纳米材料前沿研究成果精选汇总二
1、ACS Nano: 化学气相沉积法制备大面积单晶六方氮化硼
六方氮化硼(h-BN)是一种与石墨烯具有相似晶格结构的层状材料，这些层由蜂窝状排列的硼原子和氮原子交替组成，硼和氮之间牢固的键合使其成为宽带隙的材料。然而，在实际生产过程中，大多数方法不可避免地产生大量小h-BN域，导致边界缺陷密度增加，器件均匀性差。近日，美国康奈尔大学的Michael G. Spencer (通讯作者)等人报道了制备六方氮化硼的新方法。作者通过低压化学气相沉积技术，在多晶铜上制备单层的、双层的和三层的单晶六方氮化硼。单层h-BN的横向尺寸为300μm，双层和三层h-BN的横向尺寸分别为60μm和40μm，比典型的h-BN多层结构大出两个数量级。
文献链接：Chemical Vapor Deposition Growth of Large Single-Crystal Mono-, Bi-, Tri-Layer Hexagonal Boron Nitride and Their Interlayer Stacking (ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04841）
2、Nature Communications: 碳纳米管激子绝缘体
在半导体中，如果一个电子从满的价带激发到空的导带上去，则在价带内产生一个空穴，而在导带内产生一个电子，从而形成一个电子-空穴对。空穴带正电，电子带负电，它们之间的库仑互相吸引作用在一定的条件下会使它们在空间上束缚在一起，这样形成的复合体称为激子。碳纳米管为低能量电子的石墨烯圆柱体，由于无效的介电屏蔽和一维性导致的增强相互作用，显示出强烈的激子效应。近日，来自意大利CNR-NANO的Massimo Rontani(通讯作者)等人通过对零带隙碳纳米管的多体扰动理论以及量子蒙特卡罗的第一原理计算，发现了激子绝缘体。激子可顺序调节两个碳原子晶格之间的电荷，其尺度与管半径的倒数成比例，同时依赖于轴向磁场。
文献链接：Carbon nanotubes as excitonic insulator (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01660-8）
3、Nature Communications: 双层MoS2的应变-剪切耦合
过渡金属二硫化合物层状材料由于面内和面外原子间相互作用强度的差异而具有各向异性的力学性能，机械扰动对其层内或层间相互作用的影响已被众多学者所研究，然而层与层之间的相互关系却很少提及。近日，来自韩国西江大学的Hyeonsik Cheong和韩国高等研究院的Young-Woo Son(共同通讯作者)等人提出了层状材料在面内单向应变和层间剪切之间具有不可避免的耦合效应。作者通过测量应变下双层MoS2剪切模式的拉曼位移确认这个效应。此外，作者还获得一个未探索的非对角线弹性常数，表明拉曼光谱可以确定几乎所有层状材料的力学常数。
文献链接: Strain-shear coupling in bilayer MoS2 (Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01487-3）
4、Nano Lett.：卤化铅纳米线的自催化气液固生长及其杂化钙钛矿结构转变
铅卤化物钙钛矿(LHPs)在光电器件、光电探测器、发光二极管和激光器中具有良好的应用前景。通过气相法可以精确地控制LHP纳米线(NW)的结晶度、相组成和形态。近日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校的James F. Cahoon(通讯作者)等人报道了卤化铅纳米线的自催化气液固生长和LHP转变。作者提出了PbX2 纳米线(NW)的生长动力学模型，通过Pb和X的气相结合，液态Pb催化剂与卤素X过饱和，从而诱导NW生长。研究结果表明，NWs表现出高效的光学天线效应，散射效率和吸收效率显著提高，达到了同厚度薄膜的两倍以上。
文献链接：Self-Catalyzed Vapor–Liquid–Solid Growth of Lead Halide Nanowires and Conversion to Hybrid Perovskites (Nano Lett., 2017, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03514）
