材料前沿最新综述精选（2018年5月第1周）

1、Energy & Environmental Science：半透明聚合物和钙钛矿太阳能电池在发电窗口应用中的最新进展

图1 发电转换示意图

半透明光伏（ST-PV）技术可用于替代传统建筑物中的外墙和屋顶以及车辆上的涂层，以获取太阳光产生能量。目前的半透明光伏技术是基于硅的，虽然硅实现了足够高的效率，但其颜色本质上很难调整。然而，这为半透明聚合物和钙钛矿基光伏提供了机会，其光学性质可以通过调整其材料组成而获得调节。近日，华南理工大学叶轩立和埃尔朗根纽伦堡大学Christoph J. Brabec（共同通讯作者）团队总结了最近在半透明聚合物和钙钛矿太阳能电池的材料选择、光学工程和器件结构设计方面取得的进展，并讨论了这些半透明太阳能电池商业化的挑战。

文献链接：Recent advances in semi-transparent polymer and perovskite solar cells for power generating window applications (Energy Environ. Sci.,2018,DOI: 10.1039/C8EE00154E）

2、Nature Reviews Materials: 生物制造策略在三维体外模型和再生医学中的应用

图2 生物打印和生物装配技术示意图

器官是由不同的细胞、蛋白质和信号分子组成的复杂系统，它们以高度有序的结构排列，以协调我们身体中无数的功能。生物制造策略可用于模仿原生组织的结构和功能并通过材料和细胞的精确沉积和组装来在体外工程化3D组织模型。近日，来自马斯特里赫特大学的Lorenzo Moroni（通讯作者）团队研究了用于构建功能性组织替代物和器官模型的生物制造的方法，重点研究了可以使用生物制造技术加工的生物材料（例如超分子和光敏材料）的开发。文章强调了生物打印和生物装配的组织模型，并研究了生物制造技术的潜力，以重新创建复杂的组织特性。

文献链接：Biofabrication strategies for 3D in vitro models and regenerative medicine（Nat. Rev. Mater.,2018,DOI: 10.1038/s41578-018-0006-y）

3、Angewandte Chemie International Edition: 多孔聚电解质——新功能的电荷和孔隙的相互作用

图3 多孔聚电解质的分类以及应用领域

在过去的十年里，多孔聚电解质方面取得了突飞猛进的进展，人们对它们的合成及其在环境、能源、生物医学和催化技术上的应用产生了极大的兴趣。 对多孔聚电解质的研究一是基于功能性有机基团和加工技术的灵活选择；二是从单个聚电解质骨架到它们纳米/微米上层结构跨越长度尺度的电荷和孔隙的协同作用。近日，来自华中科技大学赵强和克拉克森大学Yuan Jiayin（共同通讯作者）等人总结了多孔聚电解质的最新进展，包括膜、颗粒、支架和高表面积粉末/树脂及其衍生物。重点研究的是表面化学的相互作用，它们重新定义了化学和物理学，并主要用于能量转换、分子分离、水纯化、传感/驱动、催化、组织工程和纳米医学。

文献链接：Porous Polyelectrolytes: The Interplay of Charge and Pores for New Functionalities ( Angew. Chem. Int. Ed.,2018,DOI: 10.1002/anie.201710272）

4、Joule：Sb₂S₃太阳能电池

图4  Sb₂S₃晶体结构图

作为环保可持续的可再生能源，无毒的薄膜太阳能电池技术正引起广泛的关注。Sb₂S₃由于具有匹配的带隙，高的吸收系数，单一的稳定相和良好的合成条件，成为了前端电池的最佳候选者。 近日，华中科技大学唐江（通讯作者）团队对基于Sb₂S₃的光伏器件进行了全面综述，关注了半导体敏化和平面太阳能电池领域，重点介绍了当前基于Sb₂S₃的光伏器件面临的挑战，并提供了未来研究方向，以促进这一新兴薄膜技术的发展。

文献链接：Sb₂S₃ Solar Cells (Joule,2018,DOI: 10.1016/j.joule.2018.04.003）

5、Progress in Polymer Science：物理方法构建甲壳素基材料的研究进展

图5 各种几丁质的生物体和材料图片

螃蟹，虾和龙虾壳等丰富且可再生，并将成为最重要的化工原料之一。通过物理方法和原料甲壳素的绿色技术构建新型高分子材料是一条环保可持续的途径，并有利于实现“绿色发展”。近日，武汉大学张俐娜院士和吕昂（共同通讯作者）等人总结了甲壳素纳米晶体制备的新型甲壳素材料以及通过甲壳质的直接溶解/再生制备的方法，它们在生物材料、电化学、储能、分离/吸收、催化剂载体和纺织材料中具有重要的潜在应用。预计未来将有更多政府，企业，大学和研究机构参与绿色聚合物的绿色转化，从而建设一个绿色可持续性的世界。

文献链接：Recent Advances in Chitin Based Materials Constructed via Physical Methods (Prog. Polym. Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2018.04.001）

