顶刊封面大赏：材料领域优秀成果精选

顶刊封面优秀成果精选再一次和大家见面啦！诸多优秀成果中，对文章的绘图都下足了功夫，生动形象又吸引眼球。在材料圈顶流的期刊上发封面文章，可见自己的工作不仅得到同行专家的任何，更是对自己科研生涯的一次褒奖。进入11月份，笔者为大家精选数篇优秀封面成果，供大家学习参考。  

1、Nature：氢化碳硫中的室温超导

富含大量氢的材料在一些体系中展现了高压条件中的高温超导现象。其中一项重要的发现是H₂S在高压处理过程中转变为H₃S，转化条件为155 GPa压力、203 K温度。H₂S、CH₄都能和H₂混合，在较低压力中形成主客体结构。在低压H₃S的前体混合物（H₂S+H₂）中加入CH₄，能够通过范德瓦尔斯固体大集合体中形成富含H₂的混合物体系，能够在极端条件中构成超导主客体结构材料。在此，罗切斯特大学Ranga P. Dias教授等人报道了光化学转变的碳质硫氢化物体系的超导性，在267±10 GPa的条件中实现了287±1.2 K最大超导转换温度。超导状态在一个较宽的压力范围内被观察到，从140到275KMPa，转变温度在220KMPa以上急剧上升，超导的观察建立零电阻下。 测试发现高达190 GPa的磁化率，在9 T外加磁场中，转化温度会降低。更重要的是拉曼光谱用于探测金属化之前的化学和结构转变，在三元体系中引入化学调节可以在较低的压力下保持室温超导性能。相关研究以“Room-temperature superconductivity in a carbonaceous sulfur hydride”为题目，发表在Nature上。

DOI: 10.1038/s41586-020-2801-z

2、Nature Energy：超轻耐火集流体用于高性能锂离子电池

降低无活性元件和安全隐患是实现高能量锂离子电池的两个重要挑战。高密度的金属箔电流收集器是锂离子电池的典型集成部分，但没有提供容量。同时，高能电池也会带来更多的消防安全问题。在这里，斯坦福大学崔屹教授等人报告了一种复合电流集热器的设计，同时最小化了电池内部的“自重”，并提高了防火安全性。通过在两层超薄铜层(~500 nm)之间夹入一层嵌入三苯基磷酸盐(TPP)阻燃剂的聚酰亚胺（PI)，制备出一种超轻聚酰亚胺基集流体(9 μm，比质量1.54 mg cm ⁻²)。与用最薄的商用金属箔集电器组装的锂离子电池相比，设计的复合集电器可以实现比能量提高16-26%，在短路和热失控等极端条件下可快速阻燃。相关研究以“Ultralight and fire-extinguishing current collectors for high-energy and high-safety lithium-ion batteries”为题目，发表在Nature Energy上。

DOI: 10.1038/s41560-020-00702-8

3、Nature Chemistry：通过有机层供受体相互作用调节二维杂化层钙钛矿中激子结合能

半导体内部静电相互作用的强度强烈影响其在光电子器件中的性能。一个重要的目标是调节材料的激子结合能、通过静电库仑力束缚电子-空穴对的能量等。在这里，麻省理工学院William A. Tisdale教授联合美国西北大学Samuel I. Stupp教授等人报告了一个二维杂化钙钛矿家族的掺杂，其中无机卤化铅片与萘基有机层（四氯-1,2-苯醌TCBQ）交替。对于4/7 n = 1的钙钛矿中，将包含电子的TCBQ掺杂剂注入含有供电子萘的有机亚晶格中，可以调节材料的激子结合能。萘- TCBQ电子给体-受体相互作用增加了激子的静电屏蔽，进而降低激子相对于未掺杂钙钛矿的结合能，在一个系统中降低了近50%。结构和光学表征表明，尽管掺杂分子增加了无机晶格层间的间距，但无机晶格并没有发生明显的微扰。相关研究以“Tunable exciton binding energy in 2D hybrid layered perovskites through donor–acceptor interactions within the organic layer”为题目，发表在Nature Chemistry上。

DOI: 10.1038/s41557-020-0488-2

4、AM：基于有机硅纳米颗粒的低成本阴极界面缓冲层用于高效稳定的有机太阳能电池

界面缓冲层连接光电活性物质与电极基底，是太阳能电池对外输出电能的关键。传统倒置太阳能电池阴极界面缓冲层采用氧化锌。但氧化锌在紫外光长时间照射下稳定性差，造成太阳能电池性能快速衰减。针对此问题，华南师范大学报道了一种基于有机氧化硅纳米颗粒的倒置太阳能电池阴极界面缓冲层。通过水热法，利用有机硅烷和玫瑰红（rose bengal）合成了直径约5 nm的有机氧化硅纳米颗粒。采用新型氧化硅纳米颗粒阴极界面缓冲层的倒置太阳能电池性能稳定性优异：经AM 1.5 G模拟阳光照射10 h后输出电流无任何衰减，最大光转换效率达17.15%。相关研究以“A Cost-Effective, Aqueous-Solution-Processed Cathode Interlayer Based on Organosilica Nanodots for Highly Efficient and Stable Organic Solar Cells”为题目，发表在AM上。

