材料前沿最新综述精选(2017年12月第3周)

1、Nano Energy综述: 碱性介质中的氢氧化反应：电催化剂机理最新进展

图1 电催化剂表面反应通道示意图

质子交换膜燃料电池(PEMFCs)的缓慢阴极氧还原反应（ORR）在很大程度上依赖于使用大量无法负载的Pt基电催化剂来加速其反应速率。PEMFC中的阳极氢氧化反应(HOR)在50μg/cm²或更低的Pt负载下也具有较快的反应速率，然而在碱性介质中反应速率会减少两个数量级，因此需要基于PGM高负载的电催化剂来加快反应速率。近日，来自大连理工大学的宋玉江教授 (通讯作者)等人概述了碱性HOR电催化剂的评价方法，重点介绍了碱性HOR电催化剂的详细测定条件。此外，作者初步得出了一种标准和通用的评估方法，能够轻松地比较不同组的碱性HOR电催化剂，并保证所需电催化剂的准确识别。

文献链接：Hydrogen Oxidation Reaction in Alkaline Media: From Mechanism to Recent Electrocatalysts (Nano Energy: 10.1016/j.nanoen.2017.12.008）

2、Advanced Energy Materials综述: 多孔二维纳米材料在电化学储能中的应用

图2 多孔/有孔二维纳米材料的储能示意图

二维纳米材料有着众多优良特性，如丰富的活性表面和开放的离子扩散通道，能够实现锂离子的快速运输和储存。然而，在电极组装过程中二维纳米材料由于自重叠所造成的活性表面减少，离子迁移途径延长以及离子迁移动力学缓慢等问题困扰着人们。近日，来自美国德克萨斯大学奥斯汀分校的余桂华教授(通讯作者)等人 概述了多孔/有孔二维纳米材料在电化学储能方面取得的重要进展，作者深入讨论了其合成制备方法以及优势特性。此外，作者还介绍了多孔/有孔二维纳米材料在电容器，锂钠电池以及其他新兴电池领域的应用。

文献链接：Holey 2D Nanomaterials for Electrochemical Energy Storage (Adv. Energy Mater.: 10.1002/aenm.201702179）

3、Chemical Reviews综述: 用于设计生物材料和治疗应用的小型生物活性肽

图3 生物活性肽结构示意图

肽是一种在生物体内有着重要作用的生物大分子，通过化学合成或者分子重组可以获得短肽，应用于治疗、诊断以及生物纳米材料的制备中。近日，来自英国雷丁大学的I. W. Hamley (通讯作者) 等人概述了短生物活性肽序列的研究进展。作者介绍了从生物材料到医用治疗都能用到的关键短生物活性肽序，例如细胞粘附基序，结构肽，神经肽，淀粉样肽和抗氧化肽等。文章总结了应用于小型肽药物和新型生物肽基材料的一系列重要序列。

文献链接: Small Bioactive Peptides for Biomaterials Design and Therapeutics (Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00522）

4、Accounts of Chemical Research综述：用于活性金属阳极高能储存的电化学界面

图4 电化学界面示意图

在电化学能量储存(EES)系统中稳定的电化学界面对于调节质量和电荷的运输起着关键作用。在现有技术的可充电锂离子电池中，电化学界面很少通过设计合成，而是自发地由电解质和电极组件的电化学降解形成。近日，来自美国康奈尔大学的Lynden A. Archer (通讯作者)等人概述了实现电化学能量储存(EES)的稳定金属阳极-电解质界面的设计原理，合成过程以及表征方法。作者通过理论计算，确定电解质-电极界面(SEI)组成和稳定性之间的基本联系，并讨论了基于聚合物、离子液体、陶瓷、纳米颗粒、盐及其组成的稳定人造固体电解质界面(ASEI)的设计原理和实验工具。

文献链接：Electrochemical Interphases for High-Energy Storage Using Reactive Metal Anodes (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00484）

5、Prog. Mater. Sci.综述：石墨烯和石墨烯基纳米复合材料力学性能的研究进展

图5 石墨烯常用的合成方法

近日，来自英国曼彻斯特大学的Robert J.Young 和Dimitrios G. Papageorgiou (共同通讯作者)等人概述了石墨烯和石墨烯基纳米复合材料力学性能的研究进展。作者讨论了由混合规则导出的填料模量与复合材料基体之间的独特相关性。这种相关性在大多聚合物基质中是成立的，因此表明填料模量与基质无关的常见假设是不正确的，这也解释了在一些体系中石墨烯的表观性能下降的原因。此外，作者还讨论了石墨烯在低负载下对于材料力学性能的增强，以及影响纳米复合材料的因素。

文献链接：Mechanical properties of graphene and graphene-based nanocomposites (Prog. Mater. Sci.: 10.1016/j.pmatsci.2017.07.004）

6、Prog. Mater. Sci.综述：氮掺杂光催化氧化物的研究进展

图6 半导体光催化水分解示意图

基于半导体的光催化剂在解决全球环境污染和能源短缺等问题有着重要作用，其中关键在于设计出能高效利用太阳能的可见光活性光催化剂。包括TiO₂在内的许多氧化物仅在紫外光下具有光活性，因此掺杂是延长光敏区的重要方法。近日，来自澳大利亚科廷科技大学和南京工业大学的邵宗平教授(通讯作者)等人概述了掺氮简单/复合氧化物光催化研究的最新进展。作者着重讨论了确定光催化活性的因素和设计活性氮掺杂氧化物的方法。此外，作者还总结了近年来氮掺杂氧化物光催化的研究进展，为今后的发展提供了指导意见。
文献链接：Nitrogen-doped simple and complex oxides for photocatalysis: A review (Prog. Mater. Sci.: 10.1016/j.pmatsci.2017.09.002）

7、Prog. Mater. Sci.综述：钛合金线性摩擦焊接的研究进展

图7 由大型金属加工而成的零件示意图

线性摩擦焊接(LFW)是一种固态连接工艺，是一项在航空发动机中制造钛合金叶片式磁盘的成熟技术。由于良好的经济效益，LFW广泛用于制造Ti-6Al-4V飞机结构部件。然而，由于人们对这项工艺的了解不足，LFW技术很少应用于叶片制造之外的工业领域。近日，来自英国克兰菲尔德大学的Anthony R. McAndrew (通讯作者)等人概述了钛合金线性摩擦焊接的研究进展。作者讨论了Ti-6Al-4V线性摩擦焊缝的微观组织，力学性能，飞边形貌，界面污染物去除和残余应力等内容，此外还通过数值模拟进行了分析。最后，作者对LFW技术在制造业中的应用做出了展望。
文献链接：A literature review of Ti-6Al-4V linear friction welding (Prog. Mater. Sci.: 10.1016/j.pmatsci.2017.10.003）

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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