#国内高质量学术进展汇总#北京大学研发出微型石墨烯薄膜灯丝热电子发射器

国内周报第45期摘要：北京大学研究团队使用微加工制造方法研发出以微尺度石墨烯薄膜作为灯丝的微型热电子发射器；清华大学运用密度泛函数理论验证N或O掺杂可有效抑制锂硫电池的飞梭效应；中科大研制出Te纳米线/碳纳米管复合阴极材料碲电极锂电池；中国工程物理研究院等机构制备出中空石墨烯/导电聚合物复合纤维并将其用于制造新型纤维状的超级电容器；北京工业大学等高校的研究者制备出高度稳定的锆基MOFs以检测和去除废水中的抗生素和有机炸药；厦门大学利用阳离子交换反应构建了具有不同形状的Mn2+和Zn2+氧化铁纳米颗粒；中科院理化技术研究所制备出新型硒汞化物BaHgSe2；中科院苏州纳米所采用基于离散偶极子近似方法研究了金属团簇吸附对等离子共振阻尼的影响，结果表明阻尼主要是由纳米棒两边的吸附产生。

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北京大学研发出微型石墨烯薄膜灯丝热电子发射器

微加工的电子发射器由于其在真空电子产品中具有前景的应用而受到人们的广泛重视。然而，具有快速温度响应和可控电子发射的可调微加工电子发射器仍面临重重挑战。

近日，北京大学的研究团队使用微加工制造的方法制备出以微尺度石墨烯薄膜作为灯丝的微型热电子发射器。石墨烯微型电子发射器的发射电流在适度的栅电压范围内可在6个数量级内调节，开关时间小于1微秒，比大型电子发射器的开关时间快了5个数量级。更重要的是，通过微加工制造技术设计石墨烯的尺寸使得石墨烯微型电子发射器的电子发射性能可控并且可再生，从而制造出的石墨烯阵列电子发射器的电子发射性能更加均匀。

微型石墨烯电子发射器为实现大型可寻址的电子发射器阵列在真空电子器件的应用提供了可能。

该项成果发表于：NATURE COMMUNICATIONS。

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清华大学验证N或O掺杂可有效抑制锂硫电池的飞梭效应

当前锂硫电池的研究高度集中在高容量储能方面，面临的严峻问题之一是飞梭效应。

近日，清华大学的研究团队运用密度泛函数理论对掺杂不同原子的纳米碳材料进行分析，并对锂硫电池的机理、未来的设计进行了详细说明。实践证明，采用N或O掺杂的化学改性方法可以通过偶极-偶极静电相互作用显著提高碳主体和多硫化物间的相互作用，从而有效地抑制飞梭效应，提高容量和库伦效率。相比之下，引入B、F、S、P和Cl的结果却不尽如人意。因此他们提出在锂硫电池中掺杂碳支架的构想以实现强静电偶极-偶极相互作用。

此外，研究者可以通过共掺杂的方法在锂硫电池中实现更强的相互作用从而“困住”充放电过程中产生的多硫化物。

该研究成果发表于：Small。

中科大研制出Te纳米线/碳纳米管复合阴极材料碲电极锂电池

在可充电锂离子电池中，基于第六主族元素的阴极材料由于具有和O、S相当的理论体积容量密度、更高的与锂反应活性而崭露头角。

来自中国科学技术大学等高校及研究中心的研究者将Te纳米线/双功能弹性碳纳米管气凝胶复合材料用于阴极材料，并组装出两种类型的粘合剂/集电极-碲电极锂电池。碳纳米管高的导电性和多孔结构保证稳定的电接触以及锂离子的传输，与此同时将Te和Li2Te“困在”网络中，从而快速触发以及稳定其电化学特性。阴极也具有良好的可压缩性，以缓冲锂化/脱锂化过程中的体积膨胀，提高电极完整性。

该阴极材料具有比容量高、循环稳定性好和倍率性能好等优点，有望开启下一代高能量电池的“超锂”时代。

该项成果发表于：Advanced Functional Materials。

中国工程物理研究院等机构研制出新型纤维状超级电容器

近日，来自中国工程物理研究院化学材料研究所和复旦大学高分子材料科学与工程学院研究者制备出高力学性能的中空石墨烯/导电聚合物复合纤维并将其用于制造新型纤维状的超级电容器，具有高的能量密度和优异的寿命稳定性。这种纤维超级电容器织成的柔性供电纺织品，在便携式和可穿戴电子产品领域具有巨大前景。

