2019最美纳米材料TOP10

2019年年度材料选美大赛于十二月在华拉开帷幕。得知消息的纳米材料们纷纷向实验室请假前来报名参赛。从飞雪漫天到金色沙滩，从高原圣山到江河大海，纳米材料们日夜兼程。最终，十位纳米材料新星脱颖而出，成为了2019年年度最美纳米材料。下面，有请这十位“才子佳人”，大家掌声鼓励！

1. 来自张华教授课题组的“纳米风筝”乘着南洋微风翩翩然降落会场，倾倒众生。

Au纳米风筝具有不同寻常的孪晶4H相结构和非密堆积的{1012}或{1016}孪生晶面。张华教授（香港城市大学）和牛文新同学将纳米风筝放飞在科研蓝天之中，排云而上，一飞冲天。致力于纳米材料相工程（PENs）的张华老师就像纳米世界的神笔马良，用PENs绘出纳米材料之美。《Unusual 4H-phase twinned noble metal nanokites》。Nature Commun., 2019，10，2881。

2. 在材料界地位显赫的碳家族迎来新成员，C₁₈环横空出世，勾勒出最美的八边形。

这位碳的新同素异形体，C₁₈碳环采用纯sp杂化并且单叁键交替排列，首尾相接。其构型为八边形且十分接近圆形。英国牛津大学的Przemyslaw Gawel和Harry L. Anderson团队与瑞士苏黎世IBM公司的Leo Gross团队合作将样品于放有单层氯化钠的高真空腔体中，通过扫描隧道显微镜和原子力显微镜，通过调节探针的微电流与微电压刺激羰基的电离与四元环的开环，同时通过显微成像捕捉到了C₁₈碳环的清晰图像，为碳家族喜添新丁。《An sp-hybridized molecular carbon allotrope, cyclo[18]carbon》。Science，2019，365, 1299。

3. 庐州代有佳人韵，钌散铂铜裂水云。

清华李亚栋院士、中科大的吴宇恩、李微雪教授神来之笔，将单原子Ru分散在外延生长了PtCu合金齿状小岛的PtCu合金五重孪晶纳米线之上，美不胜收。经过硝酸清洗之后，该材料具有了中空结构与富铂表面，并且在酸性条件下稳定。该材料展现出了优异的酸性氧析出（OER）活性和稳定性。《Engineering the electronic structure of single atom Ru sites via compressive strain boosts acidic water oxidation electrocatalysis》。 Nature Catalysis, 2019, 2, 304。

4. 漂洋过海远道而来的DNA编码纳米自组装材料让评委们纷纷惊叹：这、这、这是魔术吧！

美国芝加哥大学的Yossi Weizmann教授与Gang Chen（一作）巧夺天工，他们用二嵌段共聚物（聚苯乙烯-b-聚丙烯酸）选择性阻断纳米颗粒表面。通过调整纳米粒子、溶剂和共聚物三元体系的界面自由能，获得对纳米粒子表面的可控可及性。通过用单链DNA修饰无聚合物表面区域，可以实现区域选择性和可编程表面编码。所得的粒子间结合势是选择性的和方向性的，从而增加了潜在的自组装的复杂程度。通过这种区域选择性表面编码策略的多功能性，作者们在制备了各向同性或各向异性形状的各种纳米粒子，共制造了24种不同的复杂且精美的纳米组件。《Regioselective surface encoding of nanoparticles for programmable self-assembly》。Nature Materials, 2019, 18, 169。

5. 转角接近零度的WSe₂/WS₂摩尔超晶格与摩尔激子。

美国加州大学伯克利分校的王枫教授团队构建了二维范德华异质结WSe₂/WS₂。作者观察到在二硒化钨/二硫化钨（WSe₂/WS₂）异质结构中的摩尔超晶格激子态。这些摩尔激子态在吸收光谱中的原始WSe₂ A激子共振附近表现为多个出峰，并且它们在WSe₂单层和具有较大扭曲角的WSe₂/WS₂异质结构中表现出与A激子不同的门依赖性。这些现象可以用一定的理论模型来描述，其中周期性的摩尔电势比激子动能强得多，并产生多个平坦的激子微带。摩尔激子能带提供了一个诱人的平台，从中可以探索和控制过渡金属二卤化物中物质的激发态，例如拓扑激子和相关激子Hubbard模型。《Observation of moiré excitons in WSe₂/WS₂ heterostructure superlattices》。Nature, 2019, 567, 76。

