杨培东、Snaith、Kanatzidis、杨勇、张先正、陈义旺等成果速递丨顶刊日报20190710

纳米人

2019-07-10

1. Nature Methods：深度学习在荧光图像重建中的应用、前景误区

在荧光显微成像中，深度学习正成为一种越来越重要的图像重建工具。有鉴于此，Loic A. Royer等人回顾了目前最先进的应用，如图像恢复和超分辨率成像，并深入讨论了如何将最新的深度学习研究应用于其他图像重建工作。尽管取得了成功，但深度学习也给我们带来了巨大的挑战，同时存在着一定的局限性。作者还讨论了其他关键问题，包括如何获得训练数据，发现未知结构是否可能，以及推断未经证实的图像细节的难度。

Chinmay Belthangady & Loic A. Royer.Applications, promises, and pitfalls of deep learning for fluorescence imagereconstruction. Nature Methods. 2019

DOI: 10.1038/s41592-019-0458-z

https://www.nature.com/articles/s41592-019-0458-z

2. Nature Catal.：利用镍催化作用和单电子/三重态能量转移合成立体烯烃

不饱和碳-碳键是许多有机分子中最常见且较重要的结构单元之一，促进了有机物功能化高效、实用策略的不断发展。有鉴于此，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学Magnus Rueping以及Luigi Cavallo等人报道了在温和条件下，在光氧化还原/镍双重催化下的三组分交叉偶联反应，通过一锅法对炔烃进行双官能化，得到一系列重要的三取代烯烃。值得注意的是，与传统的基于底物的空间位阻来控制反应选择性的方法不同，三取代烯烃的E-异构体和z -异构体都可以通过选择具有合适三重态能量的光催化剂来获得。除了这种转化带来的直接实用性，这种新开发的方法可能会促进通过光氧化还原和过渡金属双重催化多组分反应，实现碳碳多键的多种重要的一锅法功能化。

Chen Zhu, Huifeng Yue, Bholanath Maity,Iuliana Atodiresei, Luigi Cavallo & Magnus Rueping. A multicomponentsynthesis of stereodefined olefins via nickel catalysis and singleelectron/triplet energy transfer. Nature Catalysis. 2019

DOI: 10.1038/s41929-019-0311-x

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0311-x

3. Nature Commun.：原子显微镜方法研究MXene与二氧化硅之间的范德瓦尔斯相互作用

MXene在2011年第一次被Yury Gogotsi课题组报道。它是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，是目前最具潜力的纳米材料。通过HF酸刻蚀的方法，目前已有将近30种具有不同原子结构的MXene被合成。MXene具有高导电率，高强度和良好的亲水性能等优点，在锂离子电池，超级电容器等领域中具有广泛的应用前景。理解MXene与其他材料的范德瓦尔斯（vdW）相互作用对于MXene在实际应用中的组装过程具有至关重。目前还未出现相关方面的实验研究。

有鉴于此，美国密苏里科技大学吴承霖教授课题组和Vadym Mochalin教授课题组使用表面覆盖二氧化硅的探针，通过原子力显微镜实验探究了最为常见的两种MXene（Ti₃C₂T_x和Ti₂CT_x）与二氧化硅，石墨烯与二氧化硅，以及二氧化硅与二氧化硅之间的vdW相互作用力，并且在考虑表面粗糙度的条件下得到粘附能。

结果表明，MXene与二氧化硅之间的粘附能与石墨烯与二氧化硅之间的粘附能，以及二氧化硅与二氧化硅之间的粘附能在一个数量级上。Ti₃C₂T_x与二氧化硅的粘附能（0.90±0.03 J m^-2）要大于Ti₂CT_x的0.40±0.02 J m^-2，这是由于单层Ti₃C₂T_x的原子结构厚度要大于单层Ti₂CT_x的原子结构厚度。对比单层与多层的MXene与二氧化硅的粘附能发现，粘附能没有随着层数的增加而发生变化。然而，一层石墨烯的粘附能（0.58±0.02 J m^-2）要小于两层（1.36±0.02 J m^-2）和三层石墨烯的粘附能（1.33±0.03 J m^-2）。这是由于MXene的层间距是石墨烯层间距的两倍。此外，在6%到24%的湿度范围内，MXene与二氧化硅之间的粘附能不会受到湿度变化的影响。但是，MXene的氧化过程会减少粘附能。

Dr. Gogotsi 对本文是这样评价的：发现二氧化硅与MXene之间的粘附能与二氧化硅与单层石墨烯之间的粘附能在同一个数量级上是十分重要的，因为这说明MXene会比石墨烯有更大的应用前景。

