纳米材料和技术前沿科技动态
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1、ACS Nano：3D打印热调节织物

空气中冷却是人们日常生活中能量消耗的主要部分，尽管在炎热天气里我们习惯躲在阴凉的房间里获得舒适感，但是这是十分耗能和高成本的。近日，马里兰大学帕克分校胡良兵教授（通讯作者）团队展示了一种使用导热和高度均衡的氮化硼（BN）/聚（乙烯醇）（PVA）复合材料（表示为a-BN/PVA）纤维的热调节纺织品，以改善纺织品的热传递性能。a-BN / PVA复合纤维是通过快速和可扩展的3D打印方法制造的。BN纳米片（BNNSs）在纤维制造过程中可以实现均匀分散和高对位，从而实现高机械强度（355MPa）和良好的散热。

文献链接：Three-Dimensional Printed Thermal Regulation Textiles（ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b06295）

2、Advanced Functional Materials：氧化石墨烯基薄层网络增强声音吸收

噪音是一种环境污染物，对人类的心理和生理健康有很大的影响。近日，阿德莱德大学Dusan Losic（通讯作者）团队基于由格栅形三聚氰胺骨架支撑的自组装互连氧化石墨烯（GO）片材，发现了有效且强健的层状结构作为吸声器。与三聚氰胺泡沫相比，所制备的薄片结构在128-4000Hz的宽吸收带上表现出约60.3％（在较低频率下约为100％）的增强。增强的声学吸收都被确定为与结构有关而与密度无关。开孔结构中的消声是由于粘性和热损失造成的，而在波传播中主要是曲折，并且GO-基片层的表面积增大实现。

文献链接：Graphene Oxide-Based Lamella Network for Enhanced Sound Absorption（Adv.Funct.Mater.,2017,DOI:10.1002/adfm.201703820）

3、ACS Nano：鹦哥鱼牙齿的微观结构研究——坚硬的生物矿石

鹦哥鱼（鹦嘴鱼科）常常以石珊瑚为食，其牙齿的坚硬程度引起了威斯康星大学Pupa U.P.A. Gilbert和劳伦斯伯克利国家实验室Matthew A. Marcus（共同通讯）等人的注意。该团队研究了头足类鹦嘴鱼小鼻绿鹦哥鱼牙齿的化学成分，纳米和微米尺度结构以及力学性能。它的似釉质是氟磷灰石（Ca5（PO4）3F）生物矿物质，具有优异的机械特性：平均弹性模量为124GPa，咬合表面附近的平均硬度是7.3GPa，是测得的最坚硬的生物矿物质之一。平均压痕屈服强度在6GPa以上，平均断裂韧性为2.5MPa.m1/2，对于高度矿化的材料来说相对较高。

文献链接：Parrotfish Teeth: Stiff Biominerals Whose Microstructure Makes Them Tough and Abrasion-Resistant to Bite Stony Corals（ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b05044）

4、Journal of the American Chemical Society：超薄Ni/CdS纳米片催化H2生成的可见光驱动法

近日，犹他州立大学孙宇杰（通讯作者）团队制备了厚度为~1 nm CdS纳米片负载的Ni催化剂，可以在常温常压水溶液中在可见光辐照下催化糠醇，羟甲基糠醛HMF等转化为对应的醛，更重要的是，利用生物质中间体作为质子源，在可见光照射下实现同时产生H2。观察并研究了糠醛醇和HMF在水中转化为相应醛速率的显著差异，在理论计算的帮助下发现，HMF中醛基与Ni/CdS的结合亲和力稍强，导致HMF转化成2,5-二甲酰基呋喃的转化率比糠醇到糠醛的转化率低。

文献链接：Visible-Light-Driven Valorization of Biomass Intermediates Integrated with H2Production Catalyzed by Ultrathin Ni/CdS Nanosheets（JACS,2017,DOI:10.1021/jacs.7b08657）

