纳米前沿顶刊日报 20181018

纳米人

2018-10-18

1. 南洋理工Nat. Commun.：Ti₂O₃/石墨烯超高响应中红外光电探测

文献中已报道的多种类型的半导体/石墨烯复合光电探测材料常常只能在可见光和近红外区有响应，且响应不高。X. Yu等人使用了一种具有较低禁带宽度的Ti₂O₃ 半导体(E_g =0.09 eV)，可以实现中红外区光电检测，其检测范围横跨10 μm，且其响应值高达300 A/W，比现有商业检测中红外光电材料响应值高2个数量级。

Yu X, Wu T,Wang Q, et al. Narrow bandgap oxide nanoparticles coupled with graphene forhigh performance mid-infrared photodetection[J]. Nature Communications, 2018.

DOI:10.1038/s41467-018-06776-z

https://www.nature.com/articles/s41467-018-06776-z

2. 孙守恒Joule：硬磁体L1₀-CoPt/Pt超长稳定性ORR

在质子交换膜燃料电池（PEMFCs）中Pt基催化剂往往是ORR端不可或缺的材料，由于Pt在自然界丰度较低，为了提升其利用率常常使用Fe, Ni, Co等过渡金属与其合金化。虽然这类催化剂有着较好的初始催化活性，但是MPt催化剂在ORR的酸性和氧化性条件下常常及其不稳定。本研究中，J. Li等人合成了一种尺寸~9 nm的硬磁体核壳L1₀-CoPt/Pt催化剂，其最外层由2-3原子层厚度的具有表面应力的Pt组成。在60 ℃酸性条件下24 h浸泡，硬磁体L1₀-CoPt/Pt仅有5%Co流失，而软磁体A1-CoPt在7 h内就有34% Co流失。L1₀-CoPt/Pt初始质量比活性为0.56 A/mg_Pt，循环30,000次后依然有0.45 A/mg_Pt，已然满足了DOE2020目标要求（0.44 A/mg_Pt in MA and <40% loss in MA after30,000 cycles）。DFT理论计算研究发现，这种高活性高稳定性的催化剂是因为Co改变了Pt层的双轴应力（−4.50%/−4.25%），从而弱化了含O物种在表面的吸附能力。

Li J, SunS, et al. Hard-Magnet L1₀-CoPt Nanoparticles Advance Fuel Cell Catalysis[J]. Joule, 2018.

DOI:10.1016/j.joule.2018.09.016

https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.09.016

3. 马丁&王帅JACS：活性低，选择性差，可能是溶剂没选对

北京大学马丁研究员和厦门大学王帅教授等深入研究了溶剂效应在糠醛加氢反应中的影响。研究发现，纯相α-MoC的催化活性比β-Mo₂C和γ-Mo₂N高，而且用醇类溶剂可以在保证活性的前提下大大提高催化加氢选择性。后续结合实验及理论证实醇类溶剂的供氢能力是保证催化活性的关键，另外醇类溶剂在催化剂表面的解离吸附导致表面被修饰，从而提高产物的选择性。

Deng Y,Gao R, Lin L, et al. Solvent Tunes the Selectivity of Hydrogenation Reaction over α-MoC Catalyst[J]. Journalof the American Chemical Society, 2018.

DOI:10.1021/jacs.8b09310

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.8b09310

4. 北京大学JACS：首次证明石墨烯/钙钛矿界面的超快电荷收集

北京大学联合多家研究机构首次证明了在清洁石墨烯/ 钙钛矿界面的超快宽带电荷收集。干净的界面是通过在石墨烯表面直接生长钙钛矿实现的。实验揭示了清洁界面的石墨烯可以在超短时间内（~100 fs）收集钙钛矿带边的光生载流子，收集效率接近99％。仅在约50 fs内，石墨烯就能提取钙钛矿的深带热载流子，比钙钛矿自身的载流子弛豫和冷却快几个数量级，这归因于石墨烯独特的狄拉克线性带结构。清洁界面的石墨烯可作为理想的电荷收集层和电极，有望用于未来的二维光电/光伏领域。

Hong H, etal. Ultrafast Broadband Charge Collection from Clean Graphene/CH₃NH₃PbI₃ Interface[J].Journal of the American Chemical Society, 2018.

