顶刊动态 | Adv. Mater.：9月材料前沿科研成果十大精选

学术顶级期刊Advanced Materials 2016年9月材料前沿科研成果十大精选新鲜出炉：中科院化学所等—可使聚合物太阳能电池效率超过12%的能量水平调制型小分子电子受体；北航—RuO2/CNT帮助提高Li–O2电池阴极表面Li2O2的产生与沉积；北京大学—CuSCN孔导体和钙钛矿层共沉淀简化钙钛矿太阳能电池制备；中科院化学所—S/(G-GCNs)，致力提高Li-S电池的新武器；中科院理化所—半导体光催化中碳量子点的巧妙应用；南开大学—rGO–S复合薄膜—Li-S电池发展的潜力股；中科院深圳先进院—pAl/C—提高双离子电池特性新方案；电子科技大学&国立清华大学—有效催化析氢反应的核-壳状3D多级MoSe2/Mo；中山大学—具高催化活性的八足纳米架诞生；哈尔滨工业大学—具有超弹性和可调泊松比行为的自然干燥石墨烯气凝胶。下面就让我们一起走进曼妙的材料前沿成果吧。

1、中科院化学所等—可使聚合物太阳能电池效率超过12%的能量水平调制型小分子电子受体

图1 电子受体的结构与性能测试

中科院化学所的侯剑辉（通讯作者）和北卡罗莱纳州立大学的Harald Ade（通讯作者）等人通过在小分子受体强吸电子的端基处（SMAs）进行细微的化学调制，成功实现对SMAs能量水平的调控。对两种新型SMAs（IT-M和IT-DM）的端基，1-1-氰乙烯基处进行甲基修饰，进一步降低了空分子轨道的能量水平，相应的会观测到较高的开路电压。最终聚合物太阳能电池实现12.05%的最高能量转换效率。

文献链接：Energy-Level Modulation of Small-Molecule Electron Acceptors to Achieve over 12% Efficiency in Polymer Solar Cells（Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201602776）

2、北航—RuO2/CNT帮助提高Li–O2电池阴极表面Li2O2的产生与沉积

图2 RuO2/CNT的制备及性能表征

北航张瑜（通讯作者）的研究团队等在Adv. Mater.上带来新的研究成果，制备出高稳定，无粘性表面的RuO2/CNT阴极，可极大提高Li-O2电池中表面诱导、溶剂调制、微米级的放电产物Li2O2的产生与沉积。因而显著提高了电池的比容量、过电位和循环寿命。这个研究方向将帮助我们理解阴极表面是如何控制Li-O2的电化学活性。

文献链接：Cathode Surface-Induced, Solvation-Mediated, Micrometer-Sized Li2O2 Cycling for Li–O2 Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603454）

3、北京大学—CuSCN孔导体和钙钛矿层共沉淀简化钙钛矿太阳能电池制备

图3 设备结构及能带图

由北京大学化学与分子工程学院刘志伟、卞祖强（共同通讯作者）领导的科研团队，首次在钙钛矿前体处理中采用低成本无机孔导体CuSCN作为孔传输添加剂，并通过一步法直接旋转涂覆CuSCN与MAPbI3-xClx（MA= CH3NH3）的混合前体溶液，成功共沉淀出孔导体和钙钛矿层，从而简化了钙钛矿太阳能电池的制备工艺。并通过参数优化，最终获得最大18.1%的PCE，以及零滞后的J-V曲线。

文献链接：A Strategy to Simplify the Preparation Process of Perovskite Solar Cells by Co-deposition of a Hole-Conductor and a Perovskite Layer（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603850）

4、中科院化学所—S/(G-GCNs)，致力提高Li-S电池的新武器

图4 S/(G-GCNs)复合材料的制备示意图

中科院化学所的郭玉国研究员（通讯作者）等人证实具sp2杂化碳的石墨烯骨架和石墨碳纳米笼（G-GCNs）结构是作为Li-S电池中S的理想宿主体。因其充当了一个高效的电化学纳米反应器和聚硫化物储箱。得到的携带高S含量的S/(G-GCNs)复合材料表现出极佳的高倍率放电性能（5 C下765 mA h g-1）及超过1000次的长循环寿命。

文献链接：Sulfur Encapsulated in Graphitic Carbon Nanocages for High-Rate and Long-Cycle Lithium–Sulfur Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201602913）

5、中科院理化所—半导体光催化中碳量子点的巧妙应用

图5 CDs在多种光催化领域的应用

近年来，碳量子点（CDs）在作为新一代非金属光催化剂展现了其无限潜力，表现出类半导体的光电性。因其合成简单、结构特殊、成分可控、表面易功能化、优异的电子传输效率及可调节的光吸收频率等优点，在多种光电化学和光催化领域表现出极佳的性能。近期，中科院理化所张铁锐（通讯作者）等人在Adv. Mater.上发表综述，介绍了CDs基的光催化剂的合理设计及在光催化环境修复、水解离、CO2还原及有机合成等方面的最新进展。

