JACS/AM 9篇，北大、中科院物理所、浙大、南开、电子科大等成果速递丨顶刊日报20190816

纳米人

2019-08-16

1. Chem. Soc. Rev.: 协同添加剂介导的化学气相沉积生长及二维材料的化学改性

二维材料是近年来引起各学科广泛关注的热门课题之一。二维材料为纳米尺度和分子水平的基础科学和技术探索提供了广阔的平台，并展示了未来先进纳米光子学和电子学的各种潜在应用。化学气相沉积（CVD）技术在制备高质量、性能优异的光电二维材料方面显示出广阔的前景。然而，化学气相沉积由于其前驱体的低蒸气压，很难制备出大面积、均匀性好的连续单晶二维材料。在此之前研究人员已观察到在温和条件下向CVD工艺中添加选定的协同添加剂可形成均匀的大面积和高度结晶的单层二维材料。此外，用协同添加剂对基于二维材料的器件进行化学改性可以获得比以前报道的更好的性能。

在本文中，新南威尔士大学的Lain-Jong Li、华中科技大学的TianyouZhai以及新加坡国立大学的Andrew T. S. Wee等比较了几种典型的协同添加剂介导的二维材料化学气相沉积生长过程及其优越的性能，为这一新兴的研究领域的未来提供了一些展望和挑战。

JizhouJiang, Lain-Jong Li, Tianyou Zhai, Andrew T. S. Wee et al, Synergisticadditive-mediated CVD growth and chemical modification of 2D materials,Chem. Soc. Rev., 2019

DOI:10.1039/C9CS00348G

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2019/CS/C9CS00348G#!divAbstract

2. JACS: 在晶体中引导硼-磷键：0D的P=B=P单体氧化聚合以形成1D链

在报道了最后一种无机三元B-P化合物的20多年后，科研人员合成了含有一维B-P聚阴离子链的新化合物Na₂BP₂。硼和磷直接反应所需的高温合成方法表明不可能形成亚稳相或低温相。

爱荷华州立大学Kirill Kovnir团队将Na₃BP₂前体中的0D [BP₂]^3-阴离子单体通过氧化消除成功地缩合成独特的1D [BP2]^2-链，该链由B₂P₃环组成，通过在Na₃BP₂晶体结构中桥接P原子连接。通过原位XRD研究揭示了氧化消除反应产物的亚稳态性质。研究者预测Na₃BP₂是电子平衡半导体，通过UV-vis光谱证实确定的带隙为1.1eV。

KatherineE. WooJian, WangJustin, MarkKirill Kovnir, Directing boron-phosphorus bonds incrystalline solid: oxidative polymerization of P=B=P monomers into 1D chains,J. Am. Chem. Soc.2019

DOI:10.1021/jacs.9b06803

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b06803

3. JACS: 在阴离子层间插入阴离子：不寻常的S-Se离子键和空穴掺杂诱导的超导性

相反电荷离子的配对是化学的核心原理。即使插入阴离子的能力对于许多应用来说是理想的，但对于最外层是阴离子的许多主体材料而言仍然是个挑战。中国科学院物理研究所Xiaolong Chen和Shifeng Jin团队通过水热离子交换合成，在FeSe的Se层间嵌入氧化S和Se阴离子，从而形成了一种新化合物(Se/S)_x(NH₃)_yFe₂Se₂单晶。

其中，插入的S（或Se）和Se层之间不寻常的阴离子-阴离子键合表现出强的离子特性。通过Se层向S（或Se）插层剂的电荷转移通过Fe离子升高的氧化价态和插层化合物中的主要空穴载流子得到证实。通过嵌入S，使得在空穴掺杂的铁硫属元素化物中出现了超导性。层状FeS和NiSe进一步证明了这种化学方法的普遍性。

RuijinSun, Shifeng Jin, Lin Gu, Qinghua Zhang, Qingzhen Huang, Tianping Ying, YiranPeng, Jun Deng, Zhiping Yin, Xiaolong Chen, Intercalating Anions in-betweenTerminated Anion Layers: Unusual Ionic S-Se Bonds and Hole-doping InducedSuperconductivity in S_0.24(NH₃)_0.26Fe₂Se₂,J. Am. Chem. Soc.2019

