材料前沿最新综述精选(2018年2月第2周)

1、Prog. Polym. Sci.综述：聚合物膜和饮用水再利用工艺

图1 聚合物膜的应用模板类型示意图

传统的水资源在许多地区都不足以满足人口增长的需求，因此重复利用就可以作为一种增加供水的手段。膜技术的最新进展已经允许回收城市废水用于生产饮用水，即可再利用。近日，麻省理工学院John H. Lienhard V（通讯作者）等人通过开发多种膜，用于去除从颗粒、病原体到溶解的有机化合物和盐的水污染物。文章讨论了包括孔尺寸，润湿性，表面电荷，粗糙度，耐热性，化学稳定性，渗透性，厚度和机械强度在内的膜性质在膜和应用之间的关系。此外，文章总结了聚合物膜在废水处理饮用水水质中的作用，并突出分离过程的最新进展。文章也为膜包装饮用水的再利用（包括化学和生物污染物排斥和膜污染）等领域做了进一步研究和开发。

文献链接：A review of polymeric membranes and processes for potable water reuse （Prog. Polym. Sci.,2018,DOI：10.1016/j.progpolymsci.2018.01.004）

2、Adv. Mater. 综述：金属有机框架用于光敏材料功能的研究

图2 使用PSE将[FeFe] dcbdt（CO）6并入UiO-66的示意图

金属有机骨架（MOFs）是一种具有多种功能的工具平台，MOF的附加功能可以为各种应用生成新型材料。近日，同济大学费泓涵、李良春、闫冰（共同通讯作者）等人对用作光敏材料的MOF的功能化进行了实验研究：第一，通过化学方法，用金属簇和有机连接体在MOFs中进行合成修饰，即在孔隙表面上的位置以及孔内光敏部分的化学捕获，从而产生具有化学功能的材料，用于光分解和CO₂还原；第二是MOFs光化学反应的功能化和这种材料的多功能应用。文章还总结了通过孔隙表面和毛孔内光化学反应将MOF官能化的最新研究；第三，文章还介绍了光功能材料MOF的功能化，包括光致发光调谐和集成，光致发光LED器件和条形码以及化学传感的光物理应用。

文献链接：Functionalization of Metal–Organic Frameworks for Photoactive Materials（Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1002/adma.201705634）

3、Adv. Mater.综述：可编程多功能DNA基材料的生物医学应用

图3  DNA纳米结构及其生物医学应用

DNA编码遗传信息近来成为材料科学的重要力量。近日，芬兰埃博学术大学Zhang Hongbo（通讯作者）等人，鉴于只有四种类型的核苷酸之间碱基配对相互作用，因此设想DNA自组装也是可编程和可预测的。茎环结构、粘性末端、霍利迪连接、DNA分子瓦和晶格是形成基于DNA结构的典型图案。本实验研究从基于DNA的人造结构的基本特征和进化轨迹开始，并集中在生物医学应用上。覆盖范围从控制药物输送到高精度治疗概况和诊断。各种以DNA为基础的材料，广泛应用于不同的生物医学领域。另外，为获得更好的性能和功能，材料复合被广泛地引用，最后，文章还讨论了DNA纳米结构修饰等问题。

文献链接：Programmable and Multifunctional DNA-Based Materials for Biomedical Applications （Adv.Mater.，2018，DOI: 10.1002/adma.201703658）

4、Adv. Energy Mater.综述：高性能锂电池的离子凝胶电解质

图4 各种离子凝胶电解质的示意图

离子液体（ILs）是用于电化学装置的重要电解质，其研究的一个新兴趋势是与固体基质（称为离子凝胶）的结合。离子凝胶不仅能克服离子液体的流动性，而且能显示固体基体的高机械强度，在制作锂电池方面显示出优异的应用前景。近日，北京大学郭少军课题组和北京理工大学陈人杰课题组（共同通讯作者）发表最新研究，总结了用于限制离子液体的各种类型的固体基质，包括非金属氧化物、金属氧化物、IL-束缚的纳米粒子、官能化的SiO₂、金属有机骨架和其他结构材料。并且记录了离子凝胶的合成策略，然后详细介绍了离子凝胶的结构，离子电导率，热稳定性和电化学稳定性。此外，作者还强调了最先进的离子凝胶在锂电池中的潜在应用。

文献链接：Ionogel Electrolytes for High-Performance Lithium Batteries: A Review（Adv. Energy Mater.，2018,DOI:10.1002/aenm.201702675）

