材料前沿最新综述精选（2018年2月第4周）

1、Progress in Materials Science综述：与刚度、压缩性相关的机械超材料
                                                                                 

图1 影响机械超材料的因素

机械超材料是具有违反直觉机械性能的人造结构，其起源于晶胞的几何形状。典型的机械超材料通常与四个弹性常数相关联，即杨氏模量、剪切模量、体积模量和泊松比。近日，清华大学周济教授（通讯作者）团队回顾了底层设计原理的结构拓扑优化以及实验制造的重要进展，此外，根据基础材料力学建立了机械超材料的明确分类。将超材料和拓扑优化整合到微观结构中，可以开发新颖的人造材料。因此，作者预计机械超材料将开创一个材料的新时代。

文献链接：Mechanical metamaterials associated with stiffness, rigidity and compressibility: A brief review (Prog. Mater. Sci.,2018,DOI:10.1016/j.pmatsci.2017.12.003）

2、Advanced Materials综述: 超润湿性的生物防雾材料的研究进展与挑战

图2 使用一步SiO₂胶体涂布法制备AF和DSSC的示意图

在自然界发现的防雾（AF）结构材料具有很大的潜力，能够促进新型产品和新兴技术的发展，促进人类社会的日常生活，并可广泛应用在显示设备、交通工具、农业温室、泡沫包装、太阳能产品等领域。近日，来自吉林大学的Niu Shichao（通讯作者）团队总结了生物超润湿性防雾材料的研究进展和有关超湿润生物敏感AF材料的机理、制备和应用，文章指出，防雾材料的超润湿性取决于其表面几何结构和表面化学组成的组合，这包括在设计结构和调节表面化学组成的基础上构建超湿润防雾材料，最后，文章还简要讨论了该领域遇到的挑战和发展方向。

文献链接：Flourishing Bioinspired Antifogging Materials with Superwettability: Progresses and Challenges（Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1002/adma.201704652）

3、Advanced Materials综述: 可再生能源电极材料的等离子体辅助合成和表面改性

图3 等离子体生成过程和基底表面的基底化

可再生能源技术被认为是降低工业和日常生活中使用化石燃料的必然选择。设计关键和复杂的材料对于实现高性能能源技术具有重要意义。纳米材料的高效合成和表面改性对于能源技术而言是非常重要的。因此，对合理设计高效电催化剂或电极材料的要求越来越高，这也是可扩展和实用的电化学能量器件的关键。近日，来自湖南大学的王双印教授（通讯作者）等人总结了利用等离子体技术合成和改进燃料电池、锂离子电池、锂硫电池和超级电容器材料的最新进展以及等离子体辅助合成、表面改性、原子掺杂，缺陷应用到电催化剂和电极材料的一般方法。不同类型的等离子体可能会对材料产生不同的影响，等离子体可以辅助气体或液体衍生的原子，分子，离子或自由基等的前体来驱动合成和修饰获得所需要的物质，因此，等离子体无疑是一种高效的工具，将延伸到其他领域。

文献链接：Plasma-Assisted Synthesis and Surface Modification of Electrode Materials for Renewable Energy,(Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1002/adma.201705850）

4、Nature Reviews Materials综述：用于有机太阳能电池的非富勒烯受体

图4 有机太阳能电池的方案

在过去的十年里有机光伏器件已经取得了重大进展，主要是供体有机半导体新材料的开发发挥了非常重要的作用。大量的富勒烯衍生物已被用作受体，然而，对新型非富勒烯受体开发的研究正如火如荼。近日，来自北京大学占肖卫教授（通讯作者）团队总结了富勒烯化合物用于有机太阳能电池的优缺点，文章简要介绍了其原理，并介绍了最成功的新型非富勒烯受体，后者受体的应用使得制造具有约2-4％效率的有机太阳能电池成为可能。

 文献链接：Non-fullerene acceptors for organic solar cells ( Nat. Rev. Mater.,2018,DOI: 10.1038/natrevmats.2018.3）