5、J. Am. Chem. Soc.：CdSe/CdS核壳结构纳米晶体的制备及其光致发光特性
量子点(QDs)尺寸的胶体半导体纳米晶作为重要的发光材料得到了迅速发展。特别是在显示领域，色纯度高、发光效率高、稳定性好和良好的溶液可加工性使得量子点成为最理想的发射器。然而，目前科学家们对量子点激发态的综合控制还处于初步的理解和研究阶段。近日，浙江大学彭笑刚教授(通讯作者)等人报道了CdSe/CdS核壳结构量子点的制备及其光致发光特性的最新研究结果。研究人员以CdSe/CdS核壳结构QDs为模型，系统研究了壳外延、配体交换、形态转变等对CdSe/CdS核壳结构纳米晶的光物理和光化学性质的影响，建立了合成具有目标性质的QDs的技术路线。
文献链接：Ideal CdSe/CdS Core/Shell Nanocrystals Enabled by Entropic Ligands and Their Core Size-, Shell Thickness-, and Ligand-Dependent Photoluminescence Properties (J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b07434）
6、Angew. Chem. Int. Ed.：层层自组装制备导电MOF纳米膜在室温化学电阻传感器上的应用
电子导电金属有机骨架(EC-MOFs)是一种新兴的多孔导电材料，在场效应晶体管(FET)、超级电容器、热电器件、氧还原反应电催化剂和化学气体传感器等方面有着广泛的应用。然而，高质量EC-MOFs纳米膜的缺乏严重限制了其在高性能器件中的应用。近日，福建物质结构研究所徐刚研究员(通讯作者)等人报道了制备EC-MOFs纳米膜的新方法。作者通过喷涂逐层液相外延法制备EC-MOF的可控薄膜，薄膜不仅能精确制备，而且表面光滑、结晶性好、取向度高，在气体传感器等方面具有很大的应用潜力。
文献链接：Layer-by-Layer Assembled Conductive Metal–Organic Framework Nanofilms for Room-Temperature Chemiresistive Sensing (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201709558）
7、Adv. Funct. Mater.：具有光致电化学活性和环境稳定的CsPbBr3/TiO2核壳结构纳米晶
钙钛矿纳米晶(NCs)差的稳定性是阻碍其广泛应用的重要因素。近日，来自美国雪城大学的Weiwei Zheng (通讯作者)等人报道了具有优异环境稳定性的CsPbBr3/TiO2核壳结构钙钛矿纳米晶体及其光致电化学活性。研究人员首先采用TiO2前驱体对胶体CsPbBr3 NC进行包覆，然后在300℃下煅烧得到TiO2壳包覆的CsPbBr3核壳结构。这些近单分散的CsPbBr3/TiO2核壳结构纳米晶具有十分优异的水稳定性，其尺寸、结构、形态和光学性质可保持3个月以上不变化，是迄今为止水稳定性最好的无机壳钝化的钙钛矿纳米晶。另外，TiO2壳能够抑制阴离子交换和光降解，大大提高了CsPbBr3核的化学稳定性和光稳定性；而且，光致发光(PL)和(光致)电化学表征显示导电的TiO2壳能够提高电荷分离效率，从而提升其水中的光电活性。该研究为水相钙钛矿型纳米晶在光电和光催化等领域的应用提供了新思路。
文献链接：Photoelectrochemically Active and Environmentally Stable CsPbBr3/TiO2 Core/Shell Nanocrystals (Adv. Funct. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201704288）
8、ACS Nano：石墨型氮触发碳量子点的红色荧光
碳量子点(CDs)是一种稳定的和高度生物相容的荧光材料，在细胞标记、光学成像、LED和光电子技术方面有着广泛的应用。近日，来自捷克帕拉茨基大学的Radek Zbořil (通讯作者)等人报道了一种具有优秀可控荧光的全色彩CD。经XPS分析表明，石墨型氮浓度的增加是导致N-CD从蓝色到红色荧光转变的关键因素。此外，作者还通过理论计算详细解释了石墨型氮在CD荧光红移中的作用。