5、Prog. Mater. Sci.综述：原位同步辐射X射线衍射研究小尺度材料力学行为的进展

图5 标准式样结构拉伸试验的应力-应变曲线

近年来，低维材料的力学行为引起了人们的关注，纳米结构正在进行小型化的过程并具有了非凡的性能。现代同步加速器X射线衍射方法可以提供具有良好空间分辨率和完全3D的结构信息。近日，来自法国土伦大学的Thomas W. Cornelius教授（通讯作者）等人通过实验研究讨论了原位微米和纳米力学测试，以及多组同步辐射X射线衍射技术相结合的技术的发展，同时通过监测弹性和塑性变形，提供了多功能样品环境和位移领域极高的精度，并研讨了这些方法的优势。

文献链接：Progress of in situ synchrotron X-ray diffraction studies on the mechanical behavior of materials at small scales（Prog. Mater. Sci.，2018，DOI:10.1016/j.pmatsci.2018.01.004）

6、Adv.Mater.综述：声子热运输在热电材料中应用

图 6 最小化晶格热导率的策略示意图

几十年来，热电发展主要依赖于晶格热导率（κL）的降低。近日，同济大学裴艳中（通讯作者）等人根据玻尔兹曼运移理论的声子，认为强化声子的散射率是降低晶格热导率的关键。同时由于声学声子通常是κL的主要影响因素，与光学声子相比它们具有更高的速度，所以许多低κL热电子依赖于晶体结构的复杂性，使得材料具有整体低声子传播速度。人们可以通过实验验证这些热策略对于改进热电性质是否有效。同时可以将所使用的原理与诸如工程的方法相结合以改善电子性质，并将这种技术进一步推广应用。

文献链接：Manipulation of Phonon Transport in Thermoelectrics（Adv.Mater.，2018，DOI: 10.1002/adma.201705617）

7、Adv.Mater.综述：激光辐照金属氧化物薄膜和纳米结构

图7 金属氧化物薄膜和纳米结构中的激光诱导现象及其在各种功能器件中的应用

最近开发的各种激光器方面的技术进步为材料加工开辟了新的途径。材料的激光加工能快速和局部集中能量，同时产生电子和热力学非平衡的条件。激光诱导的热量可以局限在空间和时间上，从而可以很好地控制材料的操作。金属氧化物对于从微电子到医药的应用具有重要意义。近日，弗吉尼亚理工学院Shashank Priya、韩国科学技术研究所Keon Jae Lee、韩国材料科学研究所Jungho Ryu（共同通讯作者）等人通过简要概述激光材料相互作用的原理，回顾了激光辐照金属氧化物薄膜和纳米结构的各种应用。最后总结了激光辅助金属氧化物加工的最新进展。

文献链接：Laser Irradiation of Metal Oxide Films and Nanostructures: Applications and Advances （Adv.Mater.，2018，DOI: 10.1002/adma.201705148）

8、Acc.Chem.Res.综述：磁性纳米材料

图8 磁性纳米材料单组分和多组分结构及其应用示意简图

磁性纳米材料（MNMs）所具有的独特超顺磁性热能对铁磁纳米颗粒作用而引起了人们的广泛关注。在超顺磁尺寸规模中，纳米粒子的磁矩随着热能而波动。近日，北京大学侯仰龙教授（通讯作者）等人概述了在各种MNM（包括单组分纳米结构（例如金属，金属合金，金属氧化物/碳化物）和多组分纳米结构（异质结构和交换耦合纳米磁体））的化学合成方面的进展，同时强调了过去十年来一直关注的高温有机相合成方法。通过将不同的功能组分一起生长或结合而获得的多组分纳米结构，不仅保留了每种单一组分的性能，而且由界面偶联产生的协同性能，具有改善的磁性，光学或催化特征。文章既阐明了具有特定组成、大小和结构的可控制备MNM的进展，并对生物医学和催化领域以及环境问题和其他潜在应用进行了详细分析。

文献链接：Magnetic Nanomaterials: Chemical Design, Synthesis, and Potential Applications（Acc.Chem.Res.，2018，DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00407）

9、Chem. Rev.综述：半导体纳米晶中的局域表面等离子体共振

图9  胶体纳米晶体及其结构应用性能示意图

半导体纳米晶体（NCs）中局域表面等离子体共振（LSPR）可以通过合成变化的混合，实现从可见光到远红外的宽光谱范围内调谐，同时也可以通过化学氧化和还原、光化学和电化学来可控合成。近来，德州大学奥斯汀分校Delia J. Milliron（通讯作者）等人通过讨论控制等离子体半导体NCs中轻物质相互作用的基本电磁动力学，以及由这种NCs的胶体合成路线的发展来实现各种物理性质。同时，文章说明在各种半导体材料（包括金属氧化物，金属硫属元素化物，金属氮化物，硅和其他材料）中如何诱导自由载流子的介电性质。作者还强调杂质掺杂对主晶格带的影响以及形状和晶体结构的相互作用在确定半导体纳米晶LSPR特性中的作用。同时为了说明关于LSPR活性纳米晶的物理和合成方面，文章重点从铜硫族化合物纳米晶的金属氧化物，以及其他掺杂半导体材料的一些实例来进行讨论。

