材料前沿最新综述精选 (2018年2月第3周)

1、Angewandte Chemie International Edition综述：石墨烯二维化学：二硫化钼和黑磷功能化的新兴领域

图1 2D层状材料

近日，埃尔朗根纽伦堡大学Andreas Hirsch（通讯作者）等人总结了石墨烯，二硫化钼（MoS₂）和黑磷（BP）三种单层2D材料的现状。这种二维片状聚合物目前是合成化学，物理学和材料科学界面上的一个新兴领域。片材结构的共价和非共价官能化都允许其性质的系统性改变，即溶解性和加工性的改进，防止再聚集或带隙调整。除了成功实现功能化之外，还解决了基本挑战。这些包括大多数二维片状聚合物的不溶性和多分散性，合适表征工具的开发，有效结合策略的确定，基底平面的化学活化以及平面加成反应的区域选择性。

文献链接：Post-Graphene 2D Chemistry: The Emerging Field of Molybdenum Disulfide and Black Phosphorus Functionalization（Angew. Chem. Int. Ed., 2018, DOI:10.1002/anie.201708211）

2、Nano Energy综述：单元化再生阴离子交换膜燃料电池双功能氧还原/催化剂研究进展及展望

图2 再生阴离子交换膜燃料电池

由于成本低，能量储存容量高，特别是与可再生资源整合时，单元化再生阴离子交换膜燃料电池（UR-AEMFC）被广泛认为是有前景的能量转换和存储设备。然而，氧电极反应长期以来一直是UR-AEMFCs的主要限制因素之一，这是由于其动力学缓慢并导致高超电势。近日，Giner. Inc. Newton的Xu Hui（通讯作者）等人总结了近年来使用过渡金属或金属氧化物的ORR/OER双活性部位纳米结构催化剂。从文献中收集实验证据以提供形态，价态，电子结构，能带等的观点。还总结了用先进的碳材料合成混合结构的不同方法，这些方法弥补了大多数纯过渡金属氧化物缺乏的不良电导率。比较和分析了改进异质原子界面活性的不同机制。 此外，针对UR-AEMFC的工业实施讨论了可逆的ORR/OER电催化剂耐久性要求，并提出了用于未来催化剂设计的途径。

文献链接：Recent Progress and Perspectives of Bifunctional Oxygen Reduction/Evolution Catalyst Development for Unitized Regenerative Anion Exchange Membrane Fuel Cells（Nano Energy, 2018, DOI:10.1016/j.nanoen.2018.02.015）

3、Advanced Materials综述：工程生活材料：使用生物系统指导智能材料装配的前景和挑战

图3 工程生物材料的性质

开发新颖的工程化平台的潜力巨大，这些平台可结合生物学用于编程先进材料生产。这样的系统将具有自主性，自适应性和自我修复特性，将被设计为具有跨多个尺度的具有物理化学或机械性质材料。近日，哈佛大学Neel S. Joshi（通讯作者）团队重点介绍了工程化生物材料（ELM）的早期工作，重点是工程化细菌系统，整合无机成分的活性复合材料，大规模实施的成功范例和生产方法。此外，还介绍了ELM技术的基本标准及其未来挑战的探索。在合成生物学和自组装材料的丰富交叉之中，ELM技术的发展使得生物纳米材料可以利用生物学的力量来生长复杂的结构和物体。

文献链接：Engineered Living Materials: Prospects and Challenges for Using Biological Systems to Direct the Assembly of Smart Materials（Adv. Mater., 2018, DOI:10.1002/adma.201704847 ）

4、Advanced Energy Materials综述：开发电极，电解质和诊断工具以了解和推进钠离子电池的挑战

图4 性能数据

考虑到钠资源的天然丰富性和低成本，钠离子电池（SIBs）在大规模电化学储能方面受到了极大关注。然而，需要智能结构设计策略和良好的机械性能来实现高能量密度的先进SIBs。近年来，对先进的阴极，阳极和电解质材料以及先进的诊断技术的探索得到了广泛的开展。近日，阿贡国家实验室Khalil Amine（通讯作者）等人集中在具有吸引力的电池材料（即阴极，阳极和电解质）的挑战性问题，总结了改善其电化学性能的最新策略，并介绍了操作数诊断方面的最新进展，以揭示电化学性能背后的物理特性，并为设计和综合先进电池材料提供指导和方法。 还提供了关于未来研究以建立更好的SIBs的展望和观点。

