纳米前沿顶刊日报20190113

纳米人

2019-01-13

1.Nat. Commun.：9.2％效率，核壳结构的Sb₂Se₃纳米阵列太阳能电池

Sb₂Se₃具有一维（1D）晶体结构，其包括通过范德华力堆叠在一起的共价键合（Sb₄Se₆）_n带。这种特殊结构产生各向异性的光学和电学性质。光伏器件性能主要取决于Sb₂Se₃薄膜吸收剂中的晶粒取向。迫切需要有效的方法来增强载流子收集和整体功率转换效率。Li等人报道了沿[001]方向的高质量Sb₂Se₃纳米棒阵列作为吸光层构建太阳能电池，这有利于太阳光吸收和电荷载体提取。界面工程实现了9.2％的效率，这是迄今为止该类型的太阳能电池的最高效率。

Li Z, et al. 9.2%-efficient core-shell structured antimony selenide nanorod array solar cells[J]. Nature Communictions,2019.

DOI: 10.1038/s41467-018-07903-6

https://doi.org/10.1038/s41467-018-07903-6

2.EES综述：概览太阳能电池的不稳定机制

深入了解钙钛矿太阳能电池（PSC）的不稳定机制是实现光伏发电突破的关键因素。偏压降解PSC已有几种机制来解释该现象，但没有一种能够涵盖所有观察结果。在其他类型的太阳能电池中观察到类似的降解，归因于多种潜在机制。例如，外在和内在离子迁移是PSC不稳定性的主要原因之一，也试图解释CdTe和CIGS的光伏器件的降解机制。Khenkin等人回顾了不同光伏技术（包括钙钛矿）中偏压依赖性不稳定性的进展，并讨论了如何改善PSC稳定性。

Khenkin M V, Anoop K M,Katz E, et al. Bias-Dependent Degradation of Various Solar Cells: Lessons for Stability of Perovskite Photovoltaics[J]. Energy & Environmental Science,2019.

DOI: 10.1039/C8EE03475C

http://dx.doi.org/10.1039/C8EE03475C

3.松下公司AM：组分工程助力超稳钙钛矿太阳能电池的组装

Matsui等人研究表明，即使在富含PbI₂的条件下，Rb也可以抑制PbI₂的生长，并且降低钙钛矿吸收层中的Br比例。通过钙钛矿的组分工程制备的器件在85°C/85％相对湿度下（国际标准（IEC61215））进行测试，仍保持初始效率的92％，同时1 cm²的器件的认证效率为20.8％。

Matsui T, Yamamoto T, et al. Compositional Engineering for Thermally Stable, Highly Efficient Perovskite Solar Cells Exceeding 20% Power Conversion Efficiency with 85 °C/85% 1000 h Stability[J]. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806823

https://doi.org/10.1002/adma.201806823

4.杨世和&杨上峰AM：氨基官能化的TiO₂用于高效钙钛矿太阳能电池

杨世和联合杨上峰团队通过Ti -N键的氨基（-NH₂）的化学键合，开发了一种简便的一步法，低温，非水解方法原位合成氨基官能化的TiO₂纳米颗粒（缩写为NH₂-TiO₂NPs）。然后将NH₂-TiO₂作为电子传输层，制备平板型钙钛矿太阳能电池，效率超过21％，显着高于基于原始TiO₂的器件（19.82％）。此外，由于钙钛矿膜的表面陷阱态的钝化，电流-电压响应的滞后被显着抑制，并且器件的稳定性得到改善。

Hu W, Zhou W, et al. Low-Temperature In Situ Amino Functionalization of TiO₂ Nanoparticles Sharpens Electron Management Achieving over 21% Efficient Planar Perovskite Solar Cells[J]. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806095

https://doi.org/10.1002/adma.201806095

5.AM：金红石TiO₂异质结增强电子-空穴分离高效光解水产氢

金红石TiO₂因其高的热力学稳定性和少量的内缺陷被认为是良好的光催化剂。但是，由于金红石TiO₂电子-空穴对易复合，使得其光催化活性远不如锐钛矿TiO₂。有鉴于此，作者在TiO₂纳米棒上包裹超薄TiO₂纳米片形成异质结。实验发现，该材料可有效增强电子-空穴分离能力，延长光生电子寿命。该材料具有很好的光解水产氢能力，光生电流大小和产氢效率分别是原来TiO₂纳米棒的45倍和18倍。此外，该材料在纯水中产氢效率可达0.566 mmol g⁻¹ h⁻¹。

Gao C, Wei T, Zhao M, et al. A Photoresponsive Rutile TiO₂ Heterojunction with Enhanced Electron-Hole Separation for High-Performance Hydrogen Evolution[J]. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806596

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201806596

6.南洋理工大学AM：生物医学领域中的无机纳米颗粒的可降解性和清除性研究

无机纳米颗粒具有可调和的多样的性质，因此在纳米医学领域具有巨大的应用潜力，但是同时它也在健康的组织/器官中具有不可忽视的毒性，这使得其临床转化受到很大限制。在过去的十年中，可生物降解或可清除的无机纳米颗粒的出现使得解决这个难题成为了可能。Yang等人对各种可生物降解或可清除的无机纳米颗粒的大小，形态，表面化学和掺杂策略进行了介绍，讨论了它们的药代动力学、体内代谢途径和清除所需的时间；介绍了一些对肿瘤微环境中各种条件具有内在响应的无机材料；最后对这一领域所遇到的挑战进行了概述，并对这些无机纳米颗粒在未来的临床转化中的应用前景进行了展望。