文献链接：Graphitic Nitrogen Triggers Red Fluorescence in Carbon Dots (ACS Nano, DOI: 2017, 10.1021/acsnano.7b06399）
9、Science Advances ：一种人体辐射加热和冷却的双模式纺织材料
保持体温是人体最基本的需求之一。为了扩大环境温度范围，同时保持人体的热舒适性，通过人体红外辐射来控制衣物的加热和冷却从而实现人体的热量管理得到了科学家们的广泛关注。近日，来自斯坦福大学的崔屹教授(通讯作者)等人报道了一种特殊的纺织材料，在无任何能量的输入的情况下，能够实现被动的辐射加热和冷却双工作模式。该双模式纺织材料由双层发射体包埋在可红外透过的纳米多孔聚乙烯(nanoPE)层内构成。研究表明，发射率和nanoPE厚度的不对称特性可以形成两种不同的传热系数和加热/冷却两种工作模式。当低发射率层朝外时为加热状态；当高发射率层朝外时，将通过织物内部磨损实现冷却。
文献链接：A dual-mode textile for human body radiative heating and cooling (Science Advances, 2017, DOI:10.1126/sciadv.1700895）
10、Science Advances ：超薄Si膜的复杂去润湿花样用于构筑大规模纳米结构
去润湿是自然界中非常普遍的种现象，很多有机和无机(如液体，聚合物，金属和半导体)的薄膜都具有这种由表面张力和传质所驱动的形状不稳定性。近日，来自德国德累斯顿工业大学的Marco Salvalaglio、法国土伦大学的 Marco Abbarchi和意大利IFN-CNR的Monica Bollani(共同通讯作者)等人报道了一种利用固态去润湿现象在绝缘体上(无定型SiO2基体)制备大规模和超精细纳米结构单晶Si薄膜的方法，并对制备过程进行了相场(PF)模拟，揭示了表面扩散的重要作用，模拟结果与实验结果高度吻合。研究人员进一步将制备的Si薄膜花样用作纳米压印主体，可将复杂的纳米结构转移到金属氧化物干凝胶上，为不同材料的纳米图案化提供另一种选择。这种去润湿的操控在纳米电路、波导、超表面、微流体器件和生物医药传感等领域具有广阔的应用潜力。
文献链接：Complex dewetting scenarios of ultrathin silicon films for large-scale nanoarchitectures (Science Advances, 2017, DOI: 10.1126/sciadv.aao1472）
11.Nature Communications：光驱动超稳定纳米机械转子
纳米机械装置吸引了越来越多的跨学科研究团体的兴趣，因为它们可以用作各种物理量的高度敏感的换能器。对这些系统的精确控制有助于在物理学基础上进行实验。近日，维也纳大学的Stefan Kuhn（通讯作者）团队报道了将时钟稳定性转换为真空中光学捕获的硅纳米棒的旋转。 通过用圆偏振光周期性地驱动旋转，创建了一个纳米力学转子，其旋转频率fr和频率噪声由周期性驱动单独确定。 这种从动转子对非保守力敏感，工作频率可以调节近1012倍的线宽。 通过这种方法，频率稳定性不受材料应力，激光噪声和碰撞阻尼的影响。 被驱动的纳米旋转器可在室温下工作，并且可在从低真空到中真空的宽压力范围内工作，实现三分之一压力分辨率，原则上允许低于zepto-Nm水平的转矩灵敏度。
文献链接：Optically driven ultra-stable nanomechanical rotor （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01902-9）
12.Nature Communications：金底物相互作用在催化金亚纳米团簇中的关键作用
金在催化中的应用在过去的25年中经历了巨大的发展，主要是由于其在温和的反应条件下的高催化性能和在有机官能团转化中的高选择性。 根据金的氧化和聚集状态，已经开发了不同类型的反应。 因此，Au（0）以小尺寸纳米粒子（AuNPs）的形式用于非均相催化活化C-X键（X = C，H，卤素等），而Au（I）和Au（III）物质被广泛用作活化烯烃和炔烃的均相催化剂，金催化剂的发展使得有机合成的活性和复杂性大大提高。最近，报道了使用非常活跃的小金子亚群（Aun，n<10）。这种纳米催化剂的稳定化以防止自聚集是一个真正的挑战，已经部分地得到了解决，例如，通过固定在聚合物基质中。近日，西班牙拉里奥哈大学Gonzalo Jiménez-Osés和José M. López-de-Luzuriaga（共同通讯）团队的工作描述了通过烷基链或芳族基团附加到简单炔烃的反应性π键上的非常小的金亚纳簇（Aun，n <5）的瞬态稳定。中长链脂肪族炔烃（1-己炔和1-二十烷）和苯乙炔相对于苯乙炔的布朗斯特无酸水合的优越性能被实验证明，并在计算上进行研究。由量子力学计算和时间分辨发光实验支持的色散Au ... C-H和/或Au ...π相互作用的协作网络被认为是这种稳定的起源。
