頂刊動態｜5月份Science材料前沿科研成果精選（下）

Science五月熱點預覽：加拿大渥太華大學發現氧化銦錫（ITO）具有優良的非線性光學性能；廈門大學實現原子級分散Pd1/TiO2催化劑的光化學合成；美國斯克里普斯研究所通過氧化還原活性酯和烷基鋅試劑實現烷基-烷基交叉耦合；布里斯托大學實現由可結晶的高分子共混物制備均勻片狀和空心矩狀的血小板膠束；崔屹——從紐扣電池到電動汽車，納米技術足以改變世界。

1、加拿大渥太華大學發現氧化銦錫（ITO）具有優良的非線性光學性能

圖1 ITO樣品和它的線性光學響應

激光出現后的短短的幾年內，人們觀察到許多用過去的光學理論無法解釋的新效應。為了解釋這些新效應，產生了非線性光學理論。非線性光學是現代光學的一個分支，研究介質在強相干光作用下產生的非線性現象，在顯微鏡，全光數據處理，和量子信息領域有著潛在的應用。然而，即使在強激光的照射下，有些非線性光學材料經常表現弱的非線性光學性能。

加拿大渥太華大學Robert W. Boyd等人通過研究發現，氧化銦錫（ITO）可以獲得高于其他材料非線性性能，有望未來在多個光子學應用領域實現應用。該團隊發現，常用于觸摸屏和飛機窗戶的材料ITO能獲得特別高的光學非線性。在某些條件下，ITO樣本獲得的光學非線性程度可超過其他材料數百倍。研究已經表明，薄的ITO薄膜在ENZ波長下具有非常大的超快三階非線性效應，此外，它能夠獲得史無前例大的折射率的光學感應變化。

文獻鏈接：Large optical nonlinearity of indium tin oxide in its epsilon-near-zero region（DOI:10.1126/science.aae0330）。

2、廈門大學實現原子級分散Pd1/TiO2催化劑的光化學合成

圖2 原子級別Pd1/TiO2催化劑的形貌與結構表征

貴金屬催化劑是目前一類高效熱門的催化劑，關于貴金屬催化劑的研究近年來也在持續不斷地進行。原子級別貴金屬催化劑具有最高的原子利用效率，同時，具有的催化活性比納米顆粒，團簇和塊體貴金屬超出很多倍。隨著時間的推移，單個過渡金屬原子（不僅僅只有貴金屬）催化逐漸的熱門起來。

廈門大學鄭南峰教授及其合作團隊報道了一種室溫制備相對高含量的、高穩定性的原子級分散Pd1/TiO2催化劑的光化學方法。本文第一作者劉朋昕博士等人利用光沉積技術在乙二醇保護的TiO2納米片上成功實現了單原子Pd的穩定分散，Pd原子的負載量達到了1.5%。Pd1/TiO2催化劑展現超高的催化碳碳雙鍵加氫的活性，其性能在觀察20個循環之后仍是商業化Pd催化劑的9倍。更重要的是，Pd1/TiO2催化劑-EG體系通過異裂氫氣分子的途徑，使醛的催化加氫反應的性能超過商業化Pd催化劑的55倍。

文獻鏈接：Photochemical route for synthesizing atomically dispersed palladium catalysts（DOI: 10.1126/science.aaf5251）。

3、美國斯克里普斯研究所通過氧化還原活性酯和烷基鋅試劑實現烷基-烷基交叉耦合

圖3 鎳催化的脫羧烷基-烷基交叉耦合的發展

合成化學的核心在于碳-碳鍵的形成，該方面的進步與本領域的新發展密切相關。比如關于鹵代芳族或乙烯基（SP2）系統的交叉耦合的開創性工作已經改變有機合成的做法。同樣地，C(sp3)-C(sp3)變型的普適使用方法在逆合成分析領域將具有開辟新工藝的潛力。烷基羧酸在化學的很多方面都有應用，是融合新連接的一種理想原材料。

美國斯克里普斯研究所Phil S. Baran等人利用烷基羧酸脫水形成C-N鍵的相同原則，通過偶聯雙烷基鋅試劑和脫附二氧化碳實現了C-C鍵的偶聯。這一反應使用廉價的鎳作為催化劑，并適用于70多種物質的偶聯。

文獻鏈接：A general alkyl-alkyl cross-coupling enabled by redox-active esters and alkylzinc reagents（DOI: 10.1126/science.aaf6123）。

4、布里斯托大學實現由可結晶的高分子共混物制備均勻片狀和空心矩狀的血小板膠束

圖4 片狀和空心矩狀的血小板膠束

制備具有可裁剪的實心或空心二維（2D）結構的穩定膠狀自組裝材料一直以來都是一個重大的挑戰。

英國布里斯托大學Ian Manners及其合作者，在圓柱形的膠束種子中加入嵌段共聚物和相應的晶態均聚物，采用種子生長方法，描述了尺寸均勻可控、單分散的矩狀血小板膠束的形成過程。研究人員依次加入不同的共聚物，生成的血小板膠束呈均勻片狀或同心的空心矩狀。這些復雜的納米顆粒可進行空間選擇過程，以分解形成穿孔的血小板，如清晰可辨的空心矩形環形狀。這種實心或空心的二維膠束在熒光成像、液晶、微納器件及醫療載體等方面具有廣泛而重要的潛在應用。

文獻鏈接：Uniform patchy and hollow rectangular platelet micelles from crystallizable polymer blends（DOI:10.1126/science.aad9521）。

5、崔屹——從紐扣電池到電動汽車，納米技術足以改變世界

圖5 崔屹和鋰離子電池

Science報道了一篇關于崔屹與鋰離子電池的新聞，詳細闡述了崔屹的鋰離子電池研究歷程及做出的巨大貢獻。崔屹，就職于斯坦福大學材料系，目前主要的研究集中在新能源材料與器件、鋰離子電池的大容量及穩定性突破，致力于推動電動汽車的革命。

要知道，在他剛涉足納米材料的研究時，他的方向是有效凈化空氣和水的系統。他是如何一步步涉足電池的研究直至今天這種成就？點擊查看: Science：崔屹——從紐扣電池到電動汽車，納米技術足以改變世界，材料牛為您做的詳細中文解讀。

文獻鏈接：The battery builder（DOI: 10.1126/science.352.6289.1046）。

本文由材料人學術組靈寸和魯健供稿，材料牛編輯整理。

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