材料前沿最新综述精选（2018年5月第3周）

1、Nature Reviews Materials综述：生物启发的微型机器人

图1 螺旋微结构的推进

微生物可以在复杂的媒介中移动，对环境做出反应并自我组织。微型机器人领域力求在亚毫米尺寸的移动机器人系统中实现这些功能。然而，传统机器人及其控制系统微型化并不是一个可行的方法。开发微型机器人的一个很有希望的替代策略是直接在材料中实现感应，驱动和控制，从而模仿生物物质。近日，马克思普朗克智能系统研究所的Stefano Palagi 和Peer Fischer （共同通讯作者）团队讨论了在微型机器人中实现机器人功能的设计原则和材料，研究了不同的生物运动策略，并讨论如何在磁性微小机器中人工再造它们，以及软材料如何改善控制和性能。实验结果表明智能的刺激响应材料可以作为车载传感器和执行器，而“活动物质”可实现自主运动，导航和集体行为。

文献链接：Bioinspired microrobots (Nat. Rev. Mater.,2018,DOI: 10.1038/s41578-018-0016-9）

2、Corrosion Science综述: 硫化氢环境中钢的腐蚀产物研究的最新进展

图2 H₂S腐蚀机理和氢渗透过程

中国油气资源和消费市场分布不均衡，大部分石油和天然气生产地区远离主要消费市场，需要长途运输。管道因为具有成本低，运输量大的优点而成为长距离输送石油和天然气的重要手段。氯化物离子、二氧化碳和硫化氢等强腐蚀性介质可快速降解石油设备在潮湿环境中使用的材料，严重威胁这些系统的安全性和可靠性。近日，来自中国石油大学的郑树启（通讯作者）团队总结了碳钢腐蚀产物的研究进展及其对H₂S环境下后续腐蚀过程的影响；还讨论了关于腐蚀产物薄膜发展的基本理论以及腐蚀产物与氢扩散之间的关系； 最后，提出了这个领域未来的研究和发展方向。

文献链接：Review of recent progress in the study of corrosion products of steels in a hydrogen sulphide environment（Corros.Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.corsci.2018.05.002）

3、Nature Reviews Materials综述: 水凝胶离子电子学

图3 水凝胶作为离子导体

离子电子装置通过移动离子和移动电子的混合电路起作用，水凝胶是可拉伸的，透明的离子导体，可以长距离传输高频率的电信号，从而可以使用离子电子装置，此外，基于水凝胶还可以设计离子电子发光装置、离子电子学液晶装置、触摸板、摩擦发电机、人造鳗鱼等。近日，来自哈佛大学的锁志刚（通讯作者）等人总结了第一代水凝胶离子电子器件以及与材料的力学性能、化学性质相关领域的挑战。研究了亲水性和疏水性聚合物网络之间的牢固和可拉伸粘合性如何实现，水凝胶中如何保留水分，以及如何设计抵抗循环负载下疲劳的水凝胶等问题。最后，重点介绍了水凝胶离子电子设备的应用，并讨论了该领域的未来的发展方向。

文献链接：Hydrogel ionotronics (Nat. Rev. Mater.,2018,DOI: 10.1038/s41578-018-0018-7）

4、Progress in Materials Science综述：内部结构-钠储存机制-碳中的电化学性能关系

图4  储能技术比较图

目前，只有1.3％的能源消耗来自太阳能和风能，并且受到外部环境的影响。为此，以风能和太阳能为基础的资源的增加是最有利于环境的前进方向。 这两种技术都已经足够成熟，可以为未来增加能源提供充足空间做出重大贡献。近日，来自俄勒冈州立大学的纪秀磊和克拉克森大学的David Mitlin（共同通讯作者）团队重点介绍了碳基钠离子电池负极，强调了内部结构-钠储存机制-电化学性能之间的关系。此外，文章还讨论了各种各样的微观结构和化学成分，并在适当的时候提供关键的技术分析。 

文献链接：Internal structure – Na storage mechanisms – Electrochemical performance relations in carbons (Prog. Mater. Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.pmatsci.2018.04.006）

5、Chemical Reviews综述：小孔沸石：合成和催化

图5  EEI和CHA框架与孤立笼和一个示例窗口（蓝色）和没有笼子的GIS框架

在过去十年，小孔沸石比大孔和中孔分子筛具有更高的分辨率，这主要是由于两种主要的催化过程，即NO_x排出和甲醇转化为轻质烯烃的商业化，它利用了具有较小孔径的这些材料的特性。小孔沸石具有由八个四面体原子构成的孔，每个由共享的氧连接。 近日，鲁汶大学的Michiel Dusselier和加州理工学院的Mark E. Davis（共同通讯作者）等人总结了所有沸石的相关综合细节，并提供了一些广义的发现和相关的见解。旨在提供结构-活动关系。总结的内容包括：1、合成和催化进展；2、分子筛领域的机遇；3、未来展望。