DOI: 10.1002/adma.202002973

5、AFM：全掺杂的共轭聚合物薄膜：优化电导率及相关热电性能

传统的共轭聚合物化学掺杂过程往往会导致掺杂膜的形态下降或掺杂效率不高，这主要是由于掺杂物之间的聚集或掺杂剂扩散不足。韩国亚洲大学Jong H. Kim及韩国建国大学Bong-Gi Kim教授提出了一种新的策略性掺杂方法“杂掺杂”，可以在不影响CP膜表面形貌的情况下，最大限度地提高CPs的掺杂效率。杂化掺杂的优点是它结合了混合掺杂和顺序浸泡两种工艺。基于系统性特征包括光谱、结构和电分析,研究, 结果表明，杂化掺杂可以使CP薄膜的结晶区和非晶态区实现全区域掺杂,得到高导电性的P3HT和PIDF-BT膜。特殊的导电性弥补了减小的塞贝克系数，从而使功率因数达到26.8和76.1uW⁻¹ K⁻²。杂化掺杂是同时优化各种CPs的电导率和热电性能的一种策略方法。相关研究以“Exploring Wholly Doped Conjugated Polymer Films Based on Hybrid Doping: Strategic Approach for

Optimizing Electrical Conductivity and Related Thermoelectric Properties”为题目，发表在AFM上。

DOI: 10.1002/adfm.202004598

6、JACS：一种用于纳米颗粒再分散的高温脉冲法

纳米颗粒存在聚集和中毒问题(例如氧化)，这将严重阻碍其长期应用。然而，当前的再分散方法，如在氧化和还原环境中持续加热，面临的挑战包括长时间加热引起的晶粒生长效应以及复杂的程序。马里兰大学帕克分校胡良兵教授报告了一种简便和有效的再分散过程，使我们能够直接将大型聚合粒子转化为纳米级材料。该方法以一片碳纳米纤维作为加热器(~ 1500-2000 K)，快速提高处理温度并维持极短的时间(100 ms)，然后以10⁵K/s的冷却速率快速淬火回室温，抑制烧结。在这些条件下，我们证明了大的聚集的金属氧化物颗粒再分散成10 nm大小的金属纳米颗粒，均匀地分布在基体上。此外，纳米颗粒的金属状态在热处理过程中通过还原得到更新。再分散过程除去杂质和有毒元素，但由于超短的加热脉冲时间，能够保持基体的完整性。这种方法也比传统的再分散处理(~h)快得多(~ms)，为各种应用提供了一种实用的再分散降解颗粒的策略。相关研究以“A High-Temperature Pulse Method for Nanoparticle Redispersion”为题目，发表在JACS上。

DOI: 10.1021/jacs.0c04887

7、Angew：负载PdCu的空心碳球纳米反应器：空洞抑制液相加氢

中空结构纳米反应器由于其空隙限制效应引起了催化研究的广泛关注。然而，明确排除这些限制效应的挑战是将它们与影响催化作用的其他因素解耦。在此，中国科学院大连化学物理研究所Jian Liu联合青岛生物能源与生物处理技术研究所

 Guang-Hui Wang教授等人合成了一对空心碳球(HCS)纳米反应器，分别由预先合成的PdCu纳米颗粒包裹在HCS内部(PdCu@HCS)，并在HCS外部(PdCu/HCS)支撑，同时保持其他结构特征不变。在两种相反的纳米反应器的基础上，在双室反应器中研究了液相加氢过程中的空隙限制效应。研究发现，PdCu@HCS上的氢化反应是一种形状选择性催化，可以被加速(反应物的积累)，减速(传质限制)，甚至被抑制(分子筛分效应)；可进一步促进空隙空间中的中间介质的转换。利用这一原理，可以选择性地产生一种特定的亚胺。这项工作为空心纳米反应器的基本催化作用提供了概念上的证明。相关研究以“Hollow Carbon Sphere Nanoreactors Loaded with PdCu Nanoparticles: Void-Confinement Effects in Liquid-Phase Hydrogenations”为题目，发表在Angew.上。

DOI: 10.1002/anie.202007297

8、ACS Nano：高结晶中空环状硫化铜作为一种多功能的阳离子交换纳米平台

通过阳离子交换对纳米晶进行后改性，可以在保留结构基元的同时，使纳米材料的组成多样化。铜复合纳米粒子作为模板尤其有用，因为其固有缺陷可以作为有效的阳离子扩散路径和优良的阳离子迁移率。然而，还没有报告形状控制铜纳米粒子的合成，因为第二阴离子金属化合物的引入可能会破坏所需的纳米颗粒形态和结晶度由于高能离子扩散和混合。在此，韩国高丽大学Kwangyeol Lee教授报告了利用三(二乙胺)膦将硫化铜的结构基序转化为硫化铜磷的可行性。阴离子混合的硫化铜以空心圆环的形式可以提供一个途径，以前无法达到的相和形态。研究验证了硫磷铜空心环面作为阳离子交换模板的多功能性通过成功合成钴、镍、铟、镉磷硫化物以及保留结构基元的双金属钴镍磷硫化物(Co_2-x Ni_x P_1-y S_y)。

相关研究以“Highly Crystalline Hollow Toroidal Copper Phosphosulfide via Anion Exchange: A Versatile Cation Exchange Nanoplatform”为题目，发表在ACS Nano上。

DOI: 10.1021/acsnano.0c02891

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