材料前沿最新综述精选(2018年4月第3周)

1、Chemical Reviews综述: 金属催化剂的非均相催化：从单原子到纳米团簇和纳米粒子

图1 单原子，团簇及纳米粒子的几何和电子结构

金属组元的尺寸大小会使多相催化反应产生不同的催化表现，粒度，形状，化学组成，金属-载体的相互作用以及金属-反应物/溶剂相互作用对金属催化剂的催化性能有着显著影响。良好的控制合成方法及先进的表征工具令科学家可以从分子水平上了解这些影响。近日，西班牙瓦伦西亚大学的Avelino Corma(通讯作者)等人概述了金属催化剂单原子，纳米团簇和纳米粒子的电子及几何结构。作者总结了单原子，纳米团簇和纳米粒子在不同类型反应（包括CO氧化，选择性氧化，选择性加氢，有机反应，电催化和光催化反应）中的催化应用。
文献链接：Metal Catalysts for Heterogeneous Catalysis: From Single Atoms to Nanoclusters and Nanoparticles (Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00776）

2、Chemical Society Reviews综述:用于功能油墨与印刷的二维材料

图2 石墨烯生产过程图

石墨烯和相关的二维材料为下一代革命性技术及应用提供了理想的平台。在印刷过程中，通过使用这些经处理的二维材料，可以在刚性和适应性基材上实现图案的添加，同时实现柔性设备的设计和大规模，高速度，高效益的制造生产。近日，来自英国剑桥大学的Tawfique Hasan (通讯作者)等人概述了二维材料在油墨配方领域的进展以及二维材料所开发的可打印应用。此外，作者还对二维材料在功能油墨与印刷的研究进展和技术前景做出了展望。
文献链接：Functional inks and printing of two-dimensional materials (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C8CS00084K）

3、Chemical Society Reviews综述: 碳基纳米混合凝胶：结合生物传感，生物成像和响应药物递送的协同纳米平台

图3 碳基复合纳米凝胶及其在纳米医学中的应用

纳米交联聚合物网络（命名为纳米凝胶）凭借其多孔结构，大比表面积，良好的生物相容性和对内部/外部化学物理刺激的响应性，在各种应用中发挥着越来越重要的作用。碳纳米材料如碳量子点，石墨烯/氧化石墨烯纳米片，富勒烯，碳纳米管和纳米金刚石被嵌入响应性聚合物纳米凝胶中，以便将碳纳米材料的独特电光特性与纳米凝胶系统的优点结合，以改善其在纳米医学中的应用。近日，来自中国科学院合肥物质科学研究院的Wang Hui 和纽约城市大学的Zhou Shuiqin (通讯作者)等人概述了碳基混合纳米凝胶最新的发展和应用，并阐述了碳基混合纳米凝胶在生物医学领域的未来前景。
文献链接: Carbon-based hybrid nanogels: a synergistic nanoplatform for combined biosensing, bioimaging, and responsive drug delivery (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00399D）

4、Chemical Society Reviews综述：用于生物医学领域的二维过渡金属碳化物和氮化物

图4 MXenes材料的研究历程

二维过渡金属碳化物和氮化物(MXenes)，通式为Mn+1Xn（n = 1-3），将导电过渡金属与大量碳化物，氮化物或碳氮化物的优点结合在一起。由于其超薄结构和令人着迷的物理化学（电子，光学，磁性等）特性，在生物医学应用领域引起了人们广泛的兴趣。近日，来自深圳大学的林静教授、黄鹏教授和麻省大学医学院韩纲教授(通讯作者)等人概述了MXenes在生物医学应用的最新进展。作者介绍了MXenes的制备方法和表面修饰，然后阐述了其独特的性质。最后，还讨论了MXenes在生物医学应用方面所面临的挑战和新机遇。
文献链接：Two-dimensional transition metal carbides and nitrides (MXenes) for biomedical applications (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00838D）

5、Chemical Society Reviews综述：生命系统中人造光致动器的演变——从平面到纳米结构界面

图5 光致动器的显微图像

人为地增强活细胞中的光敏感性可以用来控制神经元路径或重要功能，避免与使用刺激电极相关的布线。实现这一目标可以采用多种策略，包括生物物质的直接光激发，细胞的遗传修饰或使用光生物界面。近日，来自意大利国家研究委员会的Francesca Di Maria和意大利理工学院的Guglielmo Lanzani (共同通讯作者)等人概述了基于无机和有机半导体的不同光致动器，从平面非生物/生物界面到纳米粒子，允许将光信号转换成信号，从而影响主机系统的生物活性。此外，作者重点介绍了噻吩基材料的应用，由于其独特的化学-物理特性，几何适应性，良好的生物相容性和稳定性，有望开发新一代全有机光致动器并用于人体内。
文献链接：The evolution of artificial light actuators in living systems: from planar to nanostructured interfaces (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00860K）

