材料前沿最新綜述精選（2018年5月第3周）

1、Nature Reviews Materials綜述：生物啟發的微型機器人

圖1 螺旋微結構的推進

微生物可以在復雜的媒介中移動，對環境做出反應并自我組織。微型機器人領域力求在亞毫米尺寸的移動機器人系統中實現這些功能。然而，傳統機器人及其控制系統微型化并不是一個可行的方法。開發微型機器人的一個很有希望的替代策略是直接在材料中實現感應，驅動和控制，從而模仿生物物質。近日，馬克思普朗克智能系統研究所的Stefano Palagi?和Peer Fischer?（共同通訊作者）團隊討論了在微型機器人中實現機器人功能的設計原則和材料，研究了不同的生物運動策略，并討論如何在磁性微小機器中人工再造它們，以及軟材料如何改善控制和性能。實驗結果表明智能的刺激響應材料可以作為車載傳感器和執行器，而“活動物質”可實現自主運動，導航和集體行為。

文獻鏈接：Bioinspired microrobots (Nat. Rev. Mater.,2018,DOI: 10.1038/s41578-018-0016-9）

2、Corrosion Science綜述: 硫化氫環境中鋼的腐蝕產物研究的最新進展

圖2 H₂S腐蝕機理和氫滲透過程

中國油氣資源和消費市場分布不均衡，大部分石油和天然氣生產地區遠離主要消費市場，需要長途運輸。管道因為具有成本低，運輸量大的優點而成為長距離輸送石油和天然氣的重要手段。氯化物離子、二氧化碳和硫化氫等強腐蝕性介質可快速降解石油設備在潮濕環境中使用的材料，嚴重威脅這些系統的安全性和可靠性。近日，來自中國石油大學的鄭樹啟（通訊作者）團隊總結了碳鋼腐蝕產物的研究進展及其對H₂S環境下后續腐蝕過程的影響；還討論了關于腐蝕產物薄膜發展的基本理論以及腐蝕產物與氫擴散之間的關系； 最后，提出了這個領域未來的研究和發展方向。

文獻鏈接：Review of recent progress in the study of corrosion products of steels in a hydrogen sulphide environment（Corros.Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.corsci.2018.05.002）

3、Nature Reviews Materials綜述: 水凝膠離子電子學

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圖3?水凝膠作為離子導體

離子電子裝置通過移動離子和移動電子的混合電路起作用，水凝膠是可拉伸的，透明的離子導體，可以長距離傳輸高頻率的電信號，從而可以使用離子電子裝置，此外，基于水凝膠還可以設計離子電子發光裝置、離子電子學液晶裝置、觸摸板、摩擦發電機、人造鰻魚等。近日，來自哈佛大學的鎖志剛（通訊作者）等人總結了第一代水凝膠離子電子器件以及與材料的力學性能、化學性質相關領域的挑戰。研究了親水性和疏水性聚合物網絡之間的牢固和可拉伸粘合性如何實現，水凝膠中如何保留水分，以及如何設計抵抗循環負載下疲勞的水凝膠等問題。最后，重點介紹了水凝膠離子電子設備的應用，并討論了該領域的未來的發展方向。

文獻鏈接：Hydrogel ionotronics (Nat. Rev. Mater.,2018,DOI: 10.1038/s41578-018-0018-7）

4、Progress in Materials Science綜述：內部結構-鈉儲存機制-碳中的電化學性能關系

圖4 ?儲能技術比較圖

目前，只有1.3％的能源消耗來自太陽能和風能，并且受到外部環境的影響。為此，以風能和太陽能為基礎的資源的增加是最有利于環境的前進方向。 這兩種技術都已經足夠成熟，可以為未來增加能源提供充足空間做出重大貢獻。近日，來自俄勒岡州立大學的紀秀磊和克拉克森大學的David Mitlin（共同通訊作者）團隊重點介紹了碳基鈉離子電池負極，強調了內部結構-鈉儲存機制-電化學性能之間的關系。此外，文章還討論了各種各樣的微觀結構和化學成分，并在適當的時候提供關鍵的技術分析。?

文獻鏈接：Internal structure – Na storage mechanisms – Electrochemical performance relations in carbons (Prog. Mater. Sci.,2018,DOI: 10.1016/j.pmatsci.2018.04.006）

5、Chemical Reviews綜述：小孔沸石：合成和催化

圖5 ?EEI和CHA框架與孤立籠和一個示例窗口（藍色）和沒有籠子的GIS框架

在過去十年，小孔沸石比大孔和中孔分子篩具有更高的分辨率，這主要是由于兩種主要的催化過程，即NO_x排出和甲醇轉化為輕質烯烴的商業化，它利用了具有較小孔徑的這些材料的特性。小孔沸石具有由八個四面體原子構成的孔，每個由共享的氧連接。?近日，魯汶大學的Michiel Dusselier和加州理工學院的Mark E. Davis（共同通訊作者）等人總結了所有沸石的相關綜合細節，并提供了一些廣義的發現和相關的見解。旨在提供結構-活動關系。總結的內容包括：1、合成和催化進展；2、分子篩領域的機遇；3、未來展望。