文献链接：Smart Utilization of Carbon Dots in Semiconductor Photocatalysis（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201602581）

6、南开大学—rGO–S复合薄膜—Li-S电池发展的潜力股

图6 rGO–S复合薄膜的制备及表征图示

南开大学的牛志强（通讯作者）等人同步的在金属表面还原并组装GO薄片和S纳米颗粒，制备出柔性的还原氧化石墨烯-硫（rGO–S）复合薄膜。这种复合薄膜的纳米结构不仅为电子传输提供了有效的通道，而且还抑制了聚硫化物的扩散。进一步的，rGO–S复合薄膜可作为柔性Li-S电池的阴极材料并在该领域大展身手。

文献链接：Reduced Graphene Oxide–Sulfur Composite for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries with Unconventional Configurations（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201602262）

7、中科院深圳先进院—pAl/C—提高双离子电池特性新方案

图7 pAl/C阳极材料的制备图示

中科院深圳先进院唐永炳（通讯作者）带领的研究团队制备出具碳层包覆的3D多孔Al箔（pAl/C），可用作双离子电池（DIB）的阳极和集流器。构成的pAl/C-石墨DIB经测试表现出优异的循环稳定性和高倍率特性，在2C，超过3.0-4.95V的电压范围内，经1000次循环后，依然表现出较高的可逆容量，达到93 mAh g-1。另外，在3084W kg-1的大功率密度下，这种DIB可达到大约204 mAh g-1的能量密度。

文献链接：Carbon-Coated Porous Aluminum Foil Anode for High-Rate, Long-Term Cycling Stability, and High Energy Density Dual-Ion Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603735）

8、电子科技大学&国立清华大学—有效催化析氢反应的核-壳状3D多级MoSe2/Mo

图8 核-壳状3D多级MoSe2/Mo的制备及在析氢反应中电荷转换图示

电子科技大学的王志明教授（通讯作者）和国立清华大学闕郁倫（通讯作者）带领研究团队首次制备出核-壳状3D多级的MoSe2/Mo纳米结构，这是在3D杂化Mo纳米结构基础上，通过低温等离子辅助的硒化过程，并利用掠射角沉积系统控制形貌生长获得材料。这种材料在催化析氢反应表现出优异的催化活性，从而推动清洁能源的发展。

文献链接：Wafer Scale Phase-Engineered 1T- and 2H-MoSe2/Mo Core–Shell 3D-Hierarchical Nanostructures toward Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201602697）

9、中山大学—具高催化活性的八足纳米架诞生

图9 OFAs制备结构图示

中山大学沈培康教授（通讯作者）的研究团队通过温和的一步合成法，合成了由3D催化表面及多活性面组成原子尺度的八足纳米架结构（OFA）。基于一定的原料配比和通用的手段，合成了复杂的纳米架。所合成的PtCu OFAs在氧还原反应中表现出出乎意料的高活性及稳定性，并且可以按比例提高其质量。

文献链接：Atomic-Scale Preparation of Octopod Nanoframes with High-Index Facets as Highly Active and Stable Catalysts（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201601687）

10、哈尔滨工业大学—具有超弹性和可调泊松比行为的自然干燥石墨烯气凝胶

图10 石墨烯气凝胶制备及性能表征

哈尔滨工业大学的徐翔（通讯作者）和李惠教授（通讯作者）等人通过加强样品初始框架的刚度和减少溶剂蒸发毛细管压力，使制备过程中不发生明显的体积收缩或结构开裂，从而实现石墨烯气凝胶自然干燥。得到的自然干燥石墨烯气凝胶（NDGA）表现出了优良的性能，包括超大可逆压缩率（99%）、高的电导率（≈1.3S•cm-1）、低的热导率（0.018Wm-1 K-1）和大范围的可调泊松比行为（−0.3＜μ＜0.46）。这种廉价、高效、简单、大规模的制备方法，将扩大高性能石墨烯气凝胶（GA）的商业化生产，并进一步推动石墨烯材料在软驱动器、柔性电子器件、传感器、药物释放、热绝缘体及防护材料等方面的应用。

文献链接：Naturally Dried Graphene Aerogels with Superelasticity and Tunable Poisson's Ratio（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603079）

以上列举的仅为Adv. Mater. 期刊9月份材料前沿科研成果的代表，由于篇幅所限，还有不少优秀成果没有列入。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宝贵的意见/建议。

本文由材料人编辑部学术组大黑天供稿，材料牛编辑整理。

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