DOI: 10.1021/jacs.8b09353

https://doi.org/10.1021/jacs.8b09353

5. Angew.：自组装的BODIPY染料改善辣椒素的抗肿瘤活性

辣椒素（CAP）常被用于镇痛，最近又因其具备的抗肿瘤活性而用于癌症治疗。然而，想要达到良好的抗肿瘤效果需要很高剂量的CAP，大大限制了其进一步应用。Sampedro等人通过共价连接BODIPY（BDP）染料来增强提高CAP的抗肿瘤效果。实验成功地利用这一策略降低了使用CAP基药物去治疗前列腺癌的剂量，并且达到了良好的抗肿瘤效果。

SampedroA, Ramos-Torres A, et al. Hierarchical Self-Assembly of BODIPY Dyes as a Tool toImprove the Antitumor Activity of Capsaicin in Prostate Cancer[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI:10.1002/anie.201804783

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201804783

6. Angew.：带有原位形成凝胶电解质的柔性锂空气电池！

柔性锂空气电池（LAB）由于其较高的能量密度而被认为是可穿戴电子设备有前途的储能装置。研究人员提出了一种含有四甘醇二甲醚（TEGDME，G4）凝胶电解质的LAB，其中凝胶通过G4和组装电池内部生长在Li负极表面上的乙二胺锂（LiEDA）之间的交联反应原位形成。结果表明，原位直接形成的凝胶电解质可增强与负极和正极的界面接触，几乎没有外来离子或聚合物基质使凝胶电解质的离子导电性变差。此外，凝胶电解质有效地保护Li金属负极免受来自环境空气的腐蚀。因此，LAB显示出在环境空气中的长循环寿命和强大的柔韧性，显示出超过1175 h的循环性能（湿度：10％至40％）。

Wang Y,Lei X, Liu X, et al. Flexible Li‐air battery in Ambient Air with an In‐Situ Formed Gel Electrolyte[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI:10.1002/anie.201810882

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201810882

7. 乔世璋Angew.：二维MoN-VN异质结构用于锂硫电池

锂硫电池有望成为下一代实用电池，但对硫载体和多硫化物之间化学相互作用的原子级理解很难阐明，乔世璋课题组设计并制备了一种新的2D异质结构MoN-VN作为硫载体来调控多硫化锂（LPS），并获得对双组分材料上LPS吸附行为的原子级理解。DFT计算表明MoN的电子结构可以通过掺入V来调整，导致该异质结构对LPS吸附性增强。NEXAFS和原位同步辐射XRD也揭示了MoN-VN中多硫化物的有效调节和利用。基于MoN-VN的锂硫电池展示了优异的电化学性能。

Ye C, JiaoY, Jin H, et al. 2D MoN‐VN Heterostructure as a Model Sulfur Host to Regulate Polysulfides for Highly Efficient Lithium-Sulfur Batteries[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI: 10.1002/anie.201810579

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201810579

8. 深圳先进院唐永炳Angew.：具有高工作电压钠离子全电池的多离子策略！

钠离子电池（SIB）的实际应用受到低工作电压、差的倍率性能和循环稳定性的阻碍。深圳先进院唐永炳课题组首次报道了使用多离子策略（Na⁺/Li⁺/PF₆^-）的钠离子全电池，表明传统“摇椅”SIB的低工作电压可以通过阴离子（PF₆^-）嵌入层状正极的高电位来改善。同时，由于快速扩散动力学，少量Li⁺与含钠电解质杂化，有效地降低R_ct并减轻金属负极的体积膨胀。优化的全电池提供~4.0 V的高工作电压, 这是钠离子全电池报道的最佳结果，此外也展示了优异的倍率性能和容量保持率。研究结果表明，这种多离子策略在改善SIB电化学性能具有可行性。

Jiang C,Fang Y, Zhang W, et al. A Multi-Ion Strategy towards Rechargeable Sodium‐Ion Full Batteries with High Working Voltage and Rate Capability[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI:10.1002/anie.201810575

