頂刊封面: 4月材料領域優秀成果十大精選

evergreenw 6年前 (2017-05-05) 5860瀏覽

4月以來，材料領域的研究又有許多新進展，納米材料、新能源以及電子等方向的研究成果百花齊放。五一小長假歸來，讓我們共享科研盛宴，一起來看看上個月材料牛為您精選的頂刊封面故事吧。

1、Nature封面: 通過石墨烯實現遠距離外延生長，高效高質量的轉移二維材料！

在襯底上外延生長晶體材料對于半導體行業來說至關重要，然而兩種材料之間的晶格匹配嚴格限制了這一過程。

麻省理工學院 (MIT) Jeehwan Kim (通訊作者) 等研究發現，在石墨烯夾層存在下，仍可實現在GaAs基底上同質外延生長GaAs層。通過密度泛函理論計算發現在一定距離內，兩GaAs晶面間隙中仍存在電子分布。且實驗結果表明，石墨烯較弱的范德華勢不能完全屏蔽基底和外延層間的相互作用，從而實現了在單層石墨烯夾層存在下遠距離同質外延生長GaAs，InP和GaP。該方法生長的GaAs等材料為高質量單晶，且石墨烯夾層的存在使外延層可以快速完整的從基底剝離。用該方法制備的AlGaInP-GaInP 雙異質結LEDs的性能也可與直接在GaAs基底上外延生長制備的LEDs相匹敵。

文獻鏈接：Remote epitaxy through graphene enables two-dimensional material-based layer transfer(Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature22053)

2、Nat. Nanotech. 封面: 首次成功合成單層三角形結構Triangulene

Triangulene是由6個六邊形碳環組成的單原子厚度的類三角形結構材料，這種單雙鍵交替的排列方式會使整個分子具有兩個不成對電子，因此該材料極易氧化，難以穩定存在。

華威大學化學系的Niko Pavli?ek （通訊作者）及團隊共同工作者通過原子操縱技術首次成功合成全新結構的石墨烯三角形分子。研究者通過使用兼具掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡兩種手段的特殊針頭，使前屈體分子脫氫，從而成功制備結構穩定的triangulene。值得一提的是，這種應用于單分子層面的合成技術對于構建triangulene及其類似物具有借鑒性。

文獻鏈接：Synthesis and characterization of ?triangulene (Nat. Nanotech., 2017, DOI:10.1038/nnano.2016.305)

3、Nat. Energy封面: 海水提鈾新方法

海洋中存在有大量的可用于核燃料的鈾元素，但是鈾在海水中的濃度很低，導致當前的提取效果并不理想。

斯坦福大學的崔屹（通訊作者）等使用脈沖電場將鈾離子遷移到聚合物功能化電極上，使其沉積在電極表面形成氧化鈾，隨后通過處理得到鈾。聚合物功能化電極是一種偕胺肟基碳復合纖維材料，在電場力的作用下，更多的氧鈾離子被吸附在纖維表面。經測試，該電極材料能吸附的鈾容量多，吸附速度快，且可重復利用率高，對于海水提鈾意義重大。

文獻鏈接：A half-wave rectified alternating current electrochemical method for uranium extraction from seawater (Nat. Energy, 2017, DOI:10.1038/nenergy.2017.7)

4、Adv. Mater. 封面：基于溫度感知多功能傳感器的電子皮膚

近來，研究者們在具有類人感知能力的柔性人造電子皮膚方面的研究中做出了巨大努力，這些成果可應用在皮膚修復、類人機器人以及可穿戴的健康監控系統中。但是諸如多功能模塊的集成、更簡單的制作工藝以及大面積和低成本的應用等挑戰依然擺在廣大研究者的面前。

近日，清華大學的朱榮（通訊作者）等人報道了一種具備多重感知能力的類人多功能電子皮膚，具備感知外界溫度和壓力刺激的能力，同時還能區分物質的種類并感知風的吹動，從而達到了人類皮膚這樣一個精巧的傳感系統的程度。由于外部熱傳遞和熱導率的變化，沉積在電子皮膚上的熱敏元素鉑可以對外界的刺激做出反應并將其輸出為可測量的電信號，這就使得這種電子皮膚雖然集成了多種功能，但是并沒有增加器件的復雜程度。這為研究類人皮膚的電子皮膚提供了研究思路，并且結合柔性的印刷電路，這種器件的制作流程也使大規模、低成本地制作器件成為可能。

