國產材料類期刊：Science Bulletin、JEC、SCMs、SCC前沿動態

國內學術期刊的發展，海內外華人科學家的支持必不可少。近年來，隨著國內學術期刊團隊的辛勤耕耘和不斷努力，國內多個學術期刊已經取得很不錯的成績，大量優秀科研成果在國內優秀期刊上發表。以后，你或許會在優秀的國產期刊上發表過文章而感到自豪。前段時間給大家分享了國產期刊五大花旦：National?Science Review、npj?Computational Materials、Nano Research、Nano-Micro Letters、Microsystems & Nanoengineering前沿動態，今天筆者繼續帶領大家領略另外幾篇期刊的科技動態前沿。

Science Bulletin

類合金的三元聚合物太陽能電池的效率超過17.2%

單塊異質結聚合物太陽能電池(PSCs)在材料進化、器件制造優化和工作機理探索等方面取得了長足的進展，以窄禁帶非富勒烯材料Y6為受體，PSCs的功率轉換效率(PCE)已超過16%，在優化的二元PSCs的基礎上， 三元策略被認為是實現高性能聚合物太陽能電池的有效方法。在此，北京交通大學張福俊教授、武漢大學楊楚羅教授等人優化后的三元PSCs的功率轉換效率(PCE)為17.22%,受體中MF1含量為10%。采用三元策略后，PCE的改善幅度超過8%，這是因為與基于Y6二元PSCs相比，J_SC同時增加了25.68 mA cm^-2, VOC增加了0.853 V, FF增加了78.61%。從拉曼映射、接觸角、循環伏安和形貌等方面可以確定MF1和Y6的良好相容性，這是形成合金態的前提。由于Y6和MF1的最低未占據分子軌道(LUMO)水平不同，三活性層中的電子遷移率很大程度上取決于受體中的MF1含量，這可以很好地解釋三元結構中波動型FF的變化。第三方認證的PCE為16.8%，應該是單塊異質結PSCs的最高值之一。本工作為實現高效的三元PSCs材料選擇提供了充分的參考。相關研究以“Alloy-like ternary polymer solar cells with over 17.2% efficiency”為題目，發表在Science Bulletin上。

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DOI: 10.1016/j.scib.2020.01.012

分子結構、性能和器件結構

DMF對氮化鋰的穩定性機理及其在鋰離子超級電容器預鋰化中的應用

氮化鋰是一種極好的零殘留正極預鋰化添加劑，可用于彌補鋰離子電容器及鋰離子電池在首圈的鋰損失。但是，在電極制造過程中，氮化鋰與非質子極性溶劑的相容性差，與N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等常用溶劑具有很高的反應性，限制了以氮化鋰作為預鋰添加劑的技術推廣應用。中科院大連化物所李先鋒、張洪章等人通過商業上可用的勻漿涂布途徑制備了含氮化鋰的電極，使用 DMF作為勻漿溶劑，實驗分析和DFT模擬證實了DMF的分子穩定機理，DMF的脫氫能明顯大于其他常用溶劑。添加20%氮化鋰的軟包裝鋰離子電容器具有出色的倍率性能、循環穩定性和超高的能量密度，其能量密度是不含Li₃N器件的2.3倍，1萬次充放電循環后，其能量保持率高達90%。相關研究以“DMF stabilized Li3N slurry for manufacturing self-prelithiatable lithium-ion capacitors”為題目，發表在Science Bulletin上。

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DOI: 10.1016/j.scib.2019.11.014

DFT的計算和可能的反應

Journal of Energy Chemistry

有機三維互聯石墨烯氣凝膠作為高性能鋅離子電池的負極材料

水性可充電鋅離子電池具有安全性高、成本低、耐久性好等優點，在大規模的存儲應用中具有很大的吸引力。然而，由于Zn²⁺在固體無機框架中的緩慢擴散，導致陰極材料的缺乏，阻礙了它們的發展。在此，哈爾濱工程大學葉克、曹殿學教授等人報道了一種新型的有機電極材料，其材料為聚3、4、9、10-perylentetracarboxylic dianhydrode (PPTCDA)/石墨烯氣凝膠(GA)。通過簡單的溶劑熱反應合成了三維互聯多孔結構，其中PPTCDA均勻地嵌入到GA納米薄片中。PPTCDA/GA自組裝結構不需要輔助電極和導電劑來制備電極材料，是制備投幣式電池的一種簡單方法，為下一步的大規模生產奠定了基礎。PPTCDA/GA的輸出電壓0.0 ~ 1.5 V，容量≥200 mAh g^-1。經過300次循環后，容量保持率仍然接近100%。通過FT-IR、XRD和XPS表征，探討了Zn²⁺插層/脫層在PPTCDA/GA電極中的作用機理。用掃描電鏡(SEM)和透射電鏡(TEM)觀察了PPTCDA/GA的形貌和結構。相關研究以“Organic 3D interconnected graphene aerogel as cathode materials for high-performance aqueous zinc ion battery”為題目，發表在Journal of Energy Chemistry上。