5、Advanced Functional Materials综述：用于电子和光电子学的二维纳米材料阵列

图5 石墨烯阵列及其相关SEM图

二维（2D）材料得益于其独特的平面结构和电子性质在新颖的电子和光电子应用领域得到了广泛关注。作为器件结构的基础，基于耦合效应和协同效应的纳米二维材料阵列的研究对二维材料的功能化至关重要。近日，电子科技大学的熊杰和Junwei Chu、苏州大学的李亮、湘潭大学廖敏（共同通讯作者）等人介绍了一些关于二维材料阵列的研究，第一个重点是2D材料阵列的各种典型制造方法，包括光刻、2D印刷、晶种生长、外延生长和自组装。其次详细介绍了2D材料阵列的应用，如场效应晶体管、光电探测器、压力传感器、以及应变传感器的柔性电子器件。最后讨论了基于混合维异质结构的探索，其可以通过尺寸调整来提高器件性能。

文献链接：2D Nanomaterial Arrays for Electronics and Optoelectronics  (Adv. Funct. Mater.,2018,DOI: 10.1002/adfm.201706559）

6、Progress in Polymer Science综述：含有聚肌氨酸的共聚物的合成、表征和应用

图6 不同类型的含有聚肌氨酸的共聚物

一个世纪前人们首次合成了聚肌氨酸，但是最近聚肌氨酸才获得更广泛的关注，并被认为是聚乙二醇的替代物。与聚醚如PEG相比，聚肌氨酸是基于氨基酸肌氨酸的多肽，即N-甲基化甘氨酸。作为聚合物，聚肌氨酸在基于内源性材料的同时，结合了类似PEG的性质，例如在水中的优异溶解性，蛋白质抗性，低细胞毒性和非免疫原性特征。近日，来自浙江大学的凌君、约翰尼斯古腾堡大学的Matthias Barz（共同通讯作者）等人提供了聚肌氨酸含有嵌段共聚物的第一个综述，其中包括与聚酯、聚醚、多肽、聚类，聚丙烯酸酯等共聚物，文章对这种聚合物的特性和应用进行了详细介绍和讨论。最后，作者综述了聚肌氨酸嵌段共聚物的解决方案自组装和应用，强调了这种多肽材料的巨大潜力。

文献链接：Polysarcosine-containing copolymers: Synthesis, characterization self-assembly, and applications (Prog. Polym. Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2018.01.002）

7、Chemical Reviews综述：Pd金属催化剂用于交叉偶联反应和相关反应

图7  2001-2012年发布的具有钯催化剂负载的Heck反应机理模式的示意图

交叉偶联和相关反应是一类高效合成方案，通常由分子Pd作为催化剂来促进。 然而，基于或多或少高度分散的Pd金属的催化剂也被用于此领域，并且它们的使用已经延伸到其中大多数反应。近日，来自帕多瓦大学的Andrea Biffis（通讯作者）等人提供了关于Pd金属催化剂在这些最近应用中的重要概述， 并提出了用于解释Pd金属的催化作用的机理路径。此外，文章阐述了已经出现的最优异的Pd金属基催化体系，以及开发的新方法用以促进Pd金属的反应性。

文献链接:Pd Metal Catalysts for Cross-Couplings and Related Reactions in the 21st Century: A Critical Review (Chem.Rev.,2018,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00443）

8、Chemical Reviews综述：基于DNA纳米技术的药物输送系统

图8 结构DNA纳米技术的起源和原理

纳米技术在生物医学领域的应用取得了迅速的进展，包括生物成像，生物检测和药物输送等。作为一个新兴领域，DNA纳米技术为纳米结构的自组装提供了简单而强大的设计技术，具有独特的优势和潜力，可以增强药物靶向性并减少药物毒性。人们已经开发了各种序列编程和优化方法来设计具有精确设计的，可控大小、形状、表面化学和功能的DNA纳米结构。近日，来自复旦大学的顾宏周、中科院上海应用物理研究所的樊春海（共同通讯作者）等人从DNA纳米技术的起源开始，随后总结了DNA纳米结构和由DNA纳米载体提供的药物载荷构建的最新策略。此外，作者还讨论了基于DNA纳米结构的药物递送的挑战和面临的机遇。