该项成果发表于：Advanced Materials。

北京工业大学制备出高度稳定的锆基MOFs

废水中主要污染物——抗生素和有机炸药的检测和清除十分重要但具有挑战性。作为一类新型的多孔材料，金属有机骨架化合物（MOFs）在传感和吸附领域具有良好的应用前景。

近日，北京工业大学等高校的研究者制备出高度稳定的锆基MOFs以检测和去除废水中的抗生素和有机炸药。团队使用拓扑结构分析方法设计并合成出两类稳定的锆基MOFs：Zr6O4(OH)8(H2O)4(CTTA)8/3(BUT-12)和Zr6O4(OH)8(H2O)4 (TTNA)8/3(BUT-13)，两者分别具有高达3387m2/g、3498m2/g的布鲁诺尔-埃米特-泰勒（BET）表面积，BUT-13在目前水稳定性MOF中性能最为突出。可以通过追踪水中呋喃西林（NZF）和呋喃妥因（NFT）抗生素以及2,4,6-三硝基苯酚（TNP）和对硝基苯酚（4-NP）的数量得知这些MOFs具有优异的荧光性能。它们拥有MOFs基传感材料的最高水平：对于十亿分率含量的水平感应仍然十分灵敏。同时，它们对于这些有机分子还具有高的吸附作用，研究发现，吸附可进一步提高荧光淬灭效率，对于吸附物的分析具有重要作用。这些结果表明，BUT-12和13可以同时选择性检测和去除特定抗生素和爆炸性有机物，在水质监测和污水处理方面具有潜在作用。

该研究成果发表于：JACS。

厦门大学利用阳离子交换反应构建了Mn2+和Zn2+氧化铁纳米颗粒

阳离子交换是一种在保持形态情况下，通过复合变化来调节纳米晶体性质的有力手段。

近日，厦门大学等高校的研究团队揭示了，阳离子交换可以改变铁氧化物纳米晶体的组成，以在核磁共振成像中显著提高其对比度。他们利用阳离子交换反应成功地构建了具有不同形状（球体，立方体，和八倍体）的Mn2+和Zn2+氧化铁纳米颗粒。Mn2+和Zn2+进入铁氧体的晶格，且大多数都分布在铁素体的TD位点。这些工程的形状各向异性的氧化铁纳米颗粒具有高饱和磁化强度和较大的有效边界半径，因此横向弛豫率十分显著。

这些氧化铁纳米粒子可以作为体内核磁共振成像高性能的造影剂在体内成像，使早期肝肿瘤和肝转移瘤得以灵敏成像（小至0.4毫米），在癌症的及时发现以及转移方面具有巨大潜力。

该研究成果发表于：Chemistry of Materials。

中科院理化技术研究所制备出新型硒汞化物BaHgSe2

近日，中科院理化技术研究所的研究团队制备出新型硒化汞BaHgSe2具较高的非线性光学响应以及共同熔点。该结构在平面三角形单元中包含[HgSe3]4−阴离子的角共享链，在红外非线性光学材料中充当新的基本官能团以赋予材料大的非线性极化率和理化稳定性。

这样的平面三角形单元有助于研究者在寻找与传统黄铜材料完全不同的实用红外非线性光学材料的过程中另辟蹊径。

该研究成果发表于：JACS。

中科院苏州纳米所研究了金属团簇吸附对等离子共振阻尼的影响

通过金属吸附对等离子体纳米粒子进行表面修饰在等离子体感应、等离子体增强光催化剂中具有重要的应用。

近日，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的相关团队研究了金属团簇吸附对等离子共振阻尼的影响，应用单粒子暗场光谱测试铂掺杂前后的同样的金纳米棒。研究发现由于线宽增加而导致的铂诱导阻尼等离子体依赖于测量纳米棒的共振波长，其本质上是分散的。基于离散偶极子近似方法的仿真结果表明阻尼主要是由棒两边的吸附产生。金、银、铂具有不同的体积介电函数，因此从孤立的集群到一个完整的壳的过渡过程表现出巨大的差异。

这一发现将为研究者设计和制造金属异质结构纳米功能材料提供新的思路。

该研究成果发表于：Small。

以上我们列举的仅为过去一周内（5.5-5.11）我国先进材料研究的最新进展的代表。整理过程中难免存在疏忽，还望各位读者谅解并诚挚欢迎大家提出意见/建议，或推荐最新的国内材料研究新闻线索给我们：tougao@cailiaoren.com。

本期周报由国内材料周报小组吴长青撰写，材料牛编辑整理。