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DOI:?10.1016/j.jechem.2019.09.026

PPTCDA/GA為陰極的電化學性能

多孔碳與交錯的MoP-MoS₂異質結雜化高效的析氫反應

由非貴金屬催化劑組成的具有大表面積和高電導率的電催化劑的設計與開發是析氫反應的關鍵。在此，華南理工大學彭新文教授等人以木質素為基礎的多孔碳與MoS₂-MoP異質結(MoS₂-MoP/FPC)雜化相偶聯，并作為有前途的催化劑。通過在多孔碳(MoS₂/FPC)上固定花瓣狀的二硫化鉬納米片，然后控制其在Ar/H₂中的磷化反應形成MoS₂-MoP/FPC。紅磷提供了能在還原性氣氛下誘導異質結構建的P元素，同時產生了MoP和MoS₂相的分裂。制備的MoS₂?MoP/FPC催化劑在電流密度為10 mA cm^?2時，其過電位為144 mV，在酸性介質中對HER的Tafel斜率為41 mV dec^?1，且穩定性顯著。除了雜化產物的活性外，其優異的活性還歸功于MoS2-MoP的異質結，以及多孔碳良好的電荷/傳質能力。該策略為高成本、高性能催化劑的開發和設計提供了一種新方法。相關研究以“Porous carbon coupled with an interlaced MoP–MoS2 heterojunction hybrid for efficient hydrogen evolution reaction”為題目，發表在Journal of Energy Chemistry上。

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DOI:?10.1016/j.jechem.2019.09.010

MoS₂?MoP/FPC的制造工藝示意圖

雜化MOF@COF作為選擇性氧化醇的高效可見光驅動光催化劑

利用加速光誘導電子和半導體間電荷-載流子分離建立共價連接結構可以提高光催化性能。在這項工作中，北京科技大學王戈教授、德國波鴻大學Guixia Zhao 教授等人報道了一種簡單而新穎的生長方法，用結晶和多孔的共價有機框架(COFs)材料覆蓋NH₂-MIL-125?(MOFs），形成一系列不同COF厚度的NH₂-MIL-125@TAPB-PDA納米復合材料。引入適量的COF不僅可以改變其固有的電子和光學性質，而且可以顯著提高其光催化活性。特別是COF厚度在20nm左右的NH₂-MIL-125@TAPB-PDA-3苯甲醛的收率最高(94.7%)，約為核體NH₂-?MIL-125-的2.5倍和COF的15.5倍。雜化材料光催化性能的提高主要是由于通過共價鍵增強了光致載流子在MOF和COF之間的轉移。此外，還探討了闡明光催化過程的可能機制。這種基于MOF的光催化劑在未來的綠色有機合成中具有巨大的潛力。相關研究以“Covalently integrated core-shell MOF@COF hybrids as efficient visible-light-driven photocatalysts for selective oxidation of alcohols”為題目，發表在Journal of Energy Chemistry上。

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DOI: 10.1016/j.jechem.2019.07.014

NH₂-MIL-125@TAPB-PDA雜化的合成工藝示意圖

SCIENCE CHINA Materials

退火調控的3D交聯TiNb₂O₇納米棒電極用于高效柔性鋰離子電容器

TiNb₂O₇的理論比容量高達280?mA?h?g^?1, 是一類有前景的鋰離子電容器負極材料。然而其較差的電子導電性嚴重限制了其倍率性能的提升。在此，武漢理工大學劉金平教授課題組在柔性碳布表面直接生長3D交聯的TiNb₂O₇納米棒多孔負極, 并將其首次應用于柔性鋰離子電容器; 碳布的高導電性, 單晶納米棒結構較短的離子/電子傳輸路徑以及良好的結構穩定性, 有效提高了材料的倍率性能和循環穩定性。?研究表明, TiNb₂O₇負極表現出優異的倍率性能(從1到40?C, 容量保持率高達66.3%), 出色的循環穩定性(>2000圈), 以及良好的柔韌性(連續彎曲500次后容量無損失)。此外, 將無粘結劑的TiNb₂O₇負極和商用活性炭正極搭配成鋰離子電容器, 展現出了較高的質量和體積能量/功率密度(~100.6?W?h?kg^?1/4108.8?W?kg^?1; 10.7?mW?h?cm^?3/419.3?mW?cm^?3), 優于先前報道的混合超級電容器, 同時該器件可以在180°彎曲狀態下為LED燈供電。相關研究以“Post-annealing tailored 3D cross-linked TiNb₂O₇?nanorod electrode: towards superior lithium storage for flexible lithium-ion capacitors”為題目，發表在SCIENCE CHINA Materials上。

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DOI: 10.1007/s40843-019-1225-1

