顶刊动态 | Angew：9月材料前沿科研成果十大精选

今天材料人编辑部学术组邀您一起来看看顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed. 2016年9月材料前沿科研成果十大精选（国内）：北京航空航天大学&中科院理化技术研究所——由两性双通道组成的仿生纳流控二极管在宽泛的pH范围内维持整流方向；福州大学——方纳石型镧钨氧化物笼构造巨型空心异质金属多铌酸盐：分离的纳米团簇和扩展框架；合肥工业大学&中国科学技术大学——氮掺杂石墨烯—二硫化钼用于锂离子电池；中科院烟台海岸带研究所——可用作电位测定生物传感器的三维折纸型纸基设备；南开大学——碳氧化物盐用于快速可充电池；中科大&德国马普胶体与界面研究所——高盐条件下单体聚合制备多孔碳气凝胶；南京大学——单细胞分析低拷贝数蛋白质；中科院高能物理研究所——基于DNA的纳米孔传感技术；国立台湾大学——具有优异渗透蒸发性能的混合基质膜无干燥水基制备过程；武汉大学——异质结构纤维素复合纤维的快速热解制备空心材料。下面就让我们一起走进曼妙的材料前沿成果吧。

 1、北京航空航天大学&中科院理化技术研究所——由两性双通道组成的仿生纳流控二极管在宽泛的pH范围内维持整流方向

图1 利用两性纳米通道制备仿生纳流控二极管

 北京航空航天大学的高龙成副教授、范霞副教授以及中科院理化技术研究所的闻利平研究员（共同通讯作者）等人首次开发了一种利用两性纳米通道来扩大pH响应范围的通用策略。在协同效应的作用下，带有羧基和羟基的杂化纳米通道在一个广泛的pH范围内展现出具有单一整流方向的纳流控二极管特性。这一新型策略为纳流控技术的规模化应用提供了高效低成本的制备方法。

文献连接：Biomimetic Nanofluidic Diode Composed of Dual Amphoteric Channels Maintains Rectification Direction over a Wide pH Range(Angew, 2016, DOI: 10.1002/anie.201606469)

2、福州大学——方纳石型镧钨氧化物笼构造巨型空心异质金属多铌酸盐：分离的纳米团簇和扩展框架

图2 方纳石型异质金属氧化物笼、六铌酸盐阴离子、异质金属PONb以及“团簇包裹团簇（cluster-in-cluster）”型构象。

 福州大学的郑寿添教授团队发表VIP文章，宣布首次制得了铌钨镧系异质多金属氧酸盐（POMs）。研究人员利用方纳石型异质金属氧化物笼将六铌酸盐团簇聚集在一起，从而形成“团簇包裹团簇（cluster-in-cluster）”的巨型（giant）结构。这种巨型铌钨镧系团簇可被分离成无机碱金属盐，并且可作为形成高维度无机-有机杂化框架材料的建构模块。

文献连接：Giant Hollow Heterometallic Polyoxoniobates with Sodalite-Type Lanthanide–Tungsten–Oxide Cages: Discrete Nanoclusters and Extended Frameworks (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie.201608113)

3、合肥工业大学&中国科学技术大学——氮掺杂石墨烯—二硫化钼用于锂离子电池

图3 a)氮掺杂石墨烯-二硫化钼（NG–MoS₂）的制备；b) NG–MoS₂的薄膜-泡沫-薄膜（3F）分层结构；c)典型的三明治体系结构

合肥工业大学从怀萍教授(通讯作者)和中国科学技术大学俞书宏教授(通讯作者)等科研人员通过结合肼蒸气还原和水热反应，制备出由氮掺杂石墨烯和MoS₂纳米片超薄蜂窝结构组成的MoS₂-石墨烯复合膜作为阳极材料，提高了锂离子电池的储存能力。相比传统的阳极材料如石墨，该复合材料的阳极材料对我们今后发展高能量密度电池产业极具吸引力，它不仅具有显著的容量优势，而且有助于经济的可持续发展。

文献连接：Combining Nitrogen-Doped Graphene Sheets and MoS2: A Unique Film–Foam–Film Structure for Enhanced Lithium Storage (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie.201606870)

4、中科院烟台海岸带研究所——可用作电位测定生物传感器的三维折纸型纸基设备

图4 3D折纸型纸基电位计原理图

中科院烟台海岸带研究所的秦伟（通讯作者）等人制备出一款三维的折纸型纸基设备，并将一个固态接触离子选择性电极与全固态的参比电极相结合。这个设备通过将纸在不同区域间浸透于适当的生物受体和报告试剂中制备出。并通过折叠或展开纸的结构，可实现对不同电势的生物测定。同时，这款设备还能以简单、便捷和低成本的方式实现对一些蛋白类小分子进行电位生物感测。

文献连接：A Three-Dimensional Origami Paper-Based Device for Potentiometric Biosensing (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201606268)