DOI:10.1021/jacs.9b05899

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b05899

4. JACS: 2D乙酸基轻质镧系元素氟化物的形态、结构、生长机理和稳定性

发现新颖的2D材料具有根本重要性，但仍具有挑战性。天津工业大学Yuzhong Zhang、Bowen Cheng和北京大学Jing Ju团队设计了一种简单易用自下而上的方法，在室温下制造一系列新的乙酸盐基镧系氟化物纳米材料（F-Ln，Ln = La，Ce，Pr，Nd）。

表征技术证实合成后的F-Ln表现出超薄形态，厚度为1.45 nm，横向尺寸高达数百纳米。微观结构分析表明F-Ln是一系列富含缺陷的2D纳米材料，其由具有亚10 nm域的纳米晶体组成。F-Ce的结构表征表明由乙酸根阴离子插入在层间的BN样F-Ce单原子层沿[001]方向交替堆叠以形成F-Ce纳米晶体构建块。生长机理研究表明，F-Ce的形成涉及三个步骤：乙酸铈（III）的水解反应，氟离子诱导的结构转变和乙酸根阴离子引导的组装过程。所制备的纳米片在空气、热、溶剂和高能电子束等环境刺激方面表现出优异的稳定性。

LeitaoZhang, Weimin Kang, Qiang Ma, Yingfang Xie, Yunling Jia, Nanping Deng, YuzhongZhang, Jing Ju, Bowen Cheng, Two-Dimensional Acetate-Based Light LanthanideFluoride Nanomaterials (F-Ln, Ln=La, Ce, Pr and Nd): Morphology, Structure,Growth Mechanism and Stability, J. Am. Chem. Soc.2019

DOI:10.1021/jacs.9b05355

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b05355

5. JACS: 表面化学介导的非均匀异质成核动力学的纳米尺度映射

成核是许多液相合成和天然材料形成的基础，其在材料化学、地球化学、生物物理学和结构生物学中有着广泛的应用。大多数液相成核过程由于发生在固液界面的特定成核部位因而其成核是不均匀的。然而，这些成核位点的化学和形貌特征以及成核动力学在不同部位的变化仍然无法得知。

在本文中，马里兰大学的Taylor J. Woehl等利用原位液胞电子显微镜揭示了宏观均匀固液界面上异质成核动力学中的纳米尺度非均匀性。银纳米粒子在水-氮化硅界面成核的时间分辨原位电子显微镜成像显示，银纳米粒子在界面上的成核事件明显是随机的。然而，局部成核动力学的纳米图表明纳米姐界面上的成核有快有慢。有趣的是，界面域在高过饱和比下消失让位给快速的空间均匀成核动力学。

原子力显微镜和纳米颗粒标记实验发现该界面形貌平坦但化学组分不均匀，其功能组的纳米级界面域的大小与纳米成核图中观察到的相似。这些结果以及半定量成核模型表明，化学上不均匀的界面对异质成核具有不同的自由能势垒，这是观察异质成核动力学的基础。总的来说，该项研究结果介绍了一种新的成像方式—纳米成核映射，并对非均匀异质成核动力学提供了全新的见解。

MeiWang, Taylor J. Woehl et al, Nanoscale Mapping of NonuniformHeterogeneous Nucleation Kinetics Mediated by Surface Chemistry, JACS, 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b05225

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05225

6. AM：21％效率！咪唑乙酸盐酸盐助力钙钛矿太阳能电池

适当的化学连接体诱导的异质结界面处的化学相互作用对于高效率、无滞后和稳定的钙钛矿太阳能电池（PSC）是至关重要的。Nam‐Gyu Park团队通过4-咪唑乙酸盐酸盐（ImAcHCl）进行有效界面工程，其可以通过与SnO₂的酯键通过酯化反应和通过咪唑鎓阳离子与钙钛矿的静电相互作用在SnO₂和钙钛矿之间提供化学桥接。钙钛矿中的ImAcHCl和碘阴离子。