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201810575

9. EES综述：可持续电化学储能的绿色粘结剂！

在这篇综述中，作者总结了储能领域绿色粘结剂的最新进展，并对它们如何在提高电化学性能的同时降低成本和环境影响做出了解释。作者首次根据粘结剂的制作过程（对溶剂的要求）、化学成分（是否含氟）以及原料来源（人工合成或生物衍生）对其进行了分类。作者详细分析了对于不同器件而言粘结剂所起的作用。对于锂离子电池来说，粘结剂对于电池的正负极均有有利影响。高容量的硅基负极则受益于活性颗粒表面与粘结剂的相互作用而表现出高容量。作者还特别讨论了粘结剂对于抑制金属铝集流体腐蚀的作用。此外，即便目前相关文献报道较少，但是粘结剂对于锂硫电池和高比能锂离子电池的影响同样值得注意。

Bresser D,et al. Alternative binders for sustainable electrochemical energy storage-the transition to aqueous electrode processing and bio-derived polymers[J]. Energy& Environmental Science, 2018.

DOI: 10.1039/C8EE00640G

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/EE/C8EE00640G#!divAbstract

10. EES：析氢反应在“water insalt”电解质SEI膜形成机理中的作用

水溶液锂离子电池被视作安全清洁的储能方式，但是其商业化应用受到水溶液电化学稳定窗口较窄的限制。最近，大量有机锂盐溶于水中的“water in salt”电解质成功地将水溶液电解质的电化学稳定窗口拓宽到3 V。在这篇文章中，研究人员重点关注了负极极化状态下水在电化学界面中的去向以及TFSI^-与水还原产物的潜在反应性。研究人员通过电化学测量技术与原位表征手段相结合，发现析氢反应产生的羟基能够与TFSI^-阴离子发生化学反应并催化含氟SEI膜的形成，从而进一步抑制水的分解反应。

Dubouis N,et al. The role of hydrogen evolution reaction on the solid electrolyte interphase formation mechanism for “Water-in-Salt”electrolytes[J].Energy & Environmental Science, 2018.

DOI:10.1039/C8EE02456A

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/EE/C8EE02456A#!divAbstract

11. ACS Catal.：“点铜成金”，氧空穴负载单原子Cu催化CO₂还原

J. Chen等人结合DFT理论计算和实验发现，在含有O空缺的TiO₂ (annatase)表面负载的Cu单原子催化剂，可以高效地催化CO₂还原。氧空缺位点的Cu中心具有富电子性质，增加了CO₂在该位点的吸附能，从而加速了该反应中的决速步CO₂的解离，CO₂* → CO* + O*，其活化能低至0.19 eV。而在无缺陷的TiO₂表面负载的Cu则表现的非常惰性。作者还进一步使用富含O缺陷的TiO₂负载了Pt单原子，但是在CO₂还原反应中其活性并没有单原子Cu好。

Chen J,Deskins N A, et al. Synergy between Defects, Photoexcited Electrons, and Supported Single Atom Catalysts for CO₂ Reduction[J]. ACS Catalysis, 2018.

DOI: 10.1021/acscatal.8b02372

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.8b02372

12. 西安交大ACS Nano：仿生弹性多肽纳米纤维基质用于伤口愈合和皮肤再生

克服耐多药（MDR）细菌的感染对于改善伤口愈合十分有益。Xi等人开发了一种弹性的混合多肽纳米纤维基质PCL-PCE用于抑制MDR细菌和增强伤口愈合。PCL-PCE混合纳米纤维基质具有很好的抗菌性能，可以有效杀灭MDR细菌并且有良好的生物相容性。实验证明PCL-PCE纳米纤维能有效地防止MDR细菌衍生的伤口感染，并且显著提高小鼠的伤口愈合和促进皮肤再生。

Xi Y, Ge J, et al. Biomimetic Elastomeric Polypeptide-Based Nanofibrous Matrix for Overcoming Multidrug-Resistant Bacteria and Enhancing Full-Thickness Wound Healing/Skin Regeneration[J]. ACS Nano, 2018.

DOI: 10.1021/acsnano.8b01152

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b01152