6、Accounts of Chemical Research综述：用于控制冰核形成，生长和重结晶的生物激发材料

图6 抗冻蛋白对冰核形成中的Janus效应

冰的形成包含冰核形成，冰生长和冰再结晶三个过程，尽管经过了一个多世纪的积极研究，但结冰的机制仍远未达到令人满意的程度。同时，大自然具有控制结冰的独特方式，并且可以提供解开冰结构机制的途径。近日，来自中科院化学研究所的王健君(通讯作者)等人概述了抗冻蛋白(AFP)在控制结冰机制方面的最新研究进展。通过分子动力学（MD）模拟分析，作者观察到冰结合面(IBF)顶上的有序六边形冰状水结构和非冰结合面(NIBF)顶上的无序水结构。因此得出结论：界面水在控制结冰过程中起着关键作用。
文献链接：Bioinspired Materials for Controlling Ice Nucleation, Growth, and Recrystallization (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00528）

7、Accounts of Chemical Research综述：持续发光纳米颗粒工程在生物领域的应用：从生物传感/生物成像到医学诊疗

图7 生物应用PLNPs的工程策略图

持续发光纳米粒子（PLNP）是独特的光学材料，在停止激发后依然可以发光。近红外（NIR）PLNPs具有深穿透性和由红光或NIR光重新激活持续发光（PL）的优点，这些特征使得NIR发射型PLNP在长期生物成像中的应用不再受PL的寿命限制。近日，来自江南大学的严秀平教授(通讯作者)等人系统地回顾了PLNPs从生物传感/生物成像到生物应用的成果，着重介绍了制造特定PLNPs纳米探针的工程策略。文中提出的设计原则和综合策略指导了PLNPs纳米探针的设计并促进了PLNPs在生物科学和医学领域的进一步发展。
文献链接：Engineering Persistent Luminescence Nanoparticles for Biological Applications: From Biosensing/Bioimaging to Theranostics (Acc. Chem. Res.: 10.1021/acs.accounts.7b00619）

8、Nature Energy综述：锂基可充电汽车电池材料的研究进展

图8 电池价值链和锂离子与锂金属电池化学成分的关系示意图

对于消费者能够接受的电动车而言，要实现广泛的市场普及，至少需要500公里的续航及合理的价格。因此，锂离子电池（LIB）在能源密度和电池价值链成本方面需要进行重大改进，而其他关键性能指标（如寿命，安全性，快速充电能力和低温性能）则需要加强或至少保持现状。近日，来自明斯特大学的Tobias Placke和Martin Winte (通讯作者)等人回顾了汽车应用LIB材料的进步和挑战，特别是成本和性能参数。讨论了阳极和阴极材料的生产过程，重点是材料的丰富性和成本。此外，作者还研究了用于汽车电池的不同类型电解质的优点和不足。
文献链接：Performance and cost of materials for lithium-based rechargeable automotive batteries (Nat. Energy: 10.1038/s41560-018-0107-2）

9、Advanced Functional Materials综述：微/纳机器人在活性药物递送中的应用

图9药物传输示意图

经过过去二十年的巨大进步，微/纳米机器人可以有效地将其他形式的能量转化为推进和移动，并且可以在生理条件和环境下导航到目标位置。其已被证明具有将治疗有效载荷直接装载，运输和输送至疾病部位的潜力，从而改善治疗效果并减少剧毒药物的全身副作用。近日，来自武汉理工大学的官建国教授 (通讯作者)等人概述了微生物的微/纳米机器人在药物运输方面的最新研究进展，此外，作者还详细讨论了基于微米/纳米机器人的体外和体内活性药物递送的最新发展。
文献链接：Micro‐/Nanorobots at Work in Active Drug Delivery (Adv. Funct. Mater.: 10.1002/adfm.201706100）

10、Advanced Energy Materials综述：生态友好型高锰硅化合物热电材料的研究进展及未来挑战

图10 高锰硅化合物晶体结构图

近日，来自澳大利亚昆士兰大学的邹进教授和陈志刚教授 (通讯作者)等人概述了不同高锰硅化物的晶体结构，能带结构，合成方法和原始热电性能。此外，作者还强调了提高电性能和降低高锰硅化物晶格热导率的策略及其协同作用。总结了包括高硅化锰化学和机械稳定性在内的应用潜力及其组装热电模块的能量转换效率。通过分析高锰硅化物当前的进展，本综述提出了进一步提高高锰硅化物zT的新方法。
文献链接：Eco‐Friendly Higher Manganese Silicide Thermoelectric Materials: Progress and Future Challenges (Adv. Energy Mater.: 10.1002/aenm.201800056）

本文由材料人编辑部纳米学术组jcfxs01供稿，材料牛编辑整理。

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