纳米人|前沿科技顶刊日报 20180731

纳米人

2018-07-31

1. Nat. Commun.: 机械不匹配驱动的碳涂层硅片波纹用于抗压弹性电池负极

高理论容量和低工作电位使硅成为锂离子电池的理想负极材料，但锂化/脱锂时硅的大体积变化严重影响电化学性能。J. Ryu等人利用硅的大变形并确保涂有薄碳层硅纳米片材料的结构稳定性。通过原位TEM观察和化学机械模拟证明，在电化学循环期间，碳涂覆的硅纳米片表现出独特的变形图案，在锂化时在厚度方向上容纳变形，同时在脱锂时形成波纹。波纹形成提供了用于释放循环引起应力的独特机制。这项工作展示了用于设计高容量电极材料如何利用大体积变化的一般原则。

Ryu J, Chen T, Bok T, et al. Mechanical mismatch-driven rippling in carbon-coated silicon sheets for stress-resilient battery anodes[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-05398-9 

https://www.nature.com/articles/s41467-018-05398-9

2. Nat. Commun.：Ag₃₇₄纳米团簇的实空间和模板识别

纳米粒子表面的高分辨率实空间成像对于更好地理解表面组成和形态，表面的分子相互作用是非常有帮助的。然而，由于纳米颗粒表面高度弯曲和对单层化合物的理解不足，实现分子或亚分子分辨率是极具挑战性的。郑南峰课题组联合国内外学者利用低温超高真空扫描隧道显微镜首次观察到单一Ag₃₇₄纳米团簇的硫醇单层的亚分子分辨率拓扑图像。

Zhou Q, Kaappa S, Malola S, et al. Real-space imaging with pattern recognition of a ligand-protected Ag₃₇₄ nanocluster at sub-molecular resolution[J]. Nature Communications, 2018.

DOI: 10.1038/s41467-018-05372-5

https://www.nature.com/articles/s41467-018-05372-5

3. Joule：pH12下具有长寿命的碱性醌液流电池

Michael J. Aziz课题组展示了一种可以在pH值低至12的同时保持开路电压超过1 V条件下运行的长寿命水性氧化还原液流电池。将具有高度碱溶性羧酸酯端基的2,6-二羟基蒽醌（2,6-DHAQ）进行官能化，得到的负电解质材料2,6-DBEAQ在pH 为12下是2,6-DHAQ溶解性的6倍。对称电池循环显示出容量衰减率<0.01％/天，且<0.001％/循环。通过将2,6-DBEAQ与亚铁氰化钾/亚铁氰化物正电解质配对并使用非氟化膜，这种近中性液流电池显示出的容量衰减率是所有醌中最低的。

Kwabi D G, Lin K, Ji Y, et al. Alkaline Quinone Flow Battery with Long Lifetime at pH 12[J]. Joule, 2018.

DOI: 10.1016/j.joule.2018.07.005

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(18)30291-5#secsectitle0015

4. JACS：非线性光学材料的模块化探索

四面体模块是设计深紫外/紫外(UV)非线性光学(NLO)材料的最佳选择之一，但由于其不可预测的光学各向异性和二次谐波产生(SHG)响应，它们很少受到研究者的青睐。Lei, B.等人开发一种模块引导的ab initio方法用于评估四面体模块的光学各向异性。该方法的应用表明，具有特定排列的四面体模块将增强材料的光学各向异性。

 Lei B, Yang Z, Yu H, et al. A module-guided design scheme for deep- nonlinear optical materials[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018.

DOI: 10.1021/jacs.8b03057

https://doi.org/10.1021/jacs.8b03057

5. Angew.：稳定的准固态钠硫电池

由于高能量密度和低成本，Na-S电池被认为是有前景的能量存储系统。D. Zhou等人采用星形交联单体制备聚合硫正极和凝胶聚合物电解质（GPE），并设计得到稳定的准固态Na-S电池。富S共聚物电极中硫和聚合物骨架之间强化学的结合有效地将Na多硫化物限制在正极内。通过原位合成形成的功能性GPE不仅具有高离子电导率，稳定的钠负极/GPE界面，没有枝晶形成和增强的安全性，而且在共聚物基质的官能团和Na多硫化物之间提供强有力的化学相互作用，以有效地抑制穿梭效应。