5、南开大学——碳氧化物盐用于快速可充电池

图5 充电电池中碳氧盐的电化学性能

南开大学的陈军教授（通讯作者）等人发表热点文章（hot paper）通过研究在充电电池中的不同结构碳氧盐与不同金属离子（Li⁺，Na⁺，K⁺）相结合的电极材料，该系列电池的工作电压和容量得到了明显的比较。初步发现了锂离子在K₂C₆O₆负极中具有快速插入/脱嵌的性能，同时负极在0.2C下容量达212mAh·g^-1，在10C时容量达168mAh·g^-1，这些是钾离子电解质的窄带隙、高离子导电率以及钾离子的高扩散系数协同作用的结果。考虑到钾元素丰度高和K⁺/ K的低标准电位，这项发现不仅提供了一个开发钾离子电池有吸引力的机会，也开辟了一条发展可持续储能材料新的途径。

文献连接：Oxocarbon Salts for Fast Rechargeable Batteries (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie.201607194)

6、中科大&德国马普胶体与界面研究所——高盐条件下单体聚合制备多孔碳气凝胶

图6 在不同盐度条件下处理苯酚-甲醛碳气凝胶（PFCAs）的照片

中国科学技术大学俞书宏教授（通讯作者）和德国马克斯•普朗克胶体与界面研究所的Nina Fechler（通讯作者）、Markus Antonietti（通讯作者）等人发表热点文章（hot paper），阐述了一种制备高强度、低密度、高比表面积的苯酚-甲醛碳气凝胶（PFCAs）的简便、可持续、廉价的制备方法。他们采用苯酚和甲醛在无机高盐（ZnCl₂盐）条件下直接聚合得到苯酚-甲醛胶块，之后经碳化发泡过程得到泡沫状的碳气凝胶。该制备方法使得碳气凝胶的机械强度显著提高，且省去了特殊的干燥过程。该碳气凝胶在有机污染物的吸附和分离以及能量存储等领域有着诱人的前景。

文献连接：Polymerization under Hypersaline Conditions: A Robust Route to Phenolic Polymer-Derived Carbon Aerogels (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201605510)

7、南京大学——单细胞分析低拷贝数蛋白质

图7 表面等离激元免疫夹心法的单细胞分析原理示意图

南京大学的刘震教授（通讯作者）课题组发表文章报道了一种可用于检测单细胞中低拷贝数蛋白质的新型分析方法，研究人员称之为“表面等离激元免疫夹心法（PISA）”。这种方法结合了体内免疫亲和萃取技术和表面等离子体增强拉曼散射原理，可从细胞中特异性提取和标记目标蛋白质并在单细胞水平提供超灵敏检测功能。该单细胞分析技术在癌症诊断与预后、细胞质量控制、发育生物学、干细胞研究及脑科学等多个领域中具有重要的应用前景。

文献连接：Probing Low-Copy-Number Proteins in a Single Living Cell (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201608237)

8、中科院高能物理研究所——基于DNA的纳米孔传感技术

图8 纳米孔传感原理

中科院高能物理研究所的吴海臣研究员（通讯作者）课题组发表迷你综述（minireview），介绍了基于DNA探针纳米孔传感技术的最新研究进展。传统的纳米孔传感技术是基于蛋白质突变或者化学改性而实现的。而近几年来，DNA分子也开始作为探针而非测序基质应用于传感领域。该篇综述就是重点介绍了基于DNA介导典型电流活动的纳米孔传感技术。随着纳米孔传感技术在生物化学和生物物理领域成为愈加重要的研究手段，基于DNA的传感技术也会有更加广泛的应用。

文献连接：DNA-Based Nanopore Sensing (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201604405)

9、国立台湾大学——具有优异渗透蒸发性能的混合基质膜无干燥水基制备过程

图9 PVA/ZIF-8混合基质膜的制备

国立台湾大学的童国伦教授（通讯作者）和吴嘉文副教授（通讯作者）等人合成了纳孔类沸石咪唑酯骨架（ZIF-8）材料。这种粒径为60nm、孔径为0.34nm的纳米颗粒水中合成之后免去干燥过程而直接加入到有机物水溶液中。这种方法能够制备高性能PVA/ZIF-8混合基质膜（MMM），这种混合基质膜通过渗透蒸发（Pervaporation）能够增强乙醇脱水性能。

文献连接：A Drying-Free, Water-Based Process for Fabricating Mixed-Matrix Membranes with Outstanding Pervaporation Performance (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201607014)

10、武汉大学——异质结构纤维素复合纤维的快速热解制备空心材料

图10 空心纤维的表征

武汉大学的周金平教授（通讯作者）团队发展了一种制备无机空心材料的温和方法。通过快速热解，铜氨纤维素复合纤维的异质结构和金属氧化物的梯度分布共同作用，导致无机空心材料在100s的时间内被制备出来。此外，这一空心微纤维的直径、壁厚以及长度均可被调控制备。研究人员认为，这一形貌的空心材料将在诸如催化、微反应器等多个领域有着广泛的用途。

文献连接：Fabrication of Hollow Materials by Fast Pyrolysis of Cellulose Composite Fibers with Heterogeneous Structures (Angew, 2016, DOI: 10.1002/ anie. 201607455)

以上列举的仅为Angew期刊9月份国内材料前沿科研成果的代表，由于篇幅所限，还有不少国内成果没有列入。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和建议。

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