5、Nano Letters：在不相容的过渡金属二硫族化合物同系物中的超快中间层电子转移

二维材料，如石墨烯，过渡金属二硫属元素化物和磷杂环戊二烯可用于构建范德华多层结构。近日，中国科学技术大学戚泽明副研究员、堪萨斯大学Hui Zhao（共同通讯）等人发现在两个单层MoSe2之间的电子转移发生在皮秒时间尺度上，且在WS2和WSe2的同质双链中观察到更快的转移，所用实验样品是通过手工堆叠两个剥离的单层薄片制造的。通过添加石墨烯层作为两个单层中的一个单层的快速载流子重组通道，飞秒瞬态吸收测量对光激发的载流子从填充的单层到单层的转移进行时间分辨。观察到的有效的层间载流子转移表明这种均聚物可以用于范德华多层中以增强其光吸收而不显著损害层间迁移性能。

文献链接：Ultrafast Interlayer Electron Transfer in Incommensurate Transition Metal Dichalcogenide Homobilayers（Nano.Lett.,2017,DOI:10.1021/acs.nanolett.7b02608）

6、Nature Communications：分层自纠缠碳纳米管网络

基于碳纳米材料的三维（3D）组件在机械和电特性方面仍然落后于其单个一维构件块。近日，德国基尔大学Rainer Adelung、Fabian Schütt、特伦托大学Nicola M. Pugno（共同通讯）等人展示了用于制造开孔三维自组织双层碳纳米管管状结构的简单策略。尽管单个纳米管之间不存在另外的交联，但是通过在所有三个维度上形成自缠绕的碳纳米管（CNT）网络，使用具有高拉伸性能的CNT来实现压缩和拉伸特性的高增强效果。另外，当在3D可拉伸导体中使用时，管状结构导致导电性的自增强效应，以及在低CNT浓度下的高导电性。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41467-017-01324-7（Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01324-7）

7、Nature Communications：具有可调带隙的CH3NH3PbBr3钙钛矿纳米晶的生长机理

金属卤化物钙钛矿纳米晶体是用于各种应用的有前途的材料，例如发光器件和光电检测器。近日，香港城市大学Andrey L. Rogach（通讯作者）团队展示了通过前体和配体浓度的变化在室温和升高（60℃）温度下合成的CH3NH3PbBr3纳米晶体的带隙可调性，详细讨论了两种配体，油胺和油酸在铅前体和纳米晶表面配位方面的作用。并且，通过将实验结果与成核/生长模型的原理相结合来阐明纳米晶体的生长机理。

文献链接：Growth mechanism of strongly emitting CH3NH3PbBr3 perovskite nanocrystals with a tunable bandgap（Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-00929-2）

8、Nature Communications：多功能纳米复合中空纤维膜的溶剂转移诱导相分离

近日，宾夕法尼亚大学Daeyeon Lee、Kathleen J. Stebe、罗文大学Martin F. Haase（共同通讯）等人引入了一种简单的单步法使用双连续的界面堵塞乳液来形成纳米颗粒官能化的中空纤维膜。通过溶剂转移诱导的相分离和光聚合制备的所得纳米复合材料膜具有特别高的纳米粒子负载量（高达50wt％的二氧化硅纳米粒子），并具有均匀分布在整个膜表面上致密填充的纳米粒子。这些结构明确的不对称膜促进了对膜通量和选择性的控制，能够形成刺激响应性水凝胶纳米复合膜。

文献链接：Multifunctional nanocomposite hollow fiber membranes by solvent transfer induced phase separation（Nat. Commun.,2017,DOI:10.1038/s41467-017-01409-3）

9、Science Advances：用于薄型光伏吸收体的生物弹性相分离无序纳米结构

黑蝴蝶，红纹凤蝶的翅膀被微米和纳米结构的鳞片覆盖，可以在广泛的光谱和角度范围内收获阳光。近日，加州理工学院Radwanul H. Siddique、卡尔斯鲁厄理工学院Hendrik Hölscher（共同通讯）等人分析了这些微观和纳米结构的机理，除了显微光谱实验外，还进行了精确尺度结构的三维光学模拟。在这些结果的基础上，设计了无序纳米光伏吸收体，它将有效的光输入耦合和光俘获特性结合在一起，具有较高的角稳定性。最后，受自组装生物光子纳米结构的相分离机制的启发，使用基于二元聚合物相分离的可缩放自组装图案化技术来制造这些生物吸收剂。

文献链接：Bioinspired phase-separated disordered nanostructures for thin photovoltaic absorbers（Sci.Adv.,2017,DOI:10.1126/sciadv.1700232）