Yanxiao Li, Shuohan Huang, Congjie Wei,Chenglin Wu, Vadym N. Mochalin, Adhesion of two-dimensional titanium carbides (MXenes) and graphene to silicon, Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-10982-8

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10982-8

4. Chem. Rev.：纳米线的光子学

全光子集成电路是超越摩尔定律限制的未来系统的有前途的平台。在过去的几十年中，一维（1D）纳米线因其独特的一维结构可有效地产生和严格限制光学信号以及易于调节的光学特性在光子电路中表现出巨大的潜力。近日， 加州大学伯克利分校杨培东研究团队基于光学特性（即半导体，金属和电介质纳米线）对纳米线进行分类，以用于其潜在的光子应用（作为光发射器或等离子体和光子波导）。研究人员进一步讨论了最近基于纳米线的光子元件集成到下一代光学信息处理器方面的进展。然而，在将纳米线用作光子构建块之前仍然存在若干挑战。该综述提供了科学和技术的挑战，并展望了未来的方向。

Quan, L. N. Yang, P. et . Nanowires for Photonics, Chem. Rev., 2019.

DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00240

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.chemrev.9b00240

5. Chem. Soc. Rev.：具有高生物相容性的离子液体的基本行为和应用

具有高生物相容性的离子液体(Bio-ILs)是一种生态友好型离子液体，其在电化学和生物医学领域有着广泛的应用。目前，合成Bio-ILS的最佳策略是利用生物可再生资源的分子作为阴离子和阳离子的部分来构建Bio-ILs结构。人们对于Bio- ILs的性质以及它们对环境和健康安全的影响也已经进行了一定的研究。ICVS/3B’s – PT政府联合实验室JoanaM. Gomes博士和SimoneS. Silva博士合作综述了生物Bio- ILs的合成策略以及它们的生态毒理学和生物学效应；对这些Bio- ILs在不同应用领域中的应用进行了讨论；最后对这一领域的技术开发和改进提出了一些新的见解。

Joana M. Gomes, Simone S. Silva. et al.Biocompatible ionic liquids: fundamental behaviours and applications. Chemical Society Reviews. 2019

DOI: 10.1039/C9NH00291J

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/nh/c9nh00291j#!divAbstract

6. ACS Nano：墨鱼墨汁纳米粒子可通过免疫-光热协同治疗抑制肿瘤生长

天然纳米粒子因其性质多样、易获取等特点而得到广泛的研究。武汉大学张先正教授团队和武汉大学人民医院周庞虎博士团队合作，对从墨鱼的墨汁中提取的，具有显著抗肿瘤作用的纳米颗粒CINPs进行了系统研究。

CINPs形态呈球形，分散性好，生物相容性高，富含黑色素并含有多种氨基酸和单糖。CINPs可通过活化丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路有效地将肿瘤相关巨噬细胞(TAMs)从免疫抑制的M2表型转变为抗肿瘤的M1表型。此外，在近红外(NIR)照射下，CINPs也具有较高的光热效应和杀伤肿瘤细胞的能力，可作为一种出色的肿瘤光热治疗(PTT)药物。在体内，CINPs可以增加M1巨噬细胞的比例并促进细胞毒性T淋巴细胞(CTLs)向肿瘤的富集，从而降低原发肿瘤的生长和进一步的肺转移。通过光热效应和诱导肿瘤特异性抗原释放，CINPs可高效抑制肿瘤生长并产生活跃的免疫反应，因此在肿瘤治疗中具有广阔的应用前景。

Rong-Hui Deng, Pang-Hu Zhou, Xian-Zheng Zhang.et al. Nanoparticles from Cuttlefish Ink Inhibit Tumor Growth by SynergizingImmunotherapy and Photothermal Therapy. ACS Nano. 2019

DOI: 10.1021/acsnano.9b02993

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b02993

7. ACS Energy Lett.：1D/3D结构，助力高效稳定钙钛矿电池

西安交通大学杨冠军和美国西北大学 Mercouri G.Kanatzidis团队通过使用宽带隙1D碘化铅钙钛矿结构的外延层来解决稳定性的问题。基于短的有机阳离子即噻唑铵（TA），形成的1D覆盖层用于钝化三维（3D）钙钛矿薄膜，促进电荷传输，改善载流子寿命，并防止3D（MA，FA）PbI₃薄膜的碘离子迁移。相比基于3D的器件，1D-3D器件实现了较高的效率和更好的环境稳定性，获得了18.97％的效率，同时在环境条件下在空气中两个月，保持92％的初始效率。结果表明，利用1D钙钛矿可以有效地改善3D钙钛矿太阳能电池器件性能。