文献链接：The key role of Au-substrate interactions in catalytic gold subnanoclusters （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01675-1）
13. ACS Nano: 在铁磁稀土表面合金上取向有序纳米线的聚合
磁性底物与分子覆盖层的高反应性迄今为止抑制了更复杂的表面上反应的实现，从而剥夺了显着类别的化学定制的有机物如石墨烯纳米带，寡核自旋链和金属有机网络的这些界面。近日，西班牙CFM材料物理中心-MPC的Jens Brede（通讯作者）团队提出了一种多技术表征聚合4,4"-二溴对三联苯前体有序的聚（亚苯基）阵列顶部的双金属GdAu2表面合金。随着温度依赖性X射线光电子能谱，溴分裂的活化温度和随后的分子前体的同时偶联。通过低能电子衍射和扫描隧道显微镜进行超分子和聚合物相的结构表征，建立了延伸到中尺度的非常有序的程度。 利用高均匀性，利用角分辨光电子能谱测定了价带的电子结构。 重要的是，观察到局部分子轨道转变成高度分散的π-带（成功聚合的指纹），同时使所有表面相关的带完好无损。 此外，通过X射线吸收光谱学证明了所有相的GdAu2中的铁磁有序性。 将原位精确生长的共价键大分子原位方法转移到磁性稀土合金上，是研究和控制固有的碳基和稀土基磁性的重要一步。
文献链接：Polymerization of Well-Aligned Organic Nanowires on a Ferromagnetic Rare-Earth Surface Alloy （ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b06374）
14.JACS: N配位双金属位点的设计：用于酸性氧还原反应的稳定且活性的PtFree催化剂
目前，报道的非贵金属催化剂催化的ORR活性由于严重的浸出而在酸性介质中缓慢，表现为较大的超电位（40-400mV）和稳定性差于市售的Pt / C。为了实现商用Pt基材料的替代，中国科学技术大学吴宇恩教授和西安交通大学常春然副教授（共同通讯）团队开发了一种主客体策略，构建了一种在N掺杂多孔碳上嵌入Fe-Co双重位点的电催化剂，并展示了其在酸性电解质中氧还原反应的活性。该催化剂表现出优异的氧还原反应性能，具有与市售的Pt / C相当的起始电位（Eonset，1.06 vs 1.03V）和半波电位（E1 / 2,0.863 vs 0.858V）。燃料电池测试表明（Fe，Co）/ N-C比H2 / O2和H2 /空气中报道的大多数无Pt催化剂优异。 此外，这种具有双金属位点的阴极催化剂在长期运行中是稳定的，电极测量为50,000次循环，H2 /空气单室操作为100小时。 密度泛函理论计算揭示了双重位点有利于O-O的激活，对四电子氧还原至关重要。
文献链接：Design of N‑Coordinated Dual-Metal Sites: A Stable and Active PtFree Catalyst for Acidic Oxygen Reduction Reaction (J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI: 10.1021/jacs.7b10385）
15. Nature Communications：大量子点的非通用传输相位行为