Yang G B, Phua S Z F, et al. Degrad ability and Clearance of Inorganic Nanoparticles for Biomedical Applications[J]. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201805730

https://doi.org/10.1002/adma.201805730

7.曼彻斯特大学ACS Nano：聚苯并咪唑/聚多巴胺聚合物网络构建仿生强力膜

聚多巴胺(PDA)因其良好的热化学稳定性和对大多数材料的粘附性而受到越来越多的关注。Zhao等人开发了一种基于聚合物网络(IPN)、PDA和聚苯并咪唑(PBI)的高性能纳米滤膜。一般情况下，为了获得更好的稳定性，聚合物需要在苛刻的条件下进行共价交联，这也会导致膜的渗透性和机械柔韧性下降。而聚多巴胺在PBI载体中原位聚合，在没有形成共价交联的情况下也可以具有优异的耐溶剂性和极性非质子溶剂的渗透性。通过改变聚合时间，也可以对膜的截断分子量 (MWCO)和渗透率进行调节。

Zhao D, Kim J F, et al. Bio-Inspired Robust Membranes Nanoengineered from Interpenetrating Polymer Networks of Polybenzimidazole/Polydopamine[J]. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.8b04123

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.8b04123

8.浙江大学AFM：肽-细胞毒素偶联物用于肿瘤化疗

肽-药物偶联物是一类具有精确分子结构，可以直接靶向肿瘤的前体药物。由于前体药物的分子量较低，通常血液清除速率较快，因此可以通过将其自组装成纳米结构用于静脉注射给药，以减缓其肾清除率。然而，大多数肽基前体药物通常会不适合静脉注射。Wang采用精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸(RGDK)肽和细胞毒素7-乙基-10-羟基喜树碱(SN38)偶联合成了一种归巢肿瘤的原药(SN38- peps)。实验利用不同结构的多肽、连接子和偶联药物，得到了优化了的稳定的SN38-Pep (MOM)SN38(20)-CRGDK胶束，其水合力径约为110 nm，载药量高达35%。与非靶向前药和临床上使用的抗癌药物相比，该胶束具有延长血液循环的作用，可以显著增强肿瘤积累，提高抗癌作用。

Wang J Q, Hu S Q, et al. Assemblies of Peptide-Cytotoxin Conjugates for Tumor Homing Chemotherapy[J]. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201807446

https://doi.org/10.1002/adfm.201807446

9. ACS Energy Lett.：钙钛矿前驱液调控新策略实现20%效率太阳能电池

有机-无机杂化钙钛矿基太阳能电池(PSCs)近年来取得了令人瞩目的进展，实现了23%以上的能量转换效率（PCE）。然而，对于溶液法制备的钙钛矿薄膜，目前仍然缺乏对前驱体溶液中胶体的形成机制和调控策略的深入理解。Ran等人开发了一种晶面钝化策略来合成晶面比例、晶体尺寸可调的PbI2 材料，并利用其可调特性，实现了对PbI2溶液中PbI2胶体特性的调控。研究表明，采用具有不同形貌的PbI2材料，我们能够实现对PbI2胶体胶粒尺寸及其分布、PbI2薄膜表面形貌及其结晶取向、以及相应的MAPbI3钙钛矿薄膜光电性能的调控。相比于商用PbI2材料，采用优化PbI2为原料制备的钙钛矿太阳能电池器件的PCE 达到20.22%，并表现出更低的正扫-反扫迟滞效应。

C. Ran, Y.Chen, H. Zhou, et al. Facet-Dependent Control of PbI2 Colloids for over 20%Efficient Perovskite Solar Cells. ACS Energy Lett., 2019, 4, 358–367.

DOI:10.1021/acsenergylett.8b02262

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.8b02262

10. 电催化：室温下将MOF阵列转变为纳米多晶二维材料

研究人员以泡沫镍为基底，室温合成Co-MOF纳米片阵列并以此为前驱体，在室温条件下在乙醇溶液体系中对MOF进行腐蚀/重组，得到纳米尺度的多晶二维纳米片的三维网络结构。该条件下MOF可以生长在各种亲水的基底上。碱性条件下，通过腐蚀MOF得到的缺陷二维材料表现出优异的OER活性和稳定性。该工作研究了正常KOH体系中Fe杂质的存在对不含铁OER催化剂的性能影响，同时也表明Fe是OER过程中的关键活性位点。该工作对Co-MOF的生长及二维材料的形成机理也进行了详细探讨。

MOF生长及腐蚀过程：

备注:

水解产生的H⁺ 会破坏MOF促使平衡移动

Zhang, Bowei, ZhiyuanQi, Zishan Wu, Yu Hui Lui, Tae-hoon Kim, Xiaohui Tang, Lin Zhou, Wenyu Huang,and Shan Hu. "Defect-Rich 2D Material Networks for Advanced OxygenEvolution Catalysts." ACS Energy Letters 2019, 4, 328-336.

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.8b02343