文獻鏈接：Small-Pore Zeolites: Synthesis and Catalysis (Chem. Rev.,2018,DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00738）

6、Chemical Society Reviews綜述：共價多層薄膜：化學，設計和多學科應用

圖6?使用后共價轉化和連續共價加工的示意性組裝過程

共價層層疊組裝是一種功能強大的超薄薄膜結構，可以實現納米結構精度、元件多樣性的靈活設計。與使用多種非共價相互作用構建的傳統薄膜相比， 共價交聯提供以下特征：1、增強的膜耐久性或剛性；2、當通過形成共價鍵穩定地將不帶電荷的物質或小分子構建到膜中時改善了組分的多樣性；3、當共價交聯用于成分，空間或時間選擇性方式時增加的結構多樣性。近日，來自中國地質大學的安琪和北京化工大學的石峰（共同通訊作者）等人重點介紹了用于構建共價薄膜的化學方法以及使用各種薄膜設計策略可實現的薄膜特性和應用。期望將化學學科的成果轉化為材料工程現成的技術，從而提供各種功能材料設計，以解決整個科學界面臨的能源，生物醫學和環境等挑戰。

文獻鏈接：Covalent layer-by-layer films: chemistry, design, and multidisciplinary applications (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00406K）

7、Chemical Society Reviews綜述：鋰離子電池的老化中的化學

圖7 LiCoO₂和石墨電極材料的鋰離子電池示意圖

鋰離子電池的成功是不可否認的，并且與消費電子市場的發展息息相關。這觸發了持續不斷的研究驅動力，改善了所需的電池性能，對于這種特定的應用來說，這主要意味著提高能量密度。然而，在考慮能量，功率，安全性，耐用性，成本，可持續性等方面的數據時，要求更大電池，如運輸或電網的其他應用部分需要不同的優先權。近日，來自西班牙皇家科學理事會-巴塞羅那材料研究所的M. Rosa Palacín（通訊作者）重點介紹了鋰離子電池壽命期間的性能下降，并最終歸因于化學過程。它們的范圍主要取決于電池材料成分和操作條件（充電/放電速率，電壓操作限制和溫度），也可能受電池設計的影響。造成負極性能損失的兩個主要因素是在電極/電解質界面處形成的鈍化層（在較高溫度下增強）和鋰金屬鍍層（在低溫下強化）的不穩定性。相反，正電極的容量衰減主要是由循環/儲存或電解質溶劑氧化過程中活性物質的部分溶解引起的，這是由溫度和高電位引起的。

文獻鏈接：Understanding ageing in Li-ion batteries: a chemical issue (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00889A）

8、Chemical Society Reviews綜述：耐燒結催化劑背后的物理化學和材料科學

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圖8?原位環境透射電子顯微鏡監測燒結過程

催化劑燒結是高反應溫度下催化活性或選擇性損失的主要原因，是非均相催化領域的主要挑戰。盡管所有多相催化劑在其操作過程中不可避免地要經受燒結，但通過仔細設計催化顆粒及其與載體的相互作用，可以緩解劇烈的燒結。近日，佐治亞理工學院&埃默里大學夏幼南（通訊作者）等人重點介紹了燒結過程中涉及的物理化學和材料科學方面的最新進展，包括討論高級技術，如原位顯微鏡和光譜學，以研究燒結過程及其速率。他們還討論了設計和合理制造耐燒結催化劑的策略。最后，作者展示了其在提高熱穩定性方面取得的成功。

文獻鏈接：The physical chemistry and materials science behind sinter-resistant catalysts (Chem.Soc.Rev.,2018,DOI: 10.1039/C7CS00650K）

9、Accounts of Chemical Research綜述：使用堿金屬離子來模擬互鎖分子的合成

圖9?能夠結合堿金屬離子的互鎖化合物的例子

由于自然界充滿了各種具有強大功能的基于蛋白質的多組分裝配體，因此自然界成為了創建高度有序、復雜、動態蛋白質和肽基納米結構平臺的靈感來源。這樣的組裝系統依賴于不同的單獨構建塊的初始相互作用，來組裝成超分子結構的復合物。近日，來自國立臺灣大學的Sheng-Hsien Chiu（通訊作者）課題組重點講述了這種堿金屬離子模板方法背后的概念以及其最新進展。堿金屬離子是組裝互鎖結構和化合物的強大模板，同時也展示了它們為未來工作提供的可能性范圍。

文獻鏈接：Using Alkali Metal Ions To Template the Synthesis of Interlocked Molecules (Acc. Chem. Res.,2018,DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00071）

本文由材料人電子組楊超供稿，材料牛整理編輯。

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