10、Science Advances：石墨烯中性点附近的生物传感

在过去的十年中，石墨烯丰富的电子性质已经引起了研究者的极大兴趣，并应用于电化学和生物物质的电检测领域。然而，创造实用的石墨烯电子传感器很大程度上取决于我们理解和维持低水平电子噪声的能力，这是限制传感器分辨率的根本原因。近日，莱顿大学Wangyang Fu（通讯作者）等人研究表明，在中性点附近以双极模式操作石墨烯晶体管可显著降低石墨烯中的1/f噪声。值得注意的是，数据显示与传统石墨烯晶体管电导测量相比，该研究中的石墨烯芯片的感测响应不受损害，因此显著改善了信噪比。

11、Nature Reviews Materials综述：DNA纳米技术

图 DNA纳米技术的发展

DNA是在生物系统中储存和传递遗传信息的分子。DNA纳米技术领域将这种分子从其生物背景中取出，并利用其信息来组装结构，然后将它们连接在一起。近日，纽约大学Nadrian C. Seeman、麦吉尔大学Hanadi F. Sleiman（共同通讯）等人总结了用于组装DNA纳米结构的方法，并阐述了其在生物物理学，诊断学，纳米颗粒和蛋白质组装，生物分子结构测定，药物递送和合成生物学等领域的新兴应用。讨论了正交相互作用在DNA纳米结构中的应用，最后展望了该领域的未来发展方向。

文献链接：DNA nanotechnology（Nat.Rev.Mater.,2017,DOI:10.1038/natrevmats.2017.68）

12、Chemical Society Reviews：二维无机量子点的最新进展

二维（2D）无机基量子点的应用

二维（2D）无机基量子点（QDs）的发展尚处于起步阶段，但由于其高度的化学稳定性，良好的水分散性，优异的光学性能，良好的生物相容性和易于功能化，引起了研究者极大的关注。近日，北京大学郭少军、青岛大学许元红（共同通讯）等人的综述涵盖了几乎所有基于石墨烯，磷杂环戊二烯，硅烯，碳化物，氮化物，过渡金属二硫族化合物，过渡金属氧化物和MXenes等的2D-QDs。介绍了它们的类别，合成路线，性能，功能化和应用。在应用部分，重点介绍了生物成像，癌症治疗，荧光传感和光电子方面的进展。

文献链接：Recent progress in two-dimensional inorganic quantum dots （Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00500H）

13、Chemical Society Reviews综述：MOFs中的磁性功能：从框架到孔隙

图 磁性MOFs的示意图

金属有机框架（MOFs）也被称为多孔配位聚合物（PCPs），在约30年前兴起，作为革命性材料应用于社会和工业各个领域，如储存燃料（氢气和甲烷），捕获气体 （如温室气体），分离，药物输送和催化等等。所有这些由无机亚单元（金属中心，簇，链......）和有机连接体（羧酸盐，膦酸盐，偶氮酸盐等）组装而成的框架的共同特性是其永久孔隙率。近日，巴伦西亚大学Guillermo Mínguez Espallargas、Eugenio Coronado（共同通讯）等人展示了迄今为止开发的不同方法来制备具有电子功能的金属-有机框架（MOFs），特别是在磁性方面的研究。文章介绍了不同磁性现象所必需框架的化学设计，以及功能性物质在其孔隙中的封装，实现了具有一个分子晶格的扩展晶格的混合多功能MOFs。

文献链接：Magnetic functionalities in MOFs: from the framework to the pore（Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00653E）

14、Chemical Society Reviews综述：在纳米器件和范德华异质结构组装中的最新进展

图 确定性放置方法图解

由于最近开发的用于传输二维（2D）材料的确定性放置方法，异质结构现在可以实现高精度逐层组装。此外，这些确定性的放置方法也为制造复杂器件打开了大门，否则通过传统的自下而上的纳米加工方法将难以实现，更别说制造具有精致电子特性的完全封装器件。近日，西班牙马德里纳米科学与技术高等研究院Riccardo Frisenda、马德里材料科学研究所Andres Castellanos-Gomez（共同通讯）等人回顾了确定性放置方法的现状，描述和比较了文献中可用的不同替代方法，说明了它们制造范德华异质结构，将2D材料集成到复杂装置中，并制造人造双层结构的潜力。

