纳米前沿顶刊日报20190209

纳米人

2019-02-09

1. 华北电力李美成Nature Energy：21.38％的平面p-n同质结钙钛矿太阳能电池

华北电力大学李美成课题组提出并证明了一种p型/n型钙钛矿同质结，其内置电场促进了光诱导载流子的定向传输，从而减少了载流子复合损失。通过控制钙钛矿前体的化学计量，以诱导n型或p型掺杂，通过组合沉积处理方法制造钙钛矿p-n同质结结构，在溶液处理的n型钙钛矿层上结合热蒸发的p型钙钛矿层，将其集成到平面PSC中。通过横截面KPFM发现，同质结中的内置电场诱导光诱导载体的定向传输，从而减少载体重组损失，wxAMPs模拟进一步证实。

具有MAPbI₃（MA，甲基铵）p-n同质结的PSC表现出20.80％的PCE（20.5％认证的PCE），而基于FA_0.15MA_0.85PbI₃（FA，甲脒）p-n同质结的PSC提供了21.38％的PCE。证明了同质结结构是超越现有平面异质结PSC的有效方法，以实现具有降低的载流子复合损失的高效PSC。

Cui P, Wei D, Ji J, et al. Planar p–n homojunction perovskite solar cells with efficiency exceeding 21.3%. Nature Energy, 2019.

DOI: 10.1038/s41560-018-0324-8

https://www.nature.com/articles/s41560-018-0324-8

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控制半导体中的电子和空穴浓度是一项长期挑战。现在可通过管理缺陷群体，制造一种p-n同质结太阳能电池，为金属卤化物钙钛矿器件开辟了一条新途径。

Park J-S, Walsh A. Embrace your defects. Nature Energy, 2019.

DOI: 10.1038/s41560-019-0329-y

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0329-y

2.JACS：Ag-Cu双金属纳米二聚体催化剂的结构敏感性用于电化学CO₂还原

了解电化学CO₂还原反应（CO₂RR）的结构和组成敏感性对于开发高效和选择性电催化剂至关重要。Raffaella Buonsanti课题组使用Ag/Cu纳米晶体揭示Ag/Cu界面在促进CO₂RR方面发挥的关键作用。通过胶体化学开发接种生长合成方法，获得包括两个组成金属作为共享可调界面的分离结构域的纳米二聚体，其中预形成的Ag纳米颗粒充当Cu结构域生长的成核种子。研究发现金属前体的类型和还原剂的强度对于以受控方式实现所需化学和结构控制中起关键作用。研究结果表明均由纳米级分离的Ag和Cu域通过界面区域的偶联引起的串联催化和电子效应，协同地解释了C₂H₄的法拉第效率提高了3.4倍和CO₂RR部分电流密度提高了2倍（与Cu NPs对应物相比）。

Huang J, Mensi M, Oveisi E, et al. Structural Sensitivities in Bimetallic Catalysts for Electrochemical CO₂ Reduction Revealed by Ag-Cu Nanodimers. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b12381

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b12381

3. 王丹JACS：Co₃O₄十二面体空心多壳结构增强光催化CO₂还原

结构和晶面控制被认为是提高催化性能的有效途径。王丹课题组通过采用ZIF-67作为模板并使用顺序模板方法（STA）成功合成了Co₃O₄十二面体的中空多壳结构（HoMS）。ZIF-67内周期性排列的Co原子和有机配体可以分别支持金属原子位点和空间以形成HoMS。由于ZIF-67内Co原子的拓扑排列，倾向于诱导Co₃O₄ HoMS中以所需的取向组装，形成主要暴露（111）晶面的独特壳。这个过程在这项工作中被定义为“遗传继承”。这些暴露的小平面具有高的光催化CO₂还原活性。四壳（QS）Co₃O₄HoMS的催化活性分别比没有小面控制的Co₃O₄纳米颗粒和Co₃O₄ HoMS的催化活性高约5和3倍。

Wang L, Wan J, Zhao Y, et al. Hollow Multi-Shelled Structures of Co₃O₄ Dodecahedron with Unique Crystal Orientation for Enhanced Photocatalytic CO₂ Reduction. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b13528