文献链接：Challenges in Developing Electrodes, Electrolytes, and Diagnostics Tools to Understand and Advance Sodium-Ion Batteries（Adv. Energy Mater., 2018, DOI:10.1002/aenm.201702403）

5、Advanced Materials综述：重组丝基材料的生物医学应用

图5 天然丝绸

丝绸大多被称为豪华纺织品，起源于中国最早种植的蚕。对各种丝绸的深入研究表明，它还有更广泛的用途。出于医疗目的，天然丝绸被认为是一种潜在的用于外科线或伤口敷料的生物材料。然而，随着生物医学工程的进步，对高性能，天然衍生生物材料的需求变得更加迫切和严格。近日，拜罗伊特大学Thomas Scheibel（通讯作者）团队介绍了天然材料的一个常见问题是它们的批次间差异大，潜在的高免疫原性以及它们的快速生物降解。论述了开发用于生产丝蛋白的重组方法。总结了几个研究小组研究和利用各种重组生产的丝蛋白，其中许多研究小组也将他们的产品用于生物医学应用。

文献链接：Biomedical Applications of Recombinant Silk-Based Materials（Adv. Mater., 2018, DOI:10.1002/adma.201704636）

6、Accounts of Chemical Research：优化纳米电极阵列用于细胞内电生理学

图6 细胞内和细胞外电极

电生理学的电极技术有着悠久的创新历史，其中包括一些决定性的步骤，包括20世纪40年代Hodgkin和Huxley开发的电压钳测量技术以及20世纪70年代Neher和Sakmann发明的膜片钳电极。近日，哈佛大学Donhee Ham、Hongkun Park（共同通讯）等人首先阐明纳米电极和细胞膜之间界面的形态和相关电性质，以及纳米电极如何进入细胞内通路。纳米电极的细胞内界面目前劣于膜片钳电极的界面，除了个别纳米电极-细胞界面的优化之外，另一个重要主题是纳米电极的可扩展性。在CMOS集成电路芯片上制造的1000纳米电极像素执行来自数百个心肌细胞的平行细胞内记录，这标志着电生理学中的新的里程碑。

文献链接：Optimizing Nanoelectrode Arrays for Scalable Intracellular Electrophysiology（Acc. Chem. Res., 2018, DOI:10.1021/acs.accounts.7b00519）

7、Chemical Reviews综述：胶体等离子体纳米复合材料：从制造到光学功能

图7 胶体等离子体纳米复合材料

等离子体纳米结构广泛用于工程光学材料和器件结构的构建块。等离子体纳米复合材料（pNCs）是一类新兴的材料，它们将这些纳米结构整合到分层结构和多功能的系统中。近日，加州大学圣迭戈分校Andrea R. Tao（通讯作者）等人介绍了通过修饰等离子体激元和基体成分，以及通过控制整个复合材料的纳米到宏观形貌，这些pNCs可以高度定制。纳米级装配在表现出复杂或响应光学功能的pNCs的设计中起着特别重要的作用。 由于其可扩展性和可调性，pNCs为工程新的等离子体材料和轻松集成到光电子器件结构提供了一个多功能平台。并提供了对pNC结构，设计，制造和光学功能方面最近取得的成就的全面解析，以及它们在光电和传感中的应用实例。

文献链接：Colloidal Plasmonic Nanocomposites: From Fabrication to Optical Function（Chem.  Rev., 2018, DOI:10.1021/acs.chemrev.7b00364）

8、Chemical Society Reviews综述：多组分超分子凝胶如何表征？

图8 多组分超分子凝胶组装

当小分子自组装成纤维结构时，会形成低分子量凝胶或超分子凝胶。在临界浓度以上，这些结构的缠结和交联导致形成自支撑凝胶。近日，格拉斯哥大学Emily R. Draper、Dave J. Adams（共同通讯）等人设想如果每种组分能够自身形成凝胶，则可以通过低分子量凝胶剂（LMWG）之间的随机或特定缔合形成一系列纤维类型。纤维网络的性质将取决于LMWG如何组装成纤维结构。 因此，为了理解这些凝胶，有必要了解跨多个尺度的网络。 在这里，讨论了当前的工艺状况，以及已经使用的不同技术的有效性。

文献链接：How should multicomponent supramolecular gels be characterised? (Chem.  Soc. Rev., 2018,DOI:10.1039/C7CS00804J）

本文由材料人生物材料组Allen供稿，材料牛整理编辑。

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