文献链接：Small-Pore Zeolites: Synthesis and Catalysis (Chem. Rev.,2018,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00738）

6、Chemical Society Reviews综述：共价多层薄膜：化学，设计和多学科应用

图6 使用后共价转化和连续共价加工的示意性组装过程

共价层层叠组装是一种功能强大的超薄薄膜结构，可以实现纳米结构精度、元件多样性的灵活设计。与使用多种非共价相互作用构建的传统薄膜相比， 共价交联提供以下特征：1、增强的膜耐久性或刚性；2、当通过形成共价键稳定地将不带电荷的物质或小分子构建到膜中时改善了组分的多样性；3、当共价交联用于成分，空间或时间选择性方式时增加的结构多样性。近日，来自中国地质大学的安琪和北京化工大学的石峰（共同通讯作者）等人重点介绍了用于构建共价薄膜的化学方法以及使用各种薄膜设计策略可实现的薄膜特性和应用。期望将化学学科的成果转化为材料工程现成的技术，从而提供各种功能材料设计，以解决整个科学界面临的能源，生物医学和环境等挑战。

文献链接：Covalent layer-by-layer films: chemistry, design, and multidisciplinary applications (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00406K）

7、Chemical Society Reviews综述：锂离子电池的老化中的化学

图7 LiCoO₂和石墨电极材料的锂离子电池示意图

锂离子电池的成功是不可否认的，并且与消费电子市场的发展息息相关。这触发了持续不断的研究驱动力，改善了所需的电池性能，对于这种特定的应用来说，这主要意味着提高能量密度。然而，在考虑能量，功率，安全性，耐用性，成本，可持续性等方面的数据时，要求更大电池，如运输或电网的其他应用部分需要不同的优先权。近日，来自西班牙皇家科学理事会-巴塞罗那材料研究所的M. Rosa Palacín（通讯作者）重点介绍了锂离子电池寿命期间的性能下降，并最终归因于化学过程。它们的范围主要取决于电池材料成分和操作条件（充电/放电速率，电压操作限制和温度），也可能受电池设计的影响。造成负极性能损失的两个主要因素是在电极/电解质界面处形成的钝化层（在较高温度下增强）和锂金属镀层（在低温下强化）的不稳定性。相反，正电极的容量衰减主要是由循环/储存或电解质溶剂氧化过程中活性物质的部分溶解引起的，这是由温度和高电位引起的。

文献链接：Understanding ageing in Li-ion batteries: a chemical issue (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00889A）

8、Chemical Society Reviews综述：耐烧结催化剂背后的物理化学和材料科学

图8 原位环境透射电子显微镜监测烧结过程

催化剂烧结是高反应温度下催化活性或选择性损失的主要原因，是非均相催化领域的主要挑战。尽管所有多相催化剂在其操作过程中不可避免地要经受烧结，但通过仔细设计催化颗粒及其与载体的相互作用，可以缓解剧烈的烧结。近日，佐治亚理工学院&埃默里大学夏幼南（通讯作者）等人重点介绍了烧结过程中涉及的物理化学和材料科学方面的最新进展，包括讨论高级技术，如原位显微镜和光谱学，以研究烧结过程及其速率。他们还讨论了设计和合理制造耐烧结催化剂的策略。最后，作者展示了其在提高热稳定性方面取得的成功。

文献链接：The physical chemistry and materials science behind sinter-resistant catalysts (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00650K）

9、Accounts of Chemical Research综述：使用碱金属离子来模拟互锁分子的合成

图9 能够结合碱金属离子的互锁化合物的例子

由于自然界充满了各种具有强大功能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的单独构建块的初始相互作用，来组装成超分子结构的复合物。近日，来自国立台湾大学的Sheng-Hsien Chiu（通讯作者）课题组重点讲述了这种碱金属离子模板方法背后的概念以及其最新进展。碱金属离子是组装互锁结构和化合物的强大模板，同时也展示了它们为未来工作提供的可能性范围。

文献链接：Using Alkali Metal Ions To Template the Synthesis of Interlocked Molecules (Acc. Chem. Res.,2018,DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00071）

本文由材料人电子组杨超供稿，材料牛整理编辑。

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