Zhou D, Chen Y, Li B, et al. A Stable Quasi‐Solid‐State Sodium‐Sulfur Battery[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI: 10.1002/anie.201805008

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201805008

6. Angew.：确定Na离子电池中Na₂FePO₄F正极的结构演变

Na₂FePO₄F具有较高的放电电压和优异的循环性能，是一种很有前景的钠离子电池正极材料。厦门大学杨勇教授和剑桥大学Zigeng Liu课题组通过原位高能XRD、非原位ssNMR光谱和第一原理DFT计算确定Na₂FePO₄F的结构演变和Na离子如何脱嵌。结果显示Na₂FePO₄F正极在充电的不同状态下有一个两相反应。中间相，Na_1.5FePO₄F，空间群为P2₁ /C。另外，发现Na离子Na2位点上具有电化学活性，而Na1位点是惰性的，并保留在结构中。

Li Q, Liu Z, Zheng F, et al. Identifying the Structural Evolution of the Na‐ion Battery Na₂FePO₄F Cathode[J]. Angewandte Chemie International Edition.

DOI: 10.1002/anie.201805555

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201805555

7. AFM：具有垂直取向纳米孔的厚介孔TiO₂薄膜的逐层合成-锂电负极

Stephen E. Rankin课题组采用Pluronic F127表面活性剂的溶胶凝胶模板法合成有序介孔TiO₂薄膜，作为LIBs中的负极材料，展示出孔取向对电化学性能的影响。此外，使用EISA的逐层沉积技术得到较厚的TiO₂薄膜，在煅烧后可以实现垂直孔取向。通过GISAXS和EIS来确定连续多层薄膜的垂直孔取向和可接近性，这是一种跨多层制备可接近孔隙通道的新策略。

Nagpure S, Zhang Q, Khan M A, et al. Layer‐by‐Layer Synthesis of Thick Mesoporous TiO₂ Films with Vertically Oriented Accessible Nanopores and Their Application for Lithium‐Ion Battery Negative Electrodes[J]. Advanced Functional Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adfm.201801849

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201801849

8. AEM: 二维导电微孔配位聚合物作为超高能量密度Li-S电池正极的理论研究

Lin-Wang Wang课题组通过密度泛函理论计算，结合内部开发的电荷极化溶剂模型和遗传算法，得出二维六氨基苯配位聚合物（2D-HABCPs）可作为Li-S电池正极的候选材料。2D-HAB-CP具有高比率的过渡金属原子和双配位氮原子，优异的导电性和结构孔隙率，能够解决Li-S电池面临的三个主要挑战：限制多硫化物的溶解，促进电子传导性并缓冲锂化过程中的体积膨胀。

Gao G, Zheng F, Pan F, et al. Theoretical Investigation of 2D Conductive Microporous Coordination Polymers as Li–S Battery Cathode with Ultrahigh Energy Density[J]. Advanced Energy Materials, 2018.

DOI: 10.1002/aenm.201801823

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201801823

9. JPCL：有机阳离子对FAPbI₃钙钛矿光电性能的影响

Davies, C.等人调查FAPbI₃温度依赖性光子吸收，激子结合能和薄膜的带隙，并且与MAPbI₃相比，在β-γ相变过程中发现了显着不同的行为。 虽然MAPbI₃显示出带隙和激子结合能的突然变化，但FAPbI₃的值在100-160 K的范围内变化不大；此外，发现FAPbI₃中的电荷载流子迁移率表现出明显的T^-0.5趋势。

Davies C L, Borchert J, Xia C Q, et al. Impact of the Organic Cation on the Optoelectronic Properties of Formamidinium Lead Triiodide[J]. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2018.

DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01628

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b01628

10. JPCL：“两部法”生长片状/阵列二维钙钛矿

相比三维钙钛矿来说，二维钙钛矿对水分、氧气和光照的稳定性较强。然而，它们与典型的光刻工艺不兼容性使得制造集成器件阵列和提取基本光学和电子参数变得困难。Li, L.等人开发一个结合溶液合成和气固相插层策略来实现六角形二维钙钛矿微孔板和功能光电子阵列的制备。

Li L, Li J, Lan S, et al. Two-Step Growth of 2D Organic-Inorganic Perovskite Microplates and Arrays for Functional Optoelectronics[J]. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2018.

DOI: 10.1021/acs.jpclett.8b01861

https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.8b01861