/aenm.201701791）

3、Advanced Energy Materials综述: 用于钠离子电池的层状氧化物阴极

图3 层状Na氧化物晶体结构示意图

钠离子电池（SIBs）由于具有与锂离子电池类似的“摇椅式”钠储存机制以及金属Na资源的低成本等特性，有望将来广泛应用于能源存储领域。近日，来自中科院化学所的郭玉国教授和殷雅侠教授 (共同通讯作者) 等人概述了钠离子电池（SIBs）层状氧化物研究的最新进展。作者讨论了层状氧化物没有吸湿特性的相变机理以及采用金属钠作为对电极来评估半电池中的电极性能。此外，作者还提出为进一步促进钠离子电池的实际应用，还需要不断进行电池组装技术，粘合剂和电解液添加剂的优化工作。

文献链接: Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries: Phase Transition, Air Stability, and Performance (Adv. Energy Mater.: 10.1002/aenm.201701912）

4、Advanced Materials综述：金属有机框架的催化应用

图4 手性MIL-101合成示意图

近日，来自中国科学技术大学的江海龙教授和日本国家产业技术综合研究所的徐强教授(共同通讯作者)等人概述了金属有机框架(MOF)催化应用方面取得的最新进展，包括多相催化，光催化，以及MOF和MOF基材料的电催化。作者讨论了通过引入活性位点或特定功能来提高MOF催化性能的方法，活性位点的加入发挥了各组分（MOF和另外的原子/基团/客体物质）的功能从而实现了用于增强催化的“1 + 1> 2”效应。此外，作者还讨论了MOF衍生物，其具有超高的化学和热稳定性以及可调的掺杂性能，在催化反应中起着独特的作用。

文献链接：Metal–Organic Frameworks as Platforms for Catalytic Applications (Adv.Mater.: 10.1002/adma.201703663）

5、Advanced Materials综述：来自硅藻的纳米结构材料

图5 尺寸对GO分散体流变行为的影响

硅藻是单细胞的光合微藻，分布于海洋和淡水环境中。硅藻具有微米到纳米级多孔的细胞壁，具备高表面积，机械阻力，独特的光学特性和生物相容性等优良特性，在生物医学和能量转换存储领域有着诸多应用。近日，巴里大学的Gianluca M. Farinola（通讯作者）等人概述了硅藻纳米技术的最新研究进展。作者讨论了多种分离硅藻同时保留其完整结构的方法，通过改变其化学组成用于制备纯的生物矿化硅材料。此外，作者还讨论了通过转换、模仿硅藻壳体的化学或生物方法来开发纳米智能材料方面的研究进展。

文献链接：Multiple Routes to Smart Nanostructured Materials from Diatom Microalgae: A Chemical Perspective (Adv.Mater.: 10.1002/adma.201704289）

6、Advanced Materials综述：Li-O₂电池氧化还原介质的研究进展

图6 Li₂O₂分解示意图

Li-O₂电池因其超高的能量密度而备受关注。然而Li-O₂电池充电时所需的高电势会降低其能量效率并分解电解质和碳电极。红氧介质（RM）可以均匀地溶解在电解质溶液中，并且有效地氧化在放电过程中产生的Li₂O₂沉淀。近日，来自汉阳大学的Yang-Kook Sun (通讯作者)等人概述了近年来有关氧化还原介体的研究进展，并阐述了氧化还原反应的机理。讨论了这种重要电池技术的发展机会，并提出了今后的发展方向。尽管RM能够解决Li-O₂电池阳极稳定性差，往返效率低，循环寿命有限等问题，然而，有数据表明RM会参与氧还原产物（超氧化物，过氧化物）和Li金属阳极的副反应。

文献链接：Redox Mediators for Li–O₂ Batteries: Status and Perspectives (Adv.Mater.: 10.1002/adma.201704162）

7、Advanced Materials综述：超薄2D光催化剂的研究进展

图7 超薄TiO₂膜形成示意图

近日，来自江苏大学的李华明教授和南洋理工大学的刘政教授(共同通讯作者)等人概述了超薄二维光催化剂的最新研究进展，并对超薄二维光催化剂的分类，可控合成，形成机理进行了评述。作者总结了超薄二维光催化剂电子结构的调整方案，包括组分调整，厚度调整，掺杂和缺陷工程。为进一步提高其光催化性能，文中提出引入外来组分与超薄2D结构杂化，例如量子点/ 2D材料，单原子/ 2D材料，分子/ 2D材料和2D-2D堆叠材料等。此外，作者还讨论了超薄二维光催化剂在水氧化，析氢，二氧化碳还原，固氮和有机合成等领域的应用进展。最后，文章介绍了超薄二维光催化剂在未来将会遇到的机会和挑战。

文献链接：Ultrathin 2D Photocatalysts: Electronic-Structure Tailoring, Hybridization, and Applications (Adv.Mater.: 10.1002/adma.201704548）

