#国内高质量学术进展汇总#北大与中科院联合制备超高密度单壁碳纳米管水平阵列

国内周报第44期摘要：北大与中科院合作用乙醇/甲烷化学气相沉积法制备超高密度半导体型单壁碳纳米管水平阵列；复旦大学自组装生成可独立的有序多孔石墨烯骨架薄层；中科院北京物理研究所利用双金属核-壳纳米结构改进光催化有机合成；黑龙江大学报道了一种螺旋结构的金属消声材料；东华大学结合冷冻浇注和过滤合成3D结构多孔石墨烯薄膜；浙江大验证了保存微波相位和频率的全偏振任意形状的3D超颖表面斗篷；上海应用物理研究所研发出质子驱动的DNA泵；中科院利用邻位金属化方法制备选择性硝化芳烃

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北大与中科院合作用乙醇/甲烷化学气相沉积法制备超高密度半导体型单壁碳纳米管水平阵列

现如今，随着电子设备越变越小，硅晶体管已然到了其发展的瓶颈。单壁碳纳米管水平阵列因其优异的性能被视为未来晶体管最有力的接班人。目前，获得高纯度、高密度的单壁碳纳米管水平阵列是科研人员面临的一大挑战。虽然用化学气相沉积法在基底上直接生成单壁碳纳米管水平阵列是实现高性能电子设备的一种有效方法，但是，传统的化学气相沉积由于产生的甲烷等离子体和超高温氢原子极其活泼而难以控制，通常会导致半导体型碳纳米管产率低。

近日，来自北京大学和中国科学院的研究人员报道了一种用乙醇/甲烷化学气相沉积的科学方法来制备单壁碳纳米管水平阵列。用该方法制备的单壁碳纳米管水平阵列中半导体型单壁碳纳米管纯度可达91%，密度高于100 tubes/µm 。这种方法是在一定的温度下，将乙醇完全热分解，用于给Trojan-Mo催化剂提供碳原子来生成高密度的单层碳纳米管；而甲烷的不完全热分解则用于提供H自由基来阻止金属型单壁碳纳米管的形成。乙醇和甲烷活性适中，可控性高，以及两者的协同效应对高纯度高密度半导体型单壁碳纳米管的生长至关重要。这项研究在高密度单壁碳纳米管水平阵列的大面积合成中向前迈进了一步，显示出碳纳米管电子器件的潜在应用前景。

该研究成果发表于JACS。

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复旦大学自组装生成可独立的有序多孔石墨烯骨架薄层

三维多孔石墨烯骨架兼具多孔材料和石墨烯的优点，在电化学能量存储方面受到广泛关注。虽然对三维多孔石墨烯的研究已取得巨大进展，诸如球状聚合物、泡沫镍等模板都被用于多孔石墨烯的生产，石墨烯片自组装也被用于生产分层多孔石墨烯。但是合成孔状结构有序、宏观形貌明确的石墨烯骨架仍面临巨大挑战。

近日，复旦大学的研究团队在固-气或液-气界面自组装形成二维纳米晶超晶格结构的基础上设计并合成了厘米级的可独立的有序多孔石墨骨架薄层。合成的多孔石墨烯骨架薄层的厚度在几百纳米到几十微米的范围内均匀可调，多孔结构高度有序且内部连通，气壁薄，表面积大。为了研究该多空石墨烯骨架在能量存储方面的潜在应用，该团队用其作为电极材料制备了超级电容器。制备的超级电容器比电容高，在水相和有机相电解液中循环稳定性优异，电容性能可与以前发展的大多数石墨烯材料相媲美或者说更胜一筹。

该研究成果发表于JACS。

中国科学技术大学研究团队利用双金属核-壳纳米结构改进光催化有机合成

为了解决能源危机，近几十年来科学家对太阳能的存储和转化进行了大量研究。利用金属纳米结构中的等离子体来促进光催化有机合成在太阳能-化学能转化方面有巨大潜力。高的太阳能-化学能转化效率不仅要求太阳能吸收光谱宽，还要能将吸收的太阳能耦合到化学反应中。这样的耦合在等离子衰减时经历热-质子传递和光-热转化两种过程。然而，这两种过程相互交织，使得其自身的作用备受争议。

近日，中国科学技术大学研究团队发现在一种Au-Pd双金属核-壳纳米结构体系中，通过一原子级的精度裁剪壳层厚度可以实现这两种过程的分离。该研究所的研究表明，在Pd催化氢化反应中对这两种过程的调节有助于增强能量耦合。另外，条形纳米结构中400-700和700-1000nm出的两种固有等离子体模式表明可以在完整的太阳光光谱中进一步利用质子。

