盘点：2017年Science China Materials封面都报道了什么？

SCIENCE CHINA Materials

2017

Cover Collections

一月

Tuning crystal polymorphs of a π-extended tetrathiafulvalene-based cruciform molecule towards high-performance organic field-effect transistors

通过晶相调控实现高性能十字形TTF分子场效应晶体管器件构筑

冯琳琳，董焕丽*，李清源，朱伟刚，仇格格，丁尚，李旸，Mikkel A. Christensen，Christian R. Parker，魏钟鸣，MogensBrØdsted Nielsen，胡文平

摘要：有机分子溶剂的选择对于调控不同晶相来说有着关键性作用。本文通过两种溶剂的调控，成功得到茚并芴四硫富瓦烯(IF-TTF)两种不同的晶相—α相带状晶体和β相片状晶体，并对两种晶相的内部分子排列堆积情况进行了一系列的对比分析。结果表明场效应电荷传输能力随着晶相的不同而有所差异，直接证明了分子堆积的合理调控对实现有机半导体材料高性能电荷传输性能的重要性。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(1): 75-82

二月

Reduced-sized monolayer carbon nitride nanosheets for highly improved photoresponse for cell imaging and photocatalysis

具有显著增强光响应的小尺寸单层石墨相氮化碳纳米片用于细胞成像及光催化

梁庆华，李智，白宇，黄正宏*，康飞宇，杨全红*

摘要：不含金属的二维石墨相氮化碳纳米片由于具有优异的催化、光学及电学性能而受到研究者的广泛关注。然而制备纳米级尺寸的单层石墨相氮化碳纳米片仍然存在挑战。本文采用一种高效超声方法制备了横向尺寸约为55 nm，厚度约为0.6 nm的单层石墨相氮化碳纳米片(NMGCNs)。由于其纳米级尺寸及单层片状结构，NMGCNs表现出与大尺寸纳米片和量子点显著不同的光响应特性。NMGCNs的水分散溶液具有良好的稳定性能和优异的荧光性能，荧光量子产率可达32%，所以可用于细胞荧光成像。此外，NMGCNs表现出比多层石墨相氮化碳纳米片更优异的可见光催化性能。独特的小尺寸及单层超薄结构使得NMGCNs在传感器和光电子等领域都具有潜在应用前景。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(2): 109-118

三月

Promoting charge carrier utilization by integrating layered double hydroxide nanosheet arrays with porous BiVO₄ photoanode for efficient photoelectrochemical water splitting

水滑石纳米片阵列/多孔BiVO₄复合光阳极用于高效光电催化分解水

黄义，于一夫，信雅妮，孟楠楠，余玉，张兵*

摘要：可再生清洁能源的不断探索推动了高活性的光电催化分解水材料的开发。然而, 提高光电材料的载荷子利用率仍是材料与光电化学领域的一个重要挑战。本文报道了一种简单的方法来构筑由多孔BiVO₄薄膜作为光吸收剂和水滑石(LDH)纳米片阵列作为产氧助催化剂(OECs)的复合光电阳极。由于多孔BiVO₄膜高效的电荷分离效率和LDH纳米片阵列优异的水氧化活性协同效应，所制备的BiVO₄/NiFe-LDH光电阳极展现出优异的光电催化分解水性能，在1.23 V(相对于可逆氢电极(RHE))下光电流密度达4.02 mA cm⁻²。此外，BiVO₄/NiFe-LDH光阳极表面的O₂产生速率高达29.6 μmol h⁻¹ cm⁻²，并且活性可以维持30小时以上。此外，通过将一定量的Co²⁺离子掺杂到NiFe-LDH中作为OEC，可以进一步增强复合光电阳极的性能。在1.23 V(相对于RHE)下，光电流密度高达4.45 mA cm⁻²，该值是目前报道的基于未掺杂BiVO₄光阳极的最高值。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(3): 193-207

四月

Fast synthesis of uniform mesoporous titania submicrospheres with high tap densities for high-volumetric performance Li-ion batteries