此外，ImAcHCl中的氯阴离子在提高钙钛矿薄膜结晶度的结晶度方面起作用。将ImAcHCl引入SnO₂可重新调整导带和价带的位置，减少非辐射复合，并改善载流子寿命。因此，效率分别在表面改性前后从18.60％±0.50％增加到20.22％±0.34％，这主要是由于1.084±0.012V至1.143±0.009 V的增强电压所致。通过0.1 mg mL^-1 ImAcHCl处理可获得21％的最佳效率。此外，使用ImAcHCl改性SnO₂的未封装器件显示出更好的热稳定性和水分稳定性。

MultifunctionalChemical Linker Imidazoleacetic Acid Hydrochloride for 21% Efficient and Stable Planar Perovskite Solar Cells, Adv. Mater., 2019.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902902

7. AM综述：石墨烯纤维的期望、进展和展望

石墨烯纤维（GF），是由石墨烯及其衍生物的单个单元而制成的宏观组装的纤维材料。除了传统的碳纤维，由可调节尺寸和规则取向组成的石墨烯纤维有望在智能电子纤维设备和纺织品中产生极端的机械和运输性能，以及其他多种功能。近日，浙江大学的高超研究组通过本篇综述，对石墨烯纤维的制备、形貌、结构性能相关性、柔性和可穿戴电子器件等四个方面进行了介绍。

本篇综述介绍了采用不同方法从石墨制备石墨烯纤维的原理，实验和关键技术，并重点介绍了工业上可行的主流策略——湿法纺丝法。然后，还介绍了机械和传输特性与结构之间的基本关系，包括高性能的高度压缩结构和多功能的分层结构。基于结构性能公式的石墨烯纤维的发展促进了其功能应用，特别是在电子设备应用中。最后，全文还讨论了石墨烯纤维的可能推广方法和结构功能集成应用。

BoFang, Dan Chang, Zhen Xu*, Chao Gao*, A Review on Graphene Fibers: Expectations, Advances, andProspects. Adv. Mater. 2019

DOI: 10.1002/adma.201902664 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902664

8. AM: 半透明钙钛矿太阳能电池：从材料和器件到应用

半透明太阳能电池（ST-SC）因其在许多领域的广泛应用而备受关注，例如建筑集成光伏（BIPV），串联设备和可穿戴电子设备。在过去十年中，钙钛矿太阳能电池（PSC）以其高效率和简便的制备工艺彻底改变了光伏（PV）领域。同时， 由于其大的吸收系数和带隙可调性，钙钛矿为ST-SC提供了新的机会。近日，南开大学Jingshan Luo、Xiaodan Zhang概述了ST-PSC的最新进展以及ST-PSC未来发展的观点。

Shi, B. Luo, J. Zhang, X. etal. Semitransparent Perovskite Solar Cells: From Materials and Devices toApplications. AM 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806474

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201806474

9. AM: 自下而上的界面和体缺陷钝化！高效平面钙钛矿太阳能电池

最近的钙钛矿太阳能电池（PSC）的进步已经采取了降低界面能量不匹配的策略以减轻能量损失，以及最小化界面和体积缺陷和离子空位以最大化电荷转移。电子科技大学Junsheng Yu, 宁波材料所葛子义,美国西北大学Wei Huang,  Tobin J. Marks和Antonio Facchetti等人报道了非共轭多重两性离子小分子电解质（NSEs），其不仅可以作为PSC的无电荷收集的电荷提取层，还可以通过自发的方式钝化钙钛矿体/界面上的带电缺陷，进行自下而上的钝化效应。

实现这些协同特性可提供基于NSE的平面PSC，其具有21.18％的效率，最大V_OC = 1.19 V，并具有增强的环境，热和光稳定性。这项工作表明，使用NSE改性剂的自下而上，同时界面和体积陷阱钝化是一种有前途的策略。