基于TNO-750-7h的LIC模型的電化學性能

一步球磨法制備石墨烯/炭黑水性導電油墨應用于柔性電子器件

中國科學院煤炭化學研究所陳成猛研究員等以石墨烯和炭黑作為導電填料, 通過一步球磨法制備了高導電的水性碳系油墨。當石墨烯質量分數為10%時, 復合油墨具有最優的流變學性能; 在絲網印刷中, 該油墨在聚酰亞胺基底上形成均勻致密的涂層。在微觀上, 涂層具有夾層三維網絡結構, 電阻率是純炭黑涂層電阻率的30%。輥壓處理后, 電阻率降至0.18±0.01?Ω?cm, 且涂層具有良好的機械柔性, 經過3000次循環彎折試驗后電阻僅增加12%。將石墨烯/炭黑復合涂層作為柔性導體, 成功組裝了發光書簽和薄膜開關, 表明該涂層在柔性電子器件大規模生產中具有巨大的潛力。相關研究以“One-pot ball-milling preparation of graphene/carbon black aqueous inks for highly conductive and flexible printed electronics”為題目，發表在SCIENCE CHINA Materials上。

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DOI: 10.1007/s40843-019-1210-3

油墨制備過程的示意圖及穩定性光學照片

CALPHAD輔助設計高強度沉淀強化型高熵合金

近年來, 設計具有高強度和優異延展性的高熵合金(HEAs)引起了人們的廣泛興趣。中南大學宋旼教授等人采用CALPHAD方法來設計沉淀強化型(FeCoNi)₉₂Al_2.5Ti_5.5高熵合金. 通過熱機械處理過程來調控合金晶粒尺寸、析出相大小及體積分數, 從而優化合金力學性能。在一定溫度時效后, 具有L1₂有序結構的Ni₃(Al,Ti)型第二相在面心立方(FCC)基體中均勻析出, 并與FCC基體共格。通過熱機械處理過程, 合金的屈服強度從338.3?MPa增加到1355.9?MPa, 抗拉強度從759.3?MPa增加到1488.1?MPa, 而伸長率仍然保持在8.1%。基于分析模型定量評估屈服強度的增加, 結果表明屈服強度的顯著增加主要是由沉淀強化機制引起的。變形引起的微觀條帶和位錯切過析出相是該合金的變形機制和強化機制, 有助于該合金同時具有優異的延展性和高強度。?研究表明, CALPHAD方法可以為高熵合金的設計和優化提供借鑒。相關研究以“CALPHAD-aided design of high entropy alloy to achieve high strength via precipitate strengthening”為題目，發表在SCIENCE CHINA Materials上。

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DOI: 10.1007/s40843-019-1170-7

不同熱機械過程后的粒度演化

Science China Chemistry??

利用AIE活性單元構建的共價有機空心納米球用于硝基酚類爆炸物的檢測

具有高靈敏度和超放大猝滅效應的共軛納米材料對硝基酚類爆炸物的檢測仍是一個巨大的挑戰。在此，吉林大學田文晶、劉俊秋教授開發了利用聚合誘導發射(AIE)活性TFPB構建的共軛空心納米球。由于空芯納米球與硝基酚類炸藥的光致電子轉移(PET)，使得空芯納米球在加入硝基酚類炸藥后具有均勻的尺寸和良好的分散性，并表現出明顯的熒光猝滅反應。 炸藥物：TNP、4-硝基酚(NP)和2,4-二硝基苯酚(DNP)與空心球的Stern-Volmer常數可分別達到9.67×10⁵、3.14×10⁵和4.8×10⁴?M^?1。制備了空心納米球包覆的簡易試紙，對TNP溶液和水蒸氣的響應良好。該研究為構建高效硝基酚類爆炸物傳感的AIE 共軛空心納米球提供了一種新的策略。相關研究以“Covalent organic hollow nanospheres constructed by using AIE-active units for nitrophenol explosives detection”為題目，發表在Science China Chemistry上。

文獻鏈接：

DOI: 10.1007/s11426-019-9667-1

空心納米球的形成及在硝基酚類爆炸物檢測中的應用

搭配光敏材料制備高效聚合物太陽能電池，效率可達16.53%

非富勒烯受體(NFA)的出現為開發具有高功率轉換效率的高性能施主/受體對提供了一個有希望的機會，因為NFAs提供可調的能量水平、廣泛的吸收和合適的聚集特性。為了提高活性層的吸光能力，蘇州大學崔超華教授、李永舫院士等人選擇寬禁帶聚合物PTQ10作為供體，而窄禁帶NFA Y6作為受體。與PTQ10: IDIC共混物相比，在PTQ10:Y6共混物中觀察到約130 nm的紅移吸收光譜，這可能會增強PSCs的短路電流密度(Jsc)。此外，最佳PTQ10:Y6共混物具有更高的光致發光猝滅效率和更高效的電荷分離，具有更高的電荷流動性，其雙分子復合能力較弱，功率轉換效率(PCE)為16.53%，Jsc為26.65 mA cm^?2，填充系數(FF)為0.751。相關研究以“Rationally pairing photoactive materials for high-performance polymer solar cells with efficiency of 16.53%“為題目，發表在Science China Chemistry上。

文獻鏈接：

DOI: 10.1007/s11426-019-9599-1

PSC的器件結構及在薄膜中的歸一化吸收光譜

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本文由Junas供稿。

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