快速制备均匀的高振实密度亚微米级二氧化钛介孔球及其在锂离子二次电池中的应用

朱坤磊，孙颖慧，王荣明，单忠强*，刘锴*

摘要：随着人们对电动汽车和可穿戴电子产品需求的增加，开发具有高体积比容量的锂离子二次电池非常必要，特别是制备高振实密度的电极材料尤为重要。TiO₂是一种具有应用前景的阳极材料，然而它们的振实密度普遍较低(通常小于<1 g cm⁻³)。本论文报道了一种均匀的亚微米级TiO₂介孔球，其振实密度高达1.62 g cm⁻³。以其作为锂离子二次电池的阳极材料时，在高达24 mg cm⁻²的负载量的情况下，TiO₂介孔球的体积比容量比其他对比TiO2材料的体积比容量高出2倍之多。制备该TiO₂介孔球仅需6 h的反应时间且产率接近100%，因此其工业化生产可能性很大。此外，该制备方法的普适性非常好，其他高振实密度介孔材料，如亚微米级Li₄Ti₅O₁₂介孔球，也可采用类似方法制备，因此，本工作可为工业化制备高振实密度介孔材料及其在高体积比容量锂离子二次电池中的应用提供重要借鉴。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(4): 304-314

五月

Synthesis and catalytic property of urania-palladium-graphene nanohybrids

二氧化铀-钯-石墨烯纳米复合材料的合成及其催化4-硝基苯酚还原反应的研究

丁莉, 张则尧, 李彦*

摘要：本文通过溶剂热方法合成了二氧化铀-钯-石墨烯纳米复合材料。在这种复合材料中，金属钯和二氧化铀的纳米晶负载在石墨烯氧化物上，且钯纳米晶与二氧化铀纳米晶密切接触。这一复合材料对4-硝基苯酚还原反应表现出良好的催化活性，二氧化铀在其中发挥了关键作用。二氧化铀有效地防止钯颗粒在溶剂热过程中团聚、长大；此外，在钯与二氧化铀界面处，电子从钯转移至二氧化铀表面，为催化还原反应提供了更多的吸附和反应位点，从而有效地提高了催化剂活性。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(5): 399-406

六月

Magnetic drug delivery systems

基于磁性质的药物递送系统

刘洋，李明熹，杨芳*，顾宁*

摘要：随着过去几十年来生物医学纳米技术和纳米材料领域的持续发展，基于纳米颗粒的药物输送系统逐渐开始有望应用于临床研究。其中，由于具有良好的生物相容性和优异的多功能负载能力，基于磁性纳米粒子的磁性药物传递系统受到越来越多的关注。本综述首先总结了磁性药物传递系统的基本物理化学性质，以阐明磁性药物传递系统需要保持适当的性能以满足特定的临床需要；其次，讨论了在设计未来临床应用的磁性药物传递系统时的表面修饰和功能化问题；最后，重点综述了磁性纳米颗粒、磁性组装体以及磁性微泡、磁性脂质体和生物膜修饰的磁性载体系统的设计和制备最新进展。最后，本综述对目前研究的磁性载体系统的设计、制备和安全性进行了总结，并对未来进一步解决磁性药物传递系统的临床应用瓶颈和前景进行了展望。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(6): 471-486

七月

Highly active CeO₂ hollow-shell spheres with Al doping

铝掺杂氧化铈多壳层空心球的可控合成及其催化应用

王祖民†，姜帅宇†，李彦辉，徐鹏飞，赵昆，宗玲博，王浩，于然波*

摘要：本文利用多孔碳球为模板，通过竞争吸附控制煅烧法制备了铝掺杂的氧化铈多壳层空心球材料。通过XRD、SEM、TEM对所得材料的结构、表面形貌以及热稳定性能进行了表征，结果表明该方法制备的不同掺杂比例的多壳层空心球均一分散，铝原子被均匀地分布到氧化铈的晶格中，使其热稳定性得到提高。XPS结果表明铝的掺杂大大提高了材料中三价铈和表面氧空位的比例，所以当其被作为催化剂载体时，负载的金纳米粒子更加分散且与载体结合作用更强。将该催化剂应用于硝基苯酚加氢反应，其催化活性比未掺杂铝的样品提高了一倍。本文研究结果表明铝掺杂可以有效提高氧化铈催化剂的稳定性和活性；竞争吸附控制煅烧法是制备空心掺杂材料的一种简单实用的方法。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(7): 646-653