6. 美轮美奂、薄如蝉翼的PdMo双金属烯。

亚纳米级厚的PdMo双金属纳米片高度弯曲且分散均匀。北京大学郭少军教授课题组将其用作高效且稳定的碱性电解质中ORR和OER的电催化剂。作为锌空气和锂空气电池的阴极，PdMo双金属纳米片活性超级优异。没有滤镜加持，双金属烯也美到让人窒息。《PdMo bimetallene for oxygen reduction catalysis》。Nature, 2019, 574, 81。

7. 化学自组装之美：多酸（POM）单簇自组装成超细纳米线与纳米环

将原子精确的团簇组装成超结构在结构可调性和应用方面具有巨大潜力。 清华大学的王训和王东教授团队妙手生花，将POM群集构建成一系列单簇纳米线，单簇纳米环和三维超结构组件。通过逐步调整分子水平上的相互作用，可以从单簇纳米线到纳米环改变其构型。 多达15种POM簇可实现一系列不同配置的单簇纳米结构。单簇纳米线和三维超结构在催化和电化学传感领域具有增强的活性，说明了单簇组件的通用功能。《Single molecule–mediated assembly of polyoxometalate single-cluster rings and their three-dimensional superstructures》。Sci. Adv., 2019, 5, eaax1081。

8. 化学之美革新信息产业：分子自组装构建功能化逻辑电路。

加州理工学院的Damien Woods, David Doty和Erik Winfree团队报道了包含355个单链瓦片（tile）的DNA瓦片集的设计和实验验证，并且可以通过简单的瓦片选择将其重新编程以实现各种各样的6位算法。研究者们使用该集合构建了21条电路，这些电路可执行算法，包括复制，排序，识别回文和3的倍数，随机游走，从有偏的随机源中获得无偏的选择，选举领导者，模拟细胞自动机，生成确定性和随机模式，并数到63，总的错误率低于3,000分之一。这些发现表明分子自组装可能是可编程化学系统中可靠的算法组件。可重新编程的分子机器的开发（在较高的抽象水平上，因此不需要底层物理知识）将建立一个分子程序员可以在其中蓬勃发展的创造空间。《Diverse and robust molecular algorithms using reprogrammable DNA self-assembly》。Nature, 2019, 567, 366。

9. “比翼双飞、举案齐眉”的铜原子对。

清华大学的李亚栋院士、陈晨和肖海教授合成了一种催化剂，该催化剂具有两个相邻的铜原子，被称之为“原子对催化剂”，它们共同作用以完成二氧化碳还原的关键双分子步骤。原子对催化剂具有稳定的Cu1⁰–Cu1^x+对结构，Cu1^x+吸附H₂O，相邻的Cu1⁰吸附CO₂，从而促进了CO₂的活化。该催化剂具有超过92％的CO生成法拉第效率，而竞争性的析氢反应几乎被完全抑制了。实验表征和密度泛函理论表明，吸附构型降低了活化能，从而在较低电势下产生了较高的选择性，活性和稳定性。《Copper atom-pair catalyst anchored on alloy nanowires for selective and efficient electrochemical reduction of CO₂》。Nature Chemistry, 2019, 11, 222。

10. 晶莹剔透的Pt-Ni合金纳米笼“珍珠项链”。

华中科大的夏宝玉教授和南洋理工大学的楼雄文教授课题组创造了一种新型PtNi合金纳米笼组成的纳米链状材料。将这种材料用于氧还原反应，其活性比商业铂碳催化剂（Pt / C）高出近17倍和14倍。50,000次循环，该催化剂的活性下降可忽略不计。实验结果和理论计算均表明，由应变和配体效应导致了强的铂-氧（Pt-O）位点较少存在于此材料中。《Engineering bunched Pt-Ni alloy nanocages for efficient oxygen reduction in practical fuel cells》。Science，2019，366, 850。

【总结】

看完了2019赏心悦目的纳米材料们，让我们一起开创更加美好精彩的2020吧！

以上排名不分先后。

作者水平有限，还有很多美丽的纳米材料没有发现，大家可以在留言推荐。

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