纳米前沿顶刊日报 20181109

纳米人

2018-11-09

1. Joule评述：钙钛矿蓝色LED！

随着全球能源消费的日益增多，蓝色发光二极管（LED）的发现和开发对节能白光LED具有深远的意义。基于外延InGaN的商用蓝光LED目前处于主导地位。开发替代材料可能会对照明行业和抑制气候变化产生巨大影响。最近，Congreve在Joule期刊发表最新研究成果，通过Mn掺杂金属卤化物钙钛矿纳米晶，能够制备出低成本、高效和光亮的蓝色LED。

Hou S, Gangishetty M K, Quan Q,et al. Efficient Blue and White Perovskite Light-Emitting Diodes via Manganese Doping[J]. Joule, 2018.

DOI: 10.1016/j.joule.2018.08.005

https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.08.005

2. Joule综述：掩模对太阳能电池的Voc和FF因子的影响

对于小面积器件的研究，各种类型的边缘效应进而会高估短路电流密度。因此，常见的策略是采用掩膜版规范器件的活性面积。Kiermasch等人通过实验和理论分析该策略。这种常见做法会影响Voc开路电压和FF填充因子，并对短路电流密度产生影响。虽然引起了错误通过使用掩模的电压和填充因子通常小于误差范围，但另一方面，在不使用掩膜版的情况下，电流很难正确真实地被描述。

Kiermasch D, Gil-Escrig L,Bolink H J, et al. Effects of Masking on Open-Circuit Voltage and Fill Factorin Solar Cells[J]. Joule, 2018.

DOI: 10.1016/j.joule.2018.10.016.

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435118305075

3. 巩金龙Angew.封面：CO₂制甲醇，最高法拉第效率53.6%

界面活性位在催化反应中具有极其重要的作用，但是针对CO₂光电催化还原反应中界面活性位的本质还不甚了解。有鉴于此，天津大学化工学院巩金龙教授课题组通过在Cu₂O薄膜表面沉积金属态Cu，成功构建了Cu/Cu₂O界面，并用于CO₂还原的机理研究。该催化剂将CO₂高效还原为甲醇，最高法拉第效率可达53.6%。后续研究表明，Cu/Cu₂O调节了H* 和CO*中间态的吸附能力，提高了产物的选择性。

Chang X, Wang T, Gong J, et al. Tuning Cu/Cu₂O Interfaces for the Reduction of Carbon Dioxide to Methanol in Aqueous Solutions[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

DOI: 10.1002/anie.201805256

https://doi.org/10.1002/anie.201805256

4. 华南理工李国强AM：夹在石墨烯和Si衬底之间的二维AlN层

2D材料在下一代光电器件中具有巨大的应用潜力，但III族氮化物半导体2D AlN的合成仍然具有挑战性。华南理工大学李国强课题组通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在Si衬底上物理转移石墨烯方式外延生长2D AlN层，通过电镜确认夹在石墨烯和Si衬底之间的2D AlN层。在生长过程中，石墨烯/ Si异质结构与H₂的氢化保证了2D AlN层的形成。在没有氢化的情况下，石墨烯和Si衬底之间没有发现中间层。研究人员进一步研究了二维AlN层的形成机理和氢化对二维AlN层形成的影响，结果表明，氢化在2D AlN的形成中非常重要。它打破了石墨烯的结构，钝化了石墨烯和Si衬底之间的悬空键，打开了AlN前体原子进入中间层的路径。通过理论和实验进一步预测和确定了2D AlN层的Eg值。这种超宽带隙半导体在深紫外光电应用中具有很大的前景。

Wang W,Zheng Y, Li X, et al. 2D AlN Layers Sandwiched Between Graphene and Si Substrates[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201803448

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201803448

5. AM：用于捕获碳的MXene

沸石和MOF已经成为捕获CO₂有希望的候选材料。然而，由于有限的CO₂/N₂选择性和长期稳定性，挑战仍然存在。在碳捕获（CC）领域，预计MXene可以高效捕获CO₂，但MXene表面被认为是无终止的，考虑到目前MXene的湿化学制备路线，实验上是不切实际的。为了解开MXene非相干终止或吸附其他分子（如CO₂）的潜力，Per O. Å. Persson课题组用一种新方法将MXene原型Ti₃C₂T_x 进行处理。使用原位环境透射电子显微镜（ETEM），对单个Ti₃C₂T_x片材进行初始高温处理以解吸F，随后进行H₂暴露以从表面除去持久性O终止，然后将终止耗尽的MXene暴露于CO₂气体，发现了第一个MXene被非相干分子终止，有效吸附CO₂气体（≈12 mol kg^-1）。此外，表面终止耗尽的MXene暴露于N₂气体，没有观察到N吸附，这也与第一性原理计算一致。吸附效率与CO₂/N₂选择性以及化学和热稳定性相结合，确定了Ti₃C₂ MXene作为碳捕获（CC）应用的新材料。

Persson I,Halim J, Lind H, et al. 2D Transition Metal Carbides (MXenes) for Carbon Capture[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI:10.1002/adma.201805472

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201805472

6. 苏大李彦光AM：共轭钴酞菁作为柔性Li-CO₂电池的可再加工催化剂

Li-CO₂电池实际可行性的关键取决于用于可逆形成和分解Li₂CO₃的有效且低成本的正极催化剂。苏州大学李彦光课题组通过简便的微波加热方法制备了共轭钴聚酞菁(CoPPc)，具体是由1,2,4,5-四氰基苯（TCNB）和Co²⁺以2：1的化学计量比进行微波制备。该材料具有弹性，可以再加工以紧密涂覆在碳布集流体。电化学测试表明，CoPPc对可逆的Li₂CO₃形成和分解表现出高催化活性。其催化活性和弹性使得能够制造具有小的充放电极化和优异循环稳定性的易熔Li-CO₂电池。此外，聚合物催化剂的弹性和可再加工性可以制造柔性Li-CO₂电池。