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13528

4.Nano Lett.：一氧化氮供体诱导肿瘤胶原蛋白耗竭增强药物递送

将治疗药物导入实体肿瘤微环境是肿瘤纳米医学的一大难题。而某些外源性酶可消耗肿瘤基质成分，可以作为一种改善药物递送的方法。Dong等人提出了一种利用一氧化氮(NO)激活内源性基质金属蛋白酶(MMP-1和-2)诱导产生胶原蛋白消耗的策略，用于改善药物进入实体肿瘤。实验将介孔二氧化硅纳米颗粒(MSN)作为化疗药物阿霉素(DOX)以及NO供体(S-nitrosothiol)的载体制备了DN@MSN。其中负载的NO可以导致MMPs的活化，使肿瘤细胞外基质中的胶原蛋白降解。实验证明DN@MSN可以增强纳米载体和DOX对肿瘤的渗透,从而显著提高抗肿瘤效果，降低全身毒性副作用。

Dong X, Liu H J, et al. Enhanced Drug Delivery by Nanoscale Integration of a Nitric Oxide Donor to Induce Tumor Collagen Depletion. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04236

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04236

5.CM：镁掺杂高镍层状正极实现安全高比能锂离子电池

镍含量高达90%的高镍层状正极材料凭借其高容量和低成本等优势而成为新一代锂离子电池的宠儿。然而，其实际应用受到了循环性能不佳、材料热稳定性差等问题的限制。在本文中，研究人员通过2%的Mg掺杂策略解决了上述问题，他们报道了Li_0.98Mg_0.02Ni_0.94Co_0.06O₂正极材料（NC-Mg）。Mg²⁺占据了部分Li⁺的位点并作为支撑离子增强材料结构可逆性减少循环过程中的晶格畸变，因此相比空白组该材料的电化学性能和热稳定性得到了显著增强。在软包电池中，NC-Mg表现出了高达214 mAh/g的比容量且循环500周后的容量保持率高达80.1%。

Xie Q, et al. A Mg-Doped High-Nickel Layered Oxide Cathode Enabling Safer, High-Energy-Density Li-Ion Batteries.Chemistry of Materials, 2019.

DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b03900

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.chemmater.8b03900

6.ESM：等离子体活化的Li₃N用于稳定金属锂负极

不可控的枝晶生长和不稳定的SEI膜是抑制金属锂负极在锂电池中实际应用的两大障碍。为了解决该问题，研究人员采用N₂对金属锂进行等离子体活化，首次为金属锂设计了一种多功能保护层。在少于5 min的等离子体活化过程中，金属锂表面形成了一层[001]晶面高度有序的花型Li₃N保护层。凭借这层保护层的高杨氏模量（48 GPa）和高离子电导（5.02×10^-1 S/cm），这层保护层既能够物理阻隔金属锂负极与液态电解质的直接接触又能够抑制金属锂枝晶的生长。在对称电池中沉积/剥离电压曲线能够保持稳定超过30000 min。对于Li/LCO全电池来说，等离子体活化后的Li₃N电极能够在5C的倍率下保持良好的容量保持率。

Chen K, et al. Flower-Shaped Lithium Nitrideas a Protective Layer via Facile Plasma Activation for Stable Lithium Metal Anodes. Energy Storage Materials, 2019.

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.02.006

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829718313862?dgcid=rss_sd_all

7.ESM综述：Li-S电池中的二维材料

Li-S电池凭借其高能量密度、成本低廉和环境友好等优势而成为新一代储能器件中最有希望的选择。然而，多硫化物的穿梭效应导致电池容量衰减和库伦效率低下，这严重限制了Li-S电池的实际应用。最近，2D材料凭借其独特的二维性质和多种物理化学效应而被广泛应用于提升Li-S电池的电化学性能。在本综述中，研究人员首先概括了各种2D材料作为具有高比表面积、高电子电导、丰富的官能特性的绝缘硫载体能够缓冲体积变化、提升活性物质利用率等。其次，具有较大侧面积、可控内部间距以及丰富催化位点的二维材料是Li-S电池隔膜和中间层的良好选择，因为这些性质能够利用物理限域和化学吸附作用有效抑制多硫化物的扩散迁移，从而实现抑制多硫化物穿梭和稳定高效电化学性能的协同作用。

Shao Q, et al. Two-dimensional materials for advanced Li-S batteries. Energy Storage Materials, 2019.

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.02.001

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829718309966?dgcid=rss_sd_all