6、Progress in Materials Science：分散晶体功能化的透明玻璃陶瓷

图6 I型和II型GC的示意图

具有最小散射损失的透明玻璃陶瓷提供了玻璃和（透明）陶瓷的组合特性。分散晶体的功能使透明玻璃陶瓷成为新一代光学材料，从光学到光子学都具有广泛的应用范围。近日，来自浙江大学的邱建荣和华南理工大学的周时凤（共同通讯作者）等人重点介绍了常规制造方法以及新兴技术的最新进展，如固态反应，溶胶-凝胶和激光诱导结晶。并讨论了透明玻璃陶瓷的应用，由晶体功能化的透明玻璃陶瓷表现出各种光学功能，包括光致发光，光学非线性，等离子体吸收等。透明玻璃陶瓷的研究将揭示晶体形成的机理，并将发现新的透明玻璃陶瓷系统。

文献链接：Transparent glass-ceramics functionalized by dispersed crystals (Prog. Mater. Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.pmatsci.2018.02.006）

7、Accounts of Chemical Research：金属包封Si₁₆笼体的合成与表征

图7 纳米团簇离子表面固定化BCS的制造方法

由几个到几百个原子组成的纳米簇一直是纳米材料科学的核心问题，这源自于它们的局部化学键明显偏离其大分子类似物和由尺寸特定的电子结构引起的新性质，笼形几何形状和电子壳层闭合方面满足特定的稳定性，纳米团簇就有望成为未来纳米材料的最小功能单元。近日，来自庆应义塾大学的Atsushi Nakajima（通讯作者）等人重点介绍了金属包封Si₁₆笼体的合成和表征方面的最新进展。作者开发了一种基于高功率脉冲磁控溅射并配有质谱仪和软着陆装置的纳米簇源。利用扫描探针显微镜和光电子能谱阐明了表面固定化BCSs的结构，强化的纳米簇来源还可以通过将液体嵌入直接结合到有机分散剂中，实现100 mg规模的BCS合成，使其结构成为高度对称的“金属封装四面体硅笼”。

文献链接：Synthesis and Characterization of Metal-Encapsulating Si₁₆ Cage Superatoms (Acc. Chem. Res.,2018,DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00085）

8、Chemical Society Reviews：化学气相沉积法制备二维六方氮化硼的最新进展

图8 六方氮化硼的研究进程

近年来，在基础研究和实际应用中，二维六方氮化硼（h-BN）材料取得了重大进展。然而，可控制和可扩展的二维六方氮化硼材料制备一直是一个挑战。 最近，利用化学气相沉积（CVD）技术能够获得具有层数选择性和大面积均匀性的高质量六方氮化硼，这大大促进了2D材料的研究。近日，北京大学刘忠范院士和苏州大学孙靖宇、张力（共同通讯作者）等人讨论了通过化学气相沉积在各种基材上的二维六方氮化硼的合成方面的最新研究成果，并且提出了遇到的挑战和未来的展望：1：有效控制生长BN的厚度均匀性仍然很困难；2：介电衬底上的直接生长会有所提高。

文献链接：Recent progress in the tailored growth of two-dimensional hexagonal boron nitride via chemical vapour deposition (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C8CS00167G）

9、Chemical Society Reviews：多组分自组装在材料设计中的应用

图9 用于制造蛋白质和肽基纳米结构的多组分自组装策略

由于自然界充满了各种具有功能强大的基于蛋白质的多组分装配体，因此自然界成为了创建高度有序、复杂、动态蛋白质和肽基纳米结构平台的灵感来源。这样的组装系统依赖于不同单独构建块的初始相互作用，并组装成超分子结构的复合物。近日，来自伦敦大学玛丽皇后学院的Alvaro Mata（通讯作者）等人重点介绍了蛋白质和肽在多组分自组装领域的最新进展，并总结了各种方法，包括共价结合，配体-受体相互作用，模板化/定向组装和非特异性共组装等，多种蛋白质和基于多肽的构建模块可以转化为功能材料。文章强调了多组分自组装在蛋白质和肽工程中的重要性，并展望了其在材料科学和纳米技术领域的发展。

文献链接：Multicomponent self-assembly as a tool to harness new properties from peptides and proteins in material design (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C8CS00121A）

10、Chemical Society Reviews.：非富勒烯电子受体中分子设计及其对商业有机太阳能电池的影响

图10 通道I和II在有机太阳能电池中的激发

富勒烯在过去的20年中已经成为了高性能有机太阳能电池的组成部分，然而它们在成本和稳定性方面的固有性质限制了该领域的发展，所谓的非富勒烯电子受体，产生了许多有希望的候选者，其可以超过富勒烯的器件性能并提供改善有机太阳能电池的稳定性和可加工性的机会。近日，来自帝国理工学院的Andrew Wadsworth（通讯作者）等人探讨了非富勒烯受体库的结构-性质关系，重点介绍了该领域取得进展的重要化学修饰，并提供了未来用于有机光伏电子受体的创新前景。

文献链接：Critical review of the molecular design progress in non-fullerene electron acceptors towards commercially viable organic solar cells (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00892A）

本文由材料人电子组杨超供稿，材料牛整理编辑。

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