八月

Synthesis of single-crystal hyperbranched rhodium nanoplates with remarkable catalytic properties

超支化Rh单晶纳米薄片的合成及其催化性能研究

张嘉伟，陈梅珊，陈佳煜，李慧齐，王苏恒，匡勤*，曹振明，谢兆雄*

摘要：贵金属纳米晶的催化性质与其结构密切相关。比表面积越大、配位不饱和的边角原子密度越高，贵金属纳米晶在催化反应过程中表现出的性能往往越优异。相比于常见的具有完整几何形貌的贵金属纳米晶，具有多重分级结构特征的超支化贵金属纳米晶拥有更大的比表面积以及更丰富的配位不饱和的活性位点，因此被认为是一种潜在的性能优异的催化剂。 但这种具有多重分级结构特征的超支化贵金属纳米晶无论是在生长机理研究还是可控制备上都还存在巨大的挑战。本文通过简单的湿化学法成功制备出一种具有多重分级结构特征的超支化Rh纳米薄片。该产物由三角形纳米片在扩散限制条件下分级生长形成，整体呈现三次对称性的单晶特征。研究表明，该纳米结构不仅具有出色的结构稳定性，而且其生长级数可通过反应溶剂比例的简单调节进行调控，从而实现Rh纳米薄片比表面积和位于边/角活性位点的原子比例的调控。由于拥有更大的比表面积以及更为丰富的配位不饱和的活性位点，这种具有多重分级结构的超支化Rh纳米薄片在乙醇电催化氧化和苯乙烯催化加氢催化反应中展现出了比目前主流商业催化剂Rh黑更为优异的催化活性。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(8): 685-696

九月

Microfluidic generation of Buddha beads-like microcarriers for cell culture

微流控制备仿佛珠微载体用于细胞培养研究

王洁，邹旻含，孙灵钰，程瑶，商珞然，付繁繁，赵远锦*

摘要：构建可用于细胞三维培养的多功能微载体在组织工程的应用中至关重要。本文受佛珠手串中佛珠可以在绳子上自由滑动这一特殊结构的启发，利用毛细管阵列微流控技术制备了一种具有可控大孔微结构的新型异质细胞微载体，用于细胞三维培养。仿佛珠微载体的构建首先需要通过海藻酸钠与钙离子的快速凝胶化形成海藻酸钙纤维，随即在纤维上包覆可聚合的细胞预聚溶液，通过流体的剪切实现溶液乳化并将其固化聚合，从而获得串有可以自由滑动的微载体的纤维串。纤维上释放的微载体中间的大孔结构的尺寸高度可控，这一特点在微载体用于细胞三维培养中具有重要意义，因为微载体中间的大孔结构能够有效保证载体内部细胞氧气、营养物质的充分交换，减少细胞坏死。此外，通过将多种细胞预聚溶液引入微流控通道中，还可以获得具有多组分异质结构的细胞微载体，从而有望实现体内复杂的组织器官结构与功能的模拟。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(9): 857-865

十月

Bio-inspired clay nanosheets/polymer matrix/mineral nanofibers ternary composite films with optimal balance of strength and toughness