文獻鏈接：Electronic Skin with Multifunction Sensors Based on Thermosensation（Adv.Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201606151）

5、Angew. Chem. Int. Ed. 封面: 膠體微通道引導金納米離子自組裝

納米材料的自組裝技術是當前制備高階結構，材料以及器件的有效方法。

喬治亞理工學院Zhiqun Lin（通訊作者）的研究表明，通過浮動蒸發自組裝的方法來控制膠體懸濁液的干燥程度，從而獲得間距可調的周期裂紋（微通道），這些均勻的微通道作為模版引導金納米粒子的自組裝，這樣得到的膠體納米顆粒薄膜中的裂紋可以有效的為研究者所用。這種方法簡單易操作，在光學、電子、光電子學等眾多領域具有應用價值。

文獻鏈接：Harnessing Colloidal Crack Formation by Flow-Enabled Self-Assembly (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201700457)?

6、Angew. Chem. Int. Ed. 封面: 金電極/水界面研究疏水性

水相中的電化學反應機理的定量描述需要電極/水局部水結構的實驗表征，然而這一項工作難以實現。

德國馬普學會弗里茨哈伯研究所的Yujin Tong（通訊作者）和R. Kramer Campen（通訊作者）在薄膜電化學電池中利用界面特定振動光譜分析具有羥基基團的界面水亞群的潛在依賴結構，研究表明，在分子水平擴展的疏水界面可觀察到這樣的自由羥基基團，該基團在任何電位下與金工作電極表面之間的相互作用力十分微弱，且在金電極氧化時這些基團就會消失。

文獻鏈接：Hydrophobic Water Probed Experimentally at the Gold Electrode/Aqueous Interface (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201612183)

7、Energy Environ. Sci. 封面: 高轉換效率的有機薄膜太陽能電池

有機本體異質結太陽能電池因其光譜吸收范圍寬，可操縱二元聚合物如富勒烯器件的重組行為等特點成為國內外研究熱點之一。

埃爾朗根-紐倫堡大學的Nicola Gasparini（通訊作者）和Tayebeh Ameri（通訊作者）構建了一種新穎的有機太陽能電池。他們通過添加一種近紅外聚合物，制備了有機活性薄膜厚度為300 nm的三層有機薄膜太陽能電池，能量轉換效率高達11%。

文獻鏈接：High-performance ternary organic solar cells with thick active layer exceeding 11% efficiency (Energy Environ. Sci., 2017, DOI: 10.1039/c6ee03599)?

8、Adv. Energy Mater. 封面: 二維單層有機-無機雜化鈣鈦礦半導體太陽能電池

有機-無機雜化鈣鈦礦材料由于其低廉的制造成本和其在光伏（PV）和光電（OE）器件中優異的性能，在科學界和工業界引起了相當大的興趣。

內布納斯加大學林肯分校Xiaocheng Zeng（通訊作者）等利用用第一性原理對單層雜化鈣鈦礦半導體進行了一系列理論研究。他們研究了二維單層有機-金屬-碘(I)雜化鈣鈦礦BA2MI4 (M：鉛Pb, 錫Sn, 鍺Ge)的電子/激子性質，并估算了這類材料中的電子空穴對的結合能和作用半徑。研究表明，這種半導體的帶隙在1.5-2.0 eV區間內，帶隙相比于BA2PbBr4更加適中，載流子有效質量也大幅減小，載流子遷移率預計也將相應提高。該電池不僅具有在光電子和光伏應用領域具有理想的電子特性，還能夠通過有效封裝或與其他二維材料不均勻的堆積實現改進其穩定性和功能。

文獻鏈接：Solar Cells: Two-Dimensional Single-Layer Organic–Inorganic Hybrid Perovskite Semiconductors (Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201601731)

9、Small封面: 殼核型高性能Co₉S₈/MoS₂鈉/鋰離子電池電極材料