顶刊动态｜5月份Science材料前沿科研成果精选（下）

Science五月热点预览：加拿大渥太华大学发现氧化铟锡（ITO）具有优良的非线性光学性能；厦门大学实现原子级分散Pd1/TiO2催化剂的光化学合成；美国斯克里普斯研究所通过氧化还原活性酯和烷基锌试剂实现烷基-烷基交叉耦合；布里斯托大学实现由可结晶的高分子共混物制备均匀片状和空心矩状的血小板胶束；崔屹——从纽扣电池到电动汽车，纳米技术足以改变世界。

1、加拿大渥太华大学发现氧化铟锡（ITO）具有优良的非线性光学性能

图1 ITO样品和它的线性光学响应

激光出现后的短短的几年内，人们观察到许多用过去的光学理论无法解释的新效应。为了解释这些新效应，产生了非线性光学理论。非线性光学是现代光学的一个分支，研究介质在强相干光作用下产生的非线性现象，在显微镜，全光数据处理，和量子信息领域有着潜在的应用。然而，即使在强激光的照射下，有些非线性光学材料经常表现弱的非线性光学性能。

加拿大渥太华大学Robert W. Boyd等人通过研究发现，氧化铟锡（ITO）可以获得高于其他材料非线性性能，有望未来在多个光子学应用领域实现应用。该团队发现，常用于触摸屏和飞机窗户的材料ITO能获得特别高的光学非线性。在某些条件下，ITO样本获得的光学非线性程度可超过其他材料数百倍。研究已经表明，薄的ITO薄膜在ENZ波长下具有非常大的超快三阶非线性效应，此外，它能够获得史无前例大的折射率的光学感应变化。

文献链接：Large optical nonlinearity of indium tin oxide in its epsilon-near-zero region（DOI:10.1126/science.aae0330）。

2、厦门大学实现原子级分散Pd1/TiO2催化剂的光化学合成

图2 原子级别Pd1/TiO2催化剂的形貌与结构表征

贵金属催化剂是目前一类高效热门的催化剂，关于贵金属催化剂的研究近年来也在持续不断地进行。原子级别贵金属催化剂具有最高的原子利用效率，同时，具有的催化活性比纳米颗粒，团簇和块体贵金属超出很多倍。随着时间的推移，单个过渡金属原子（不仅仅只有贵金属）催化逐渐的热门起来。

厦门大学郑南峰教授及其合作团队报道了一种室温制备相对高含量的、高稳定性的原子级分散Pd1/TiO2催化剂的光化学方法。本文第一作者刘朋昕博士等人利用光沉积技术在乙二醇保护的TiO2纳米片上成功实现了单原子Pd的稳定分散，Pd原子的负载量达到了1.5%。Pd1/TiO2催化剂展现超高的催化碳碳双键加氢的活性，其性能在观察20个循环之后仍是商业化Pd催化剂的9倍。更重要的是，Pd1/TiO2催化剂-EG体系通过异裂氢气分子的途径，使醛的催化加氢反应的性能超过商业化Pd催化剂的55倍。

文献链接：Photochemical route for synthesizing atomically dispersed palladium catalysts（DOI: 10.1126/science.aaf5251）。

3、美国斯克里普斯研究所通过氧化还原活性酯和烷基锌试剂实现烷基-烷基交叉耦合

图3 镍催化的脱羧烷基-烷基交叉耦合的发展

合成化学的核心在于碳-碳键的形成，该方面的进步与本领域的新发展密切相关。比如关于卤代芳族或乙烯基（SP2）系统的交叉耦合的开创性工作已经改变有机合成的做法。同样地，C(sp3)-C(sp3)变型的普适使用方法在逆合成分析领域将具有开辟新工艺的潜力。烷基羧酸在化学的很多方面都有应用，是融合新连接的一种理想原材料。

美国斯克里普斯研究所Phil S. Baran等人利用烷基羧酸脱水形成C-N键的相同原则，通过偶联双烷基锌试剂和脱附二氧化碳实现了C-C键的偶联。这一反应使用廉价的镍作为催化剂，并适用于70多种物质的偶联。

文献链接：A general alkyl-alkyl cross-coupling enabled by redox-active esters and alkylzinc reagents（DOI: 10.1126/science.aaf6123）。

4、布里斯托大学实现由可结晶的高分子共混物制备均匀片状和空心矩状的血小板胶束

图4 片状和空心矩状的血小板胶束

制备具有可裁剪的实心或空心二维（2D）结构的稳定胶状自组装材料一直以来都是一个重大的挑战。

英国布里斯托大学Ian Manners及其合作者，在圆柱形的胶束种子中加入嵌段共聚物和相应的晶态均聚物，采用种子生长方法，描述了尺寸均匀可控、单分散的矩状血小板胶束的形成过程。研究人员依次加入不同的共聚物，生成的血小板胶束呈均匀片状或同心的空心矩状。这些复杂的纳米颗粒可进行空间选择过程，以分解形成穿孔的血小板，如清晰可辨的空心矩形环形状。这种实心或空心的二维胶束在荧光成像、液晶、微纳器件及医疗载体等方面具有广泛而重要的潜在应用。

文献链接：Uniform patchy and hollow rectangular platelet micelles from crystallizable polymer blends（DOI:10.1126/science.aad9521）。

5、崔屹——从纽扣电池到电动汽车，纳米技术足以改变世界

图5 崔屹和锂离子电池

Science报道了一篇关于崔屹与锂离子电池的新闻，详细阐述了崔屹的锂离子电池研究历程及做出的巨大贡献。崔屹，就职于斯坦福大学材料系，目前主要的研究集中在新能源材料与器件、锂离子电池的大容量及稳定性突破，致力于推动电动汽车的革命。

要知道，在他刚涉足纳米材料的研究时，他的方向是有效净化空气和水的系统。他是如何一步步涉足电池的研究直至今天这种成就？点击查看: Science：崔屹——从纽扣电池到电动汽车，纳米技术足以改变世界，材料牛为您做的详细中文解读。

文献链接：The battery builder（DOI: 10.1126/science.352.6289.1046）。

本文由材料人学术组灵寸和鲁健供稿，材料牛编辑整理。

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