受生物启发的三元柔性粘土片/聚乙烯醇/硅酸钙纳米纤维复合薄膜的组装及协同增强力学性能研究

李士阔，茅瓅波，高怀岭，姚宏斌，俞书宏*

摘要：尽管人们在实验室模拟贝壳的多级层状结构方面已经取得了显著进步，但在理解生物材料独特的强度和韧性的平衡方面仍然有很大的挑战。本文利用不同维度的组装单元制备了具有高强度和韧性的三元仿贝壳层状多级结构的粘土片/聚乙烯醇/硅酸钙纳米纤维(MTM/PVA/NFX)复合薄膜。这种层状的人工复合薄膜是通过一维的NFX网状层和二维的MTM纳米片层交替堆积而成，制得的MTM/PVA/NFX复合薄膜不但强度高(241.8 ± 10.2 MPa)，而且韧性好(5.85 ± 0.46 MJ m⁻³)。其数值比一元的NFX网状薄膜和二元的MTM/PVA复合薄膜高出数倍，并且优于传统的二元MTM/聚合物复合薄膜。这可能是由于所制备的复合薄膜中MTM纳米片与NFX纳米纤维产生的协同增强效应所导致的。这种基于组分间协同增强的组装方案为设计和构建新型仿贝壳层状多级结构的复合薄膜提供了一种简单的方法.这种柔性复合膜可望应用于功能涂层、组织工程和膜分离等领域。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(10): 909-917

十一月

Advanced carbon materials for flexible and wearable sensors

碳材料基柔性可穿戴传感器

蹇木强，王春雅，王琪，王惠民，夏凯伦，訚哲，张明超，梁晓平，张莹莹*

摘要：近年来，柔性传感器因其在可穿戴电子设备和智能系统中的广阔应用前景而备受关注。柔性可穿戴传感器具有高灵敏度、良好的机械柔性、优异的稳定性、人体友好性等特点，在人体运动与生理信号监测、环境因素检测等方面具有极大的应用潜力。一般而言，柔性传感器的性能主要取决于敏感材料的选择与器件的结构设计。得益于其优异的性能和灵活多样的组装结构与形貌，碳材料是目前应用最广泛的敏感材料之一。根据需求, 纳米碳材料可组装为各类宏观结构，比如一维的纤维，二维的薄膜和三维的块体结构，从而可用于制备各种柔性传感器以适应不同的需求。此外，通过规模化、低成本的高温碳化工艺可以将天然生物质材料转化为柔性、导电碳材料，并用于高性能柔性传感器制备。本文针对碳材料在柔性器件中的应用，综述了各类碳材料的制备方法与结构特点，并重点介绍了其柔性可穿戴传感器的制备与性能。第一部分简要介绍了柔性传感器与碳材料; 第二部分概述了四类典型柔性传感器的工作原理与性能特点; 第三部分详细综述了一维、二维和三维碳材料的制备方法与其在柔性传感器的组装、性能与应用方面的最新研究进展; 最后，总结了碳基柔性传感器领域的发展现状，讨论了该领域所面临的挑战及其未来前景。

SCIENCE CHINA Materials 2017, 60(11), 1026-1062

十二月

Rapid room-temperature synthesis of hierarchical porous zeolitic imidazolate frameworks with high space-time yield

快速常温合成高空时产率的多极孔ZIFs材料

段崇雄，李非儿，肖静，柳泽伟，李超*，奚红霞*

摘要：在常温下快速合成具有多级孔结构的ZIFs材料具有重要的意义：一方面，多级孔道结构能有效地增加分子扩散速率、降低其传质阻力，这对于涉及大分子参与的反应具有重要意义吗，扩大了材料的应用范围；另一方面，在常温下快速合成ZIFs材料不仅能大幅降低能源消耗，并且能极大地提高生产效率，是一种绿色高效的工艺路线。本文采用有机胺类作为模板，首次在常温下快速合成具有高空时产率的3种多级ZIFs材料(ZIF-8，ZIF-61以及ZIF-90)，材料的合成时缩短至1分钟，同时兼具微孔，介孔，大孔结构。此外，ZIFs产物的形貌和多孔性质可以通过调节胺模板的类型或者合成时间来调控。更为重要的是，ZIFs材料的空时产率高达1.29×104 kg m^-3 d^-1，比之前报导过的值高出3倍,这为ZIFs材料的商业化生产提供了可能。最后，我们通过对有机胺类分子进行计算机模拟，再结合之前文献报导的结果，得到了一般性的合成机理：一方面有机胺作为质子化剂使得有机配体去质子化，被质子化的配体迅速地和金属离子结合形成金属有机骨架；另一方面，有机胺作为模板被用来引导介孔和大孔结构的形成。

SCIENCE CHINA Materials, 2017, 60(12): 1205-1214

本文由材料人特约作者、Science China Materials实习编辑吴禹翰整理、发布。

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