文献链接：Localized Surface Plasmon Resonance in Semiconductor Nanocrystals（Chem. Rev.，2018，DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00613）

10、Chem. Rev.综述：用于固态照明的下转换氮化物材料：最新进展与展望

图10 氮化物材料的设计合成及其应用示意图

固态白光照明技术的进步见证了磷光材料（下转换发光材料）的爆炸性发展。新兴的氮化物荧光粉在生产用于照明和显示应用的优质白色发光二极管方面具有革命性的作用。近日，厦门大学解荣军教授（通讯作者）等人总结了这一新型发光材料家族的最新进展，并讨论了材料的发现、晶体化学、结构相关发光、温度依赖性发光等主题。同时文章还概述了不同类型的氮化物荧光粉及其在固态照明领域的应用，包括普通照明，背光照明和激光驱动照明。此外，作者还总结了这类下转换材料的应用挑战和前景。

文献链接：Down-Conversion Nitride Materials for Solid State Lighting: Recent Advances and Perspectives （Chem. Rev.，2018，DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00284）

11、Chem. Soc. Rev.综述：基于二维材料的可穿戴能源

图11  未来可穿戴能源及设备示意图

随着可穿戴电子产品的快速发展，可穿戴能源的需求变的越来越迫切。除了灵活性和超薄厚度之外，新兴的2D材料呈现出超越常规材料特性的某些非凡性能，这使得它们对于高性能可穿戴能源是大为有利的。 近日，北京大学刘忠范院士、北京石墨烯研究院Wei Di（共同通讯作者）等人基于2D材料的可穿戴能源（包括可穿戴电池，超级电容器和不同类型的能量收集器）的最新进展，阐述了二维材料在可穿戴能源中的重要作用，并根据研究进展情况，讨论了基于2D材料的可穿戴能源现有的挑战和未来的应用前景。

文献链接：Wearable energy sources based on 2D materials （Chem. Soc. Rev.，2018，DOI:10.1039/C7CS00849J）

12、Chem. Soc. Rev.综述：多功能金属有机分子筛的设计与合成

图12多功能金属有机分子筛的各种设计示意图

金属-有机分子筛（MOZs）是金属-有机框架（MOFs）的重要分支，结合了分子筛和MOFs的优点，如高比表面积和孔隙率，以及分子筛特殊的稳定性，这将在催化化学、无机化学、配位化学、材料科学等领域产生重大影响。近日，中科院福建物质结构研究所张健、王飞（共同通讯作者）等人研究介绍了MOZs的最新进展，并以实际突出的例子作简要概述。特别强调了MOZs设计的综合方法及基本原则。同时遵循电荷匹配原则，调整四面体金属中心，利用扩大的四面体构造单元作为簇，将功能团引入配体，并结合MOZ中的传统无机TO₄位置，使具有不同拓扑结构的最终材料在各种应用中表现出优越的性能，如气体吸附/分离、催化、对映选择性、发光等。

文献链接：Design and synthesis of multifunctional metal–organic zeolites  （Chem. Soc. Rev.，2018，DOI:10.1039/C7CS00782E）

13、Chem. Soc. Rev.综述：“盐中溶剂”——新材料设计

图13 盐/溶剂混合物的重量和体积比的分布图

无机和有机的“盐溶剂”（SIS）系统已经有数十年的历史，但是直到最近才引起人们的重视。熔融盐水合物/溶剂合物已经成功地用作可充电锂离子电池中不可燃的良性电解质，引发了一场电池开发和设计的革命。水分子倾向于在离子介质中形成纳米和微结构（液滴和通道网络），从而影响其非均质性。这种微型结构区域可以用作化学和酶促合成的微反应器。近日，俄罗斯科学院Valentine P. Ananikov（通讯作者）等人通过已知的SIS系统讨论了它们的组成、结构、性质和动态，同时概述了无机和有机SIS系统在能源、化学和生物化学领域的潜在应用。

文献链接：Solvent-in-salt systems for design of new materials in chemistry, biology and energy research （Chem. Soc. Rev.，2018，DOI:10.1039/C7CS00547D）

本文由材料人编辑部渡口编译，材料牛整理编辑。

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