电子波函数通过量子点在相干传输中经历相位修改。当扫描到库仑阻塞共振时，该传输阶段经历π的特征偏移。在连续的共振之间，根据量子点状态的奇偶性，理论上期望发生π的传输相位逝去或相位平稳。尽管相当多的实验努力，这个传输阶段行为仍然是一个大量子点难以捉摸。近日，法国格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的Christopher Bäuerle （通讯作者）团队提出了跨越这样一个容纳数百个电子的大量子点的传输相位测量。用一个原始的双路干涉仪沿着14个连续的共振扫描传输相位，并观察到相位失效和平台。研究证明，量子点变形通过涉及的量子点状态的奇偶校正修改改变了相位失效和高原的顺序。这一发现为全面了解量子点的传输阶段设定了里程碑
文献链接：Non-universal transmission phase behaviour of a large quantum dot （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01685-z）
16. Nature Communications：由金属有机骨架制造高负载的二氧化硅负载的钴费托催化剂
制备高负载金属纳米载体催化剂的合成方案的发展在过去几年得到了很大的关注。 由于这些关键性能参数之间有明确的相互依赖性，独立控制金属负载，纳米粒子尺寸，分布和可接近性已经被证明是具有挑战性的。 近日，德尔福特理工大学及国王阿卜杜拉科技大学的 Jorge Gascon（通讯作者）提出了一种逐步的方法，使用含钴金属有机框架作为硬模板（ZIF-67），解决了这个长期的挑战。 二氧化硅在空间的Co-金属有机框架中的缩合，然后热解并且随后煅烧这些复合物使得高负载的钴纳米复合材料（重量约50％的Co）具有约80％的氧化钴还原性和良好的颗粒分散性，在费 - 托合成中表现出高活性，C5 +选择性和稳定性。
文献链接：Manufacture of highly loaded silica-supported cobalt Fischer–Tropsch catalysts from a metal organic framework （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01910-9）
17. Nature Communications：II型Weyl半金属WP2和MoP2中的极高的磁电阻和电导率
狄拉克和外尔半金属表现出交叉的独特带结构可导致壮观电子性质：如大迁移率非常高的磁阻通过伴随。特别是，相同手性的两个紧密相邻的Weyl点通过结构失真或缺陷被保护免于湮灭，从而显着地降低它们之间的散射概率。近日，德国马克斯·普朗克固体化学物理研究所Claudia Felser和Nitesh Kumar （共同通讯）团队通过运输，角分辨光电子能谱和第一原理计算的电子性质提出了过渡金属二磷化物，WP2和MoP2，具有大量的韦尔点，属于II类Weyl半金属。WP2的单晶显示其具有极低的低温电阻率（3nΩcm），同时又在63T和2.5K时，表现出超高的各向异性的磁阻。从运输测量的WP2中可观察到电荷载流子后向散射的大量抑制。作者提出这些性质可能是由该化合物中表达的新颖的Weyl费米子引起的。
文献链接：Extremely high magnetoresistance and conductivity in the type-II Weyl semimetals WP2 and MoP2 （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01758-z）
18. Nature Communications：稀土镍酸盐中结构触发的金属 - 绝缘体转变
稀土镍化物形成了一系列相关的钙钛矿氧化物。除了LaNiO3之外，它们还表现出冷却至尖锐的金属 - 绝缘体电子相变，同时发生结构相变以及磁性相转变成反常的反铁磁自旋。由于缺乏对电子，结构和磁性之间相互作用的全面理解，因此对这些化合物的充分利用仍然受到阻碍。近日，比利时列日大学的Philippe Ghosez（通讯作者）团队提出从第一性原理计算显示镍化物的金属 - 绝缘体转变是由氧 - 呼吸变形的软化产生的，由氧 - 八面体旋转运动在结构上触发。这种罕见的触发机制的起源可以追溯到它们的电子和磁性特性。作者进一步发展到Landau模型，考虑稀土阳离子的金属 - 绝缘体转变演化，并且通过氧气旋转运动来合理调整这个转变。
文献链接：Structurally triggered metal-insulator transition in rare-earth nickelates （Nat. Commun., 2017, DOI: 10.1038/s41467-017-01811-x）
转自材料牛