文献链接：Recent progress in the assembly of nanodevices and van der Waals heterostructures by deterministic placement of 2D materials （Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00556C）

15、Chemical Society Reviews综述：金属有机框架膜用于液体分离

图 金属有机框架膜用于液体分离的流程图

金属-有机框架（MOFs）代表了一类迷人的固体结晶材料，可以通过金属离子或簇与有机配体的配位以简单的方式自组装。近日，南京理工大学李健生、鲁汶大学Bart Van der Bruggen（通讯作者）等人重点介绍了MOF基膜在液体分离领域的应用。给出了制造MOF基薄膜时合理选择MOFs的标准。 文章特别介绍了MOF膜的合理设计策略，以及渗透汽化，水处理，有机溶剂纳滤等液体分离领域的最新应用进展。此外，还讨论了一些有吸引力的MOF基膜的双功能在去除微污染物，降解和抗菌活性方面的应用。最后，文章阐明了在这个领域的挑战和未来的机会。

文献链接：Metal–organic frameworks based membranes for liquid separation （Chem.Soc.Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00575J）

16、Chemical Reviews综述：金属表面的O2活性对非均相催化剂结合和反应性的影响

图 催化反应微观结构示意图

O2在金属表面的活化是非均相催化和材料氧化的关键过程。近日，哈佛大学Cynthia M. Friend（通讯作者）团队讨论了过渡金属表面O2活化的趋势，并从电子结构和几何形状两个方面描述了各种O2吸附态。还讨论了O2分解的机理和动力学，包括自旋转变的重要性，在催化的背景下对O2和O对反应物分子的反应性也进行了简要讨论。表面对O2的反应性通常与O的吸附强度，氧化倾向和氧化物形成热有关。周期性可以通过与d带的吸引和排斥相互作用来调节，使得惰性金属倾向于具有低能量的全d带，并且与吸附态具有大的空间重叠。

文献链接：O2Activation by Metal Surfaces: Implications for Bonding and Reactivity on Heterogeneous Catalysts（Chem. Rev.,2017,DOI:10.1021/acs.chemrev.7b00217）

17、Accounts of Chemical Research综述：锂-硫电池中的液体或无机固体电解质的电极-电解质界面

图 电极-电解质界面微观解析

电极-电解质界面性质在锂-硫（Li-S）电池的循环性能中起关键作用。近日，德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram（通讯作者）团队首先总结了在常规液体电解质Li-S电池中的锂金属阳极和硫阴极上形成的固体电解质界面（SEI）的最新技术贡献以及近期提出的一些提高SEI稳定性的策略。同时，文章介绍了固体Li+导电电解质已经尝试用于开发Li-S电池以消除多硫化物穿梭问题。作者阐明除了固态电解质的低离子电导率之外，关键问题在于电极和固体电解质之间较差的界面性质。文章还对“全固态锂硫电池”和“混合电解质锂硫电池”两种电极和固体电解质界面的进展进行了综述。

18、Nature：利用钙钛矿实现低剂量X射线成像

三星尖端技术研究所In Taek Han和韩国成均馆大学Nam-Gyu Park（共同通讯）等人报道了全溶液处理（与传统真空处理相反）的合成路线，以生产可印刷式的多晶钙钛矿，其具有与单晶相似的形貌和光电性质。在100千伏的辐射源照射下实现11μC mGyair−1 cm−2的高灵敏度，其比目前使用的非晶硒或铊掺杂的碘化铯检测器所达到的灵敏度至少高一个数量级。在传统的薄膜晶体管衬底中，通过嵌入830微米厚的钙钛矿膜和另外两个聚合物/钙钛矿复合材料的中间层实现了X射线成像，复合材料在钙钛矿膜和控制暗电流及电荷载流子传输的电极之间提供保形接口。这种基于全溶液的钙钛矿检测器可以实现低剂量X射线成像，并且还可以用于光电导装置实现放射成像，感测和能量收集。

文献链接：Printable organometallic perovskite enables large-area, low-dose X-ray imaging（Nature，2017，DOI:10.1038/nature24032）