Gao, L. et al. Improved EnvironmentalStability and Solar Cell Efficiency of (MA,FA)PbI₃ Perovskite Usinga Wide Bandgap 1D Thiazolium Lead Iodide Capping Layer Strategy. ACS EnergyLetters, 2019

Doi:10.1021/acsenergylett.9b00930.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b00930

8. AFM：克服钙钛矿与氧化锌界面的不稳定

钙钛矿太阳能电池在金属氧化物n型层（包括SnO₂和TiO₂）上实现了最高的功率转换效率。尽管ZnO具有优异的光电性能，例如改善的透射率，更高的导电性，以及与甲基铵（MA）PbI₃更紧密的导带对准，但由于与金属卤化物钙钛矿接触时的化学不稳定性，ZnO很大程度上被忽视了钙钛矿的快速分解。虽然表面钝化技术在一定程度上缓解了这种不稳定性，但尚未研究所有金属卤化物钙钛矿是否表现出与ZnO的这种不稳定性。

近日，牛津大学Henry J. Snaith研究团队通过用甲脒（FA）和铯（Cs）取代MA，钙钛矿-ZnO界面的稳定性大大提高，实现了21.1％的扫描功率转换效率和18％的稳态功率输出。这项工作表明ZnO与SnO₂一样是可行的n型电荷提取层，只要避免MA阳离子，就有许多可预见的优点。

Schutt, K. Snaith, H. J. et al. OvercomingZinc Oxide Interface Instability with a Methylammonium-Free Perovskite forHigh-Performance Solar Cells. AFM 2019.

DOI:10.1002/adfm.201900466

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adfm.201900466

9. AFM：19.31％效率！防水EVA用于柔性钙钛矿电池及模组

钙钛矿太阳能电池（PVSC）是用于实现具有突出的功率转换效率（PCE）和低成本特性的电源的有前景的光伏技术。然而，只有在开发出极其稳定的器件结构时才能使非凡的光伏性能最大化。南昌大学陈义旺和Licheng Tan等人引入了一种新型的EVA界面层，以制造具有优异防水性和柔韧性的高效稳定的PVSC。这种策略可以有效地钝化钙钛矿表面、降低缺陷密度、并平衡电荷转移。基于此，0.1 cm²器件的最高效率为19.31％，25 cm²模组为11.73％。EVA阻止了水分渗透，提高器件的防水性，从而有助于改善PVSC的稳定性。经EVA处理的P柔性器件（0.1 cm²）的效率为15.12％，柔性模组（25 cm²）的效率为8.95％，并且在5000次弯曲循环后，仍保留超过85％初始效率。

Huang, Z., Hu, X., Liu, C., Meng, X., Huang,Z., Yang, J., Duan, X., Long, J., Zhao, Z., Tan, L., Song, Y., Chen, Y., Water‐Resistant and Flexible Perovskite Solar Cells via a Glued Interfacial Layer. Adv. Funct. Mater. 2019, 1902629.

https://doi.org/10.1002/adfm.201902629

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201902629 

10. Nano Energy：稳定的固态电解质薄膜助力高性能锂离子电池

高比能锂离子电池的研究、发展与应用受到多种问题的困扰，尤其是电池容量在高电压和极端温度下的持续衰减。在本工作中，厦门大学杨勇教授团队采用新型三丙炔磷酸酯添加剂（TPP）在正负两极上的还原聚合和氧化聚合同时形成稳定的固态电解质薄膜而成功地提升了NCM532/石墨软包电池的电化学性能。研究结果表明1%TPP的添加不仅能够将软包电池的首周库伦效率提升4.4%，同时还能够显著改善电池在25℃和55℃下的循环稳定性。电池在高温下循环性能的改善归因于TPP能够捕捉电解液中的酸性腐蚀物种，同时能够在电极表面构筑稳定的固态电解质界面。这两种效应能够有效抑制电解液中EMC溶剂的分解，减少正极材料中金属离子的溶出并消除电极材料颗粒中的裂缝。

Weimin Zhao, Yong Yang et al, Toward a durablesolid electrolyte film on the electrodes for Li-ion batteries with highperformance, Nano Energy, 2019

DOI：10.1016/j.nanoen.2019.06.011

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519305154?dgcid=rss_sd_all#!