中国科学技术大学研究团队的这一研究成果为设计等离子体催化纳米结构来提高太阳能-化学能转化效率提供了有效指导。

该研究成果发表于JACS。

黑龙江大学报道了一种螺旋结构的金属消声材料

长期以来如何降低声波在材料中的传播能力一直是相关领域研究的兴趣所在。理论上来讲，增加波和物质之间的相互作用，提高波信号的空间压缩都能有效地降低波的传播能力。而目前解决这一问题的通常做法是构建弥散材料或谐振材料，但是，这种做法会不可避免地造成波形紊乱。

近日，来自黑龙江大学的研究人员报道了一种螺旋结构的金属消声材料，有望通过非弥散方式降低声波的传播速度。该螺旋结构的材料表现出高效的折射率，而且可以通过材料结构的螺旋度对非弥散折射进行调节。黑龙江大学的这项研究还具有特定非均匀晶胞的螺旋材料可以将正常的平面入射波调整为沿指定的抛物线轨道前进的自加速波束。黑龙江大学报道的螺旋结构消声金属材料将会对慢波物理的探索和应用产生深远影响。

该研究成果发表于Nature Communication。

东华大学结合冷冻浇注和过滤合成3D结构多孔石墨烯薄膜

制备具有高能量密度的3D多孔石墨烯储存装置的需求极为迫切，在能量储存与电化学电容器应用器件中引起了人们的极大关注。与锂离子电池相比，电化学电容器具有高的能量密度、长寿命、快速充电等优点。

近日，来自东华大学的研究人员开发出一种结合了冷冻浇注和过滤的方法来有效地合成3D结构多孔石墨烯薄膜。通过组装2D材料，这种轻便的和可扩展的制造方法可以成为合成3D多孔薄膜的普遍方法。利用多孔石墨烯薄膜高度的多孔结构、优良的导电性、以及优异的机械强度做为活性物质制备的超级电容器兼有高功率密度和高能量密度。该研究发现了合成3D多孔薄膜的途径以及范围广泛的高功率密度的电容器。

该成果发表Advanced Materials。

浙江大验证了保存微波相位和频率的全偏振任意形状的3D超颖表面斗篷

超颖表面斗篷设计方案：a）以近环谐振器做为斗篷单元b）入射光equivalent bump示意图c）等效碰撞

Pendry等人提出了宏观隐身的方法，隐身斗篷由梦想逐步变为了现实。目前一些制造隐形斗篷的方法在实验中得到了验证，但是幅度/相位失真仍然使其面临着许多挑战。

近日，浙江大学的研究人员在试验中验证了保存微波相位和频率的全偏振任意形状的3D超颖表面斗篷。该团队人员运用超颖表面的独特的特点，成功制备出了克服特殊极化限制、阻抗失配以及在现有的隐形斗篷的反射光束的横向位移等困难的新型斗篷。实验和计算表明，该斗篷可以完全恢复极化、相位和频率。该斗篷的方便的合成方法为工业化生产大尺寸全极化3D斗篷提供了可行性，并且有用于飞行器隐身的潜力。

该成果发表于Advanced Materials。

上海应用物理研究所研发出质子驱动的DNA泵

动态支架的方案设计a）动态i-motif序列b）

高精度以及可编程自组装的特点保证了静态2D或3D DNA的成功构建。具有独特功能的动态DNA纳米器件，在溶液中构建出了开关、马达以及具有多部件的机器。纳米组装线已经用在目标产品的程序化生产。

最近，上海应用物理研究所的科研人员运用表面封闭的纳米结构的三维动态DNA研发出了质子驱动的DNA泵。该基于四面体形状的DNA泵是一种新型的纳米尺度泵，其可以在生物体系统中具有低细胞毒性和高的兼容性的优点。除此之外，其尺寸和形状可以调节，官能化程度较高。该三维纳米结构可以迅速组装，产量高，取向有序很稳定地固定在物体表面，为表面封闭的功能化的纳米器件提供了一个稳定的可用体系。

该成果发表于Advanced Materials。

中科院利用邻位金属化方法制备选择性硝化芳烃

C-C键直接转化为C-H键以及C-X键（X：异质原子）为合成各种复杂的分子提供了一种快速的方法。通过使用过渡金属催化定向取代基辅助的官能化ortho-CAr−H在orthoC−C和C−X键的形成取得了巨大的成功。但是，meta-CAr−H 官能化仍然面临着很大的挑战。

近日，来自中科院的研究团队使用Ru3(CO)12作为催化剂，以Cu(NO3)2·3H2O做为硝基源。使用独特的选择性元对以肟基做为诱导基的芳烃进行硝化。研究结果表明，镣元素是金属化了的ortho-CAr−H至关重要的媒介，有希望成为随后的亲电子的芳香族的代替物，除此之外，该研究也为许多有用的药物分子提供了一种快速合成的方法。

该研究成果发表于JACS。

以上我们列举的仅为过去一周内（5.19-5.25）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以亦撰写，材料牛编辑整理。