19、中科院应用物理所Nature：氧化石墨烯膜通过阳离子控制层间距实现离子筛分

中国科学院上海应用物理研究所方海平、Jingye Li、上海大学吴明红团队、南京工业大学金万勤团队（共同通讯）等人使用K+，Na+，Ca2+，Li+或Mg2+离子显示了利用阳离子控制层间距精确订装氧化石墨烯膜，表现出优异的离子筛分和海水淡化性能。此外，由一种类型阳离子控制的膜间距可以有效地选择性地排除具有较大水合体积的其它阳离子。第一性原理计算和紫外吸收光谱表明，最稳定的阳离子吸附位置是氧化物基团和芳环共存的地方。密度泛函理论计算表明，与Na+相比，其他阳离子应该具有比石墨烯片更强的阳离子-π相互作用。

文献链接：Ion sieving in graphene oxide membranes via cationic control of interlayer spacing（Nature，2017，DOI:doi:10.1038/nature24044）

20、张翔Nature：静电掺杂驱动单层MoTe2结构相变

加州大学伯克利分校张翔教授（通讯作者）团队报道了单层二碲化钼（MoTe2）由静电掺杂驱动六方晶相和单斜相之间的相变实验演示。实验发现相变出现拉曼光谱中的滞后环，并且可以通过增加或减小栅极电压来反转。结合二次谐波光谱与偏振拉曼光谱分析发现，相变后的单斜晶相保留了原始六方晶相的晶体取向。此外，更重要的是，整个实验样品均产生了结构相变。该研究成果使得理论在实验中得到证实，由静电掺杂驱动的结构相变为开发基于原子薄膜的相变器件开辟了新的可能性。

文献链接：Structural phase transition in monolayer MoTe2driven by electrostatic doping（Nature，2017，DOI:10.1038/nature24043）

21、金属所卢磊Nature：与疲劳历史无关的纳米孪晶金属循环响应

中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢磊研究员研究组和美国布朗大学高华健教授（共同通讯）等人通过在低于金属拉伸强度的应力幅值下的原子模拟和拉-压变幅应变控制疲劳实验，报道了含有高度取向的纳米孪晶块体纯铜样品中与疲劳历史无关的稳定循环响应。实验证明这种不寻常的循环行为是由相邻的“项链”位错引起的，这种错位由孪晶中多个短的位错构成，如项链的连接。这种位错在循环载荷作用下在高度取向的纳米孪晶结构中形成，并且有助于保持双边界的稳定性和可逆损伤，条件是纳米孪晶在加载轴线的约15度内倾斜。这种循环变形机制与单晶，粗粒，超细晶粒和纳米金属晶粒中不可逆显微结构损伤相关的常规变形机制是截然不同的。

文献链接：History-independent cyclic response of nanotwinned metals（Nature，2017，DOI:10.1038/nature24266 ）

22、Nature：长效持续发光的有机材料

九州大学Ryota Kabe和Chihaya Adachi（共同通讯作者）报道了一种有机长余辉发光（OLPL）材料，这种材料仅由两种简单有机分子组成，没有稀有元素也很容易制备。早先的OLPL材料是基于光致电离，因此需要高的激发强度，还要在低温环境。而此研究报道的OLPL可被标准白色LED光源激发，在高于100℃也能长时发光，且该OLPL系统透明、可溶，有望用于柔性涂料、生物标记以及有机半导体等领域。

文献链接：Organic long persistent luminescence（Nature，2017，Doi:10.1038/nature24010）

23、Nature: 原位XRD检测冲击波驱动的孪晶和晶格动力学特性

美国劳伦斯利物莫国家实验室C. E. Wehrenberg（通讯作者）等人利用原位XRD测试手段对材料的动力学特性进行更深层次的分析，研究了材料的竞争变形机制，在晶格水平上揭示了由冲击波驱动的微结构变形过程。压力冲击波会造成固体材料变形，在晶格层面这种塑性变形的机制是孪晶和滑移变形。研究发现，孪晶和相关的晶格旋转仅在几十皮秒发生。此外，在高压下，可塑性从孪晶主导转变到位错滑移主导。该技术可用于研究冲击波驱动的其他应变机制。