Chen J, Zou K, Ding P, et al. Conjugated Cobalt Polyphthalocyanine as the Elastic and Reprocessable Catalyst for Flexible Li-CO₂ Batteries[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201805484

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201805484

7. 郭少军/陈人杰AM：褶皱Ir纳米片完全覆盖多孔碳纳米纤维用于Li-CO₂电池

非质子Li-CO₂电池是一种新型绿色能源储存转换系统，但由于放电产物Li₂CO₃的绝缘和不溶性，使电池具有高极化和差循环性，因此设计在充放电过程中降低Li-CO₂电池过电位的高效正极催化剂非常重要。北大郭少军与北理陈人杰课题组报道了将超薄高密度褶皱Ir纳米片完全锚定在N掺杂碳纳米纤维表面上（Ir NS-CNF），作为Li-CO₂电池正极材料。三点作用：1#超薄的2D褶皱Ir纳米片可以在电化学反应中暴露足够的活性位点；2#因为在充放电过程中产生的自由基物种易于腐蚀碳材料以形成副产物，而Ir纳米片的完全涂层结构可以有效地保护碳基质免受腐蚀；3#Ir纳米片催化剂可以使不溶性放电产物在充电过程中容易分解。这些重要特性使IrNS-CNF作为正极具有迄今为止报道的最小电荷过电位。非原位分析表明，放电过程中，Ir NS-CNF可以极大地稳定无定形中间体（可能是Li₂C₂O₄）并延迟其进一步转变为Li₂CO₃，充电过程中，可以使Li₂CO₃易于完全分解，这是提高Li-CO₂电池性能的关键。

Xing Y,Yang Y, Li D, et al. Crumpled Ir Nanosheets Fully Covered on Porous Carbon Nanofibers for Long‐Life Rechargeable Lithium–CO₂Batteries[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI:10.1002/adma.201803124

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201803124

8. 复旦大学AM：NIR-II区上转换纳米材料在体内进行组装和分解以改善生物成像

用于生物成像的造影剂往往在病灶处积累较低，而在网状内皮系统(RES)中的摄取较高。通过在体内组装纳米颗粒则可以改善其在肿瘤和炎症区域的富集。然而，由于纳米粒子在RES中被摄取，这种组装也会发生在肝脏和脾脏，这就会导致更高的生物成像背景和更严重的健康危害，进一步阻碍临床应用。Zhao等人提出了一种近红外(NIR)控制的超分子工程策略，实现了镧系上转换纳米粒子与NIR-II区纳米材料在体内的组装和分解，从而实现了对肿瘤的精确生物成像。这一策略也可用于设计其他纳米微尺度造影剂，以提高生物成像信噪比并降低其长期的细胞毒性。

Zhao M, Li B, et al. Supramolecularly Engineered NIR-II and Upconversion Nanoparticles In Vivo Assembly and Disassembly to Improve Bioimaging[J]. Advanced Materials, 2018.

DOI: 10.1002/adma.201804982

https://doi.org/10.1002/adma.201804982

9. ACS Nano：对石墨烯基材料的安全评估

石墨烯及其衍生物被誉为奇迹般的材料，其在储能、生物医药等众多领域有着广泛的应用。随着石墨烯基材料(GBMs)被不断开发，人们需要全面评估这些材料对人类健康和环境的潜在影响。Fadeel等人从GBMs的合成和表征出发，讨论了GBMs在体外和体内模型系统中对人体和环境的危害评估，目的是为了说明并不是所有的GBMs生物学效应都是一样的，对于这类材料的构效关系还需进一步研究。

Fadeel B, Bussy C, et al. Safety Assessment of Graphene-Based Materials: Focus on Human Health and the Environment[J]. ACS Nano, 2018.

DOI: 10.1021/acsnano.8b04758

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b04758

10. ACS Nano：用于定制电子设备的水性锌离子电池

无线电子设备需要具有可以快速设计和定制形状，以实现形状一致集成的小型可充电电池。研究人员结合静电纺丝，激光微机械加工和3D打印技术，创建定制几何形状的高功率水性锌离子电池（ZIB），电池是由聚苯胺（PANI）涂层碳纤维（PANI/CF）正极，激光微机械锌（Zn）负极和多孔隔膜构成，3D打印几何形状包装，包括矩形，圆柱形，H形和环形。利用立体光刻（SLA）来创建自定义，使用激光微机械加工来生产电池组件的必要形状，用于填充SLA印刷包装。PANI/CF正极具有高表面积和导电性，产生高倍率（~600 C）性能。由于Zn-PANI电池对氧气和水分的出色稳定性，它们在电解质水溶液中表现出优异的循环稳定性。研究人员展示了具有可调电压和容量的可充电电池组，其使用堆叠电极，通过将环形电池组与电子元件共形地集成来展示可穿戴光电传感器，以突出该方法所提供的设计灵活性。

Kim C, Ahn B Y, Wei T, et al.High Power Aqueous Zinc-Ion Batteries for Customized Electronic Devices[J]. ACS Nano, 2018.

DOI: 10.1021/acsnano.8b02744

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b02744