8、Chemical Society Reviews综述：富勒烯电荷转移的研究

图8 供体-桥-受体系统下光致激发过程示意图

近日，来自埃尔朗根-纽伦堡大学的D. M. Guldi (通讯作者)等人概述了近25年来在富勒烯电荷转移化学方面的研究。作者讨论了富勒烯和卟啉在电子供体-受体结合物之间的界面相互作用，以及自组装的结合物和共晶体的光伏性能。通过比较分子系统，结晶颗粒系统和散装体系之间的相似性和差异性对卟啉进行了深入研究。此外，作者还讨论了卟啉的光致激发机械性能，包括光捕获，能量转移（EnT），电荷分离（CS），电荷转移（CSH），电荷转移和电荷重组（CR）等。

文献链接：Fullerenes – how 25 years of charge transfer chemistry have shaped our understanding of (interfacial) interactions (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00728K ）

9、Accounts of Chemical Research综述：电池电解质电化学稳定性和界面结构

图9塑隐式溶剂结构图

在电池中，电解质应该在电极界面处热力学稳定，或是通过形成电绝缘体而不是离子导电相在动力学上保持稳定。传统优化电解质的方法是添加助溶剂和牺牲添加剂来减少电极表面的氧化。近日，来自美国陆军研究实验室的Oleg Borodin(通讯作者)等人概述了应用电位函数预测电解质稳定性及初始氧化和还原反应变化的新方法。作者通过分子动力学模拟，证明了阴离子可以被设计成优先从正电极吸附或从不断增加的电极电位解吸。运用杠杆原理可以决定阴离子氧化的顺序并有效地选择牺牲阴离子来进行分解。此外，作者还通过表面增强红外光谱证实了在高浓度水性电解质中MD模拟所预测出的双（三氟甲烷）磺酰亚胺（TFSI）和三氟甲磺酸盐（OTF）的相反电吸附行为。

文献链接：Modeling Insight into Battery Electrolyte Electrochemical Stability and Interfacial Structure (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00486）

10、Accounts of Chemical Research综述：从原子尺度研究纳米线的气液固生长

图10 VLS生长过程示意图

气-液-固（VLS）晶体生长及其相关的生长模式能够合成一维纳米结构材料，通常称为“纳米线”，其纳米尺度的不均匀性可以被轴向编码。为了充分理解VLS增长的微观动态过程，需要在原子尺度上运用理论物理进行探索。近日，来自佐治亚理工学院的Michael A. Filler (通讯作者)等人概述了关于VLS晶体生长的原子尺度热力学和动力学现象的研究进展。作者通过原位表征工具（如电子显微镜，红外光谱仪和X射线衍射仪），观察了纳米线生长过程中的溶解及结晶等周期性变化，以及纳米线表面的状态随着吸附和解吸而产生的现象。此外，作者对未来进行了展望，随着分辨率的提高以及观测设备的改进，纳米线生长动力学和热力学会有更深入的研究。

文献链接：Atomic-Scale Choreography of Vapor–Liquid–Solid Nanowire Growth (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00392）

11、Nature Reviews Materials综述：植入式电子设备的研究进展

图11 可拉伸电子产品的制造原理图

生物医学电子设备与人体连接可以提供精确的医疗数据，并可以通过电刺激影响组织的功能。近日，来自特拉维夫大学的Tal Dvir (通讯作者)等人概述了与生理学和病理学相关的组织特性以及生产植入式电子设备的技术工艺。作者总结了柔性和可拉伸电子设备的设计原则以及适应软组织的机制，如导电聚合物，液态金属合金，金属翘曲和曲折结构等。此外，作者还进一步讨论了以微创方式将装置插入体内的技术，并在没有进一步影响的情况下将其取出。最后，作者介绍了电子器件与生物材料和细胞相结合的概念，以及这些技术如何促进仿生器官再生医学的发展。

文献链接：Tissue–electronics interfaces: from implantable devices to engineered tissues (Nat.  Rev. Mater.: 10.1038/natrevmats.2017.76）

12、Nature Reviews Chemistry综述：金属卤化物钙钛矿太阳能电池的研究进展

图12 钙钛矿结构和带隙示意图

基于金属卤化的物钙钛矿太阳能电池由于其成本低廉、制备工艺简单和高效率等优点受到科学家们的广发关注，将钙钛矿吸收体材料结合到多结电池中可以实现更高的功率转换效率。近日，来自华盛顿大学的Giles E. Eperon和牛津大学的Henry J. Snaith (共同通讯作者)等人概述了钙钛矿多结电池的研究进展。将多个太阳能吸收器接合部分叠在一起能够吸收太阳光谱的不同区域，从而可以从太阳光中提取更多的能量。钙钛矿可以与已经在光伏技术使用中的硅结合或作为硅的替代物，并且钙钛矿还可以在混合串联结构中组装，或者在全钙钛矿多结电池中分层。最后作者讨论了钙钛矿多结电池未来的前景和所要面临的挑战。

文献链接：Metal halide perovskite tandem and multiple-junction photovoltaics (Nat. Rev. Chem.: 10.1038/s41570-017-0095）

本文由材料人编辑部学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

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