文献链接：DNA Nanotechnology-Enabled Drug Delivery Systems (Chem.Rev.,2018,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00663）

9、Chemical Society Reviews综述：通过核酸扩增策略的光学纳米生物传感界面的构建和应用

图9 各种核酸等温扩增辅助光学生物传感方法在宏观反应界面和微观反应界面上的示意图

现代光学检测技术由于其高灵敏度和高准确性在临床检测中起着关键作用。然而，由于对肿瘤治疗具有重要意义的恶性肿瘤的早期发现和诊断的临床需求，人们已经提出了诸如高检测灵敏度的更高要求。核酸等温扩增技术为满足这一要求开辟了途径，核酸扩增辅助的现代光学传感界面已经取得了令人满意的灵敏度和准确性，高速度和特异性。近日，来自临沂大学张书圣和南京大学的徐静娟（共同通讯作者）等人描述了由核酸扩增策略辅助的新兴的光学纳米生物传感界面的构建，并提出了以下观点：1.光学纳米生物传感界面的智能制造方法；2.通过核酸扩增方法的生物传感机制；3.最新的策略和未来的展望。

文献链接：Optical nano-biosensing interface via nucleic acid amplification strategy: construction and application (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00573C）

10、Accounts of Chemical Research综述：层状卤化物钙钛矿的白光发射

图10 层状卤化物钙钛矿结构及其光谱图

有效地创造室内照明所需的高质量白光仍然是一个挑战，照明源必须提供具有我们所见的所有能量的光子，这种需要难以通过单一材料实现。在商业白光源中，一个或多个发光二极管涂有一种或多种荧光粉组合发射呈现白色，然而，由于发射器的不均匀降解速率和不同组件的重叠吸收和发射能量而导致的有效损耗导致发射颜色随时间发生变化。近日，来自斯坦福大学的Hemamala I. Karunadasa（通讯作者）等人提出观察到的广泛的白色发射主要源于激子缺陷。激子耦合到晶格产生可被视为“激发态缺陷”的瞬态弹性晶格畸变。这些激子产生具有大斯托克斯位移的宽发射。最高效的白光发光钙钛矿的量子效率为9％，提高这个值将使这些荧光粉对固态照明具有吸引力，同时可以实现低成本沉积的大面积涂层，有助于扩大白光发射体的相空间，并可通过合成光谱、理论控制它们的激子动力学。

文献链接： White-Light Emission from Layered Halide Perovskites (Acc.Chem.Res.,2018,DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00433）

11、Accounts of Chemical Research综述：α-MnO₂隧穿结构作为储能模型阳离子主体的研究

图11 隧道结构示意图

由于重复充电和放电循环，与离子移动和电子转移相关的晶格膨胀和收缩会导致结构退化和非晶化，伴随着容量的损失。相比之下，隧道式结构体现了更加坚固的框架，其中固有的结构设计可以适应阳离子的存在并且通常可以存在多种阳离子。近日，来自石溪大学的Amy C. Marschilok、Kenneth J. Takeuchi和Esther S. Takeuchi（共同通讯作者）团队探讨了隧道式结构的可行性，以便在储能系统中嵌入和脱嵌阳离子。文章介绍了对隧道结构的α-MnO₂材料的研究，可以全面了解其电化学以及与电化学系统中活性材料相关的机制，作者指出，人们需要在合成材料性能控制和多模态表征方面共同努力，理论和模型结合在多重生理化学性质中起着重要作用。

文献链接：Investigation of α-MnO₂ Tunneled Structures as Model Cation Hosts for Energy Storage (Acc.Chem.Res.,2018,DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00478）

本文由材料人电子组杨超供稿，材料牛整理编辑。

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