Simultaneous Bottom‐UpInterfacial and Bulk Defect Passivation in Highly Efficient Planar PerovskiteSolar Cells using Nonconjugated Small‐Molecule Electrolytes, Adv. Mater. 2019

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903239

10. AM：室温下，重结晶CsPbBr₃薄膜的发光行为

到目前为止，CsPbX₃的薄膜通常在低温下具有非常低的光致发光量子产率（PLQY<20％）和放大的自发发射（ASE），这是由于缺陷相关的非辐射复合在室温（RT）中占主导地位。目前认为，对于在室温下CsPbX₃的有效光发射、电荷载流子/激子需要被限制在纳米尺度上。

德国伍珀塔尔大学Thomas Riedl课题组提出了CsPbBr₃薄膜，其显示出高的PLQY为68％，并且在室温下具有低阈值ASE。CsPbBr₃薄膜通过热压印重结晶，使得薄膜更致密连续，由横向延伸的微米级大晶粒组成。并设计第一个CsPbBr₃薄膜分布反馈和垂直腔表面发射激光器，其在室温下具有超低阈值。

Room‐Temperature StimulatedEmission and Lasing in Recrystallized Cesium Lead Bromide Perovskite Thin Films, Adv. Mater., 2019.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903717

11. Nano Lett.: 有机-无机卤化物钙钛矿的晶界愈合对水分稳定性的影响

尽管基于有机 - 无机卤化物钙钛矿（OIHP）的光伏电池具有高光转换效率（PCE），但它们的低湿度稳定性阻碍了商业化。研究发现解决OIHP的晶界（GB）是主要的湿度渗透通道。近日，延世大学Jong Hyeok Park通过压力诱导结晶OIHP薄膜的控制模具几何形状实现一个GB愈合技术，以获得高的水分稳定性。

当在30℃下暴露于85％RH时，由于OIHP晶粒尺寸增大和低角度GBs，通过压力诱导结晶制备的OIHP薄膜具有增强的水分稳定性。结晶学和光学性质表明在水分稳定性方面对OIHP薄膜施加压力的效果。具有压力诱导结晶的光伏器件表现出显着稳定的性能，并且在40％RH和30℃下200小时后持续超过0.9标准化PCE。

Chun, D. H. Park, J. H. et al.  Grain Boundary Healing ofOrganic-Inorganic Halide Perovskites for Moisture Stability. Nano Lett. 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b02721

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.9b02721?rand=nki0i8qj

12. ACS Catal.：双碱性离子化学嵌入析氧橄榄石电催化剂

析氧反应（OER）是可再生原料可持续合成燃料的重要反应。近年来，用于锂离子电池的阴极材料已成功用于OER电催化剂，其中之一就是具有橄榄石结晶相的锂化过渡金属磷酸盐。LiMPO₄(M= Ni，Fe，Co)橄榄石材料显示出OER的潜在合适的过电位，其可通过脱锂进一步增强析氧反应性能。

近日，Bar-Ilan 大学David Zitoun的研究组报道了橄榄石相的合成，其中Li和Na都是碱性离子。碱性离子的组合可以使橄榄石结构稳定，具有的低碱性离子含量，可以有助于达到低OER过电位。同时还证明了双碱性离子方法用于单一过渡金属(Co)以及Co-Fe-Ni的不同组合以形成化学式Li(Na)Co(Fe，Ni)PO₄的橄榄石固溶体。这种橄榄石材料也揭示了他们的OER活性的趋势，当Li_0.6Na_0.2Ni_0.7Fe_0.1PO₄固溶体在10 mA cm^-2下显示出与RHE相比低至0.28 V的过电位，具有低至30 mV dec^-1的Tafel斜率，稳定性测试超过20小时。

YelenaGershinsky, Melina Zysler, Victor Shokhen, Yakov Stone, David Zitoun*，Dual Alkaline Ion Route to Chemical De-insertionin Oxygen Evolution Olivine Electrocatalysts. ACS Catal. 2019

DOI:10.1021/acscatal.9b02532

https://pubs-acs-org.uchile.idm.oclc.org/doi/10.1021/acscatal.9b02532