纳米前沿顶刊日报20190228
纳米人 纳米人 2019-02-27
1. 华盛顿大学Nature Energy:pH梯度的微型双极界面,助力高效直接硼氢化物燃料电池

直接硼氢化物燃料电池(DBFCs)中硼氢化物氧化和过氧化物还原的不同pH值要求目前阻碍其性能和效率。华盛顿大学的Vijay Ramani课题组开发了一种支持pH梯度的微型双极界面(PMBI),可以在DBFC的阳极和阴极处促进明显不同的局部pH环境。研究表明,PMBI在电催化反应位点保持了尖锐的局部pH梯度(平均0.82 pH单位nm-1)。与全阴离子或全阳离子交换电池相比,PMBI电池增强了DBFC的性能(1.5 V时为330 mA cm-2,1.0 V时峰值功率密度为630 mW cm-2)。通过PMBI在电催化活性位点局部有效分离阳极电解液和阴极电解液,在高于1.0 V的电压下DBFC可以获得高功率密度。这为减少用于自主推进应用的燃料电池堆尺寸提供一条行之有效的途径。

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Wang Z, Parrondo J, He C, et al. Efficient pH-gradient-enabled microscale bipolar interfaces in direct borohydride fuel cells. Nature Energy, 2019.

DOI: 10.1038/s41560-019-0330-5

https://doi.org/10.1038/s41560-019-0330-5

 

2. 南京大学&东南大学JACS:原子级薄的单晶InVO4片高效高选择性光催化CO2还原

光催化CO2还原转化成高价值的化学品是近年来的研究热点。近日,南京大学周勇教授及东南大学王金兰教授等多个团队合作,报道了一种原子级薄(~1.5  nm)的单晶InVO4片催化剂,该催化剂能高效高选择性将CO2光催化还原成CO。表面电势测量和液体光致发光衰减光谱研究发现,该催化剂超薄的结构不仅可以缩短电子从内到外的传输距离,还可以减少体相再复合。这使得更多电子在表面存在和集聚,大大利于CO2的活化和还原。另外,超薄InVO4片唯一暴露的{110}面对CO的吸附能力比较弱,使得生成的CO易于脱附,且具有高的选择性。

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Han Q, Bai X, Wang J, et al. Convincing Synthesis of Atomically-Thin, Single-Crystaline InVO4 Sheets toward Promoting Highly Selective and Efficient Solar Conversion of CO2 into CO. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b13673

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b13673

 

3. Klaus Müllen最新JACS:60-碳纳米石墨烯分子对环戊二烯核的区域选择性氢化

德国马普高分子研究所Klaus Müllen团队合成出了具有60个连续的sp2碳的纳米石墨烯分子,并首次实现了对未烷基化的环戊二烯(1)的外周区域选择性氢化。通过相关的表征明确验证了对环戊二烯核心结构的转化。UV-vis和DFT计算证明了光电子性质对外周加氢的显着变化。该分子的受激发射表明其有作为光学增益材料的潜力。

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Yao X, et al. Regioselective Hydrogenation of a 60-Carbon Nanographene Molecule towards a Circumbiphenyl Core. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b00384

https://doi.org/10.1021/jacs.9b00384

 

4. 熊仁根JACS:氟化实现反钙钛矿分子铁电性

熊仁根团队报道了一种基于分子设计策略的新型有机-无机杂化反钙钛矿铁电[(CH3)2(F-CH2CH2)NH]3(CdCl3)(CdCl4)。氟化成功地实现了从钙钛矿到反钙钛矿的结构转变,以及从非铁电到铁电的物理性质的显着变化。[(CH3)2(F-CH2CH2)NH]3(CdCl3)(CdCl4)表现出高于室温(Tc = 333 K)的典型铁电相变,包括热异常,介电跃迁和二次谐波产生(SHG)响应。并观察到了较低的矫顽场和易于极化转换。4.0 μC/ cm2的饱和极化(Ps)几乎是最近发现的反钙钛矿分子铁电体的10倍。该发现提供了设计和探索更多反有机-无机杂化铁电材料的新策略。

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Wang Z-X, Zhang Y, Tang Y-Y, et al. Fluoridation Achieved Antiperovskite Molecular Ferroelectric in [(CH3)2(F-CH2CH2)NH]3(CdCl3)(CdCl4). Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b13109

https://doi.org/10.1021/jacs.8b13109

 

5. 华东理工大学JACS: 一种普适性策略!提高量子点太阳能电池的效率

华东理工大学Li Yan团队开发了一种通过表面工程增加量子点(QD)在介孔TiO2薄膜上的负载的普适性策略。研究发现,预敏化的TiO2的Zeta电位可以通过表面活性剂处理有效地调节。在此基底,通过二次沉积将额外的QD成功引入到光阳极上。所开发的策略,即包含表面活性剂处理的二次沉积,使得可以将各种QD负载到光阳极,具有普适性。通过Zn-Cu-In-Se QD的二次沉积,具有Cu2S/黄铜对电极的量子点太阳能电池的认证效率为10.26%。

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Wang W, et al. A Facile Secondary Deposition for Improving Quantum Dot Loading in Fabricating Quantum Dot Solar Cells. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b10901

https://doi.org/10.1021/jacs.8b10901

 

6. 陈春英&赵宇亮AM综述:石墨炔基纳米材料在生物医学领域中的应用与展望

石墨炔是碳基纳米材料家族中的新成员,它具有两种杂化类型的碳原子。石墨炔是一种具有平面结构的二维碳基纳米材料,有均匀分布的纳米孔和较大的共轭结构,自2010年首次被实验合成以来,其在力学、电子学和光学等领域表现出许多令人瞩目的性能。迄今为止,石墨炔及其衍生物因其优异的性能,已在催化、能源、环境、生物医学等诸多领域得到了成功的应用。

 

国家纳米科学技术中心陈春英研究员团队和赵宇亮院士团队合作综述了石墨炔基材料在生物医学领域中的研究现状,包括生物传感、生物保护、癌症治疗、组织工程等方面;介绍了石墨炔及其衍生物的优点,并与其他碳基材料进行了比较;并在现有研究的基础上讨论了石墨炔基材料的毒性和生物相容性;最后对石墨炔基材料的未来发展前景进行了展望。

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Liu J M, Chen C Y, et al. Progress and Prospects of Graphdiyne-Based Materials in Biomedical Applications. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201804386

https://doi.org/10.1002/adma.201804386

 

7. 南开大学刘育AM综述:响应多种刺激的环糊精基超分子组装物及其生物学功能

环糊精(CDs)是从淀粉酶解过程中提取的一类环状低聚糖,常被用于分子识别和构建组装。南开大学刘育教授团队对响应多种刺激(包括化学、生物、物理刺激)的环糊精基超分子组装物的最新研究进展进行了综述;并对它们的生物学性能和应用,如对pH和氧化还原响应的药物/基因传递、酶激活的载体释放、光控调节的形态互变、细胞间通讯以及用于抑制肿瘤的侵袭和转移等等领域做了详细介绍;最后还讨论了这些CDs基生物功能材料的应用前景及其所面临的挑战。 

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Zhang Y M, Liu Y H, et al. Cyclodextrin-Based Multistimuli-Responsive Supramolecular Assemblies and Their Biological Functions. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806158

https://doi.org/10.1002/adma.201806158

 

8. Nano Lett.:控制蛋白质在纳米颗粒上的方向可以提高靶向效率

蛋白质偶联的纳米颗粒可以通过与细胞表面受体特异性结合来精确地将治疗药物传递到体内的靶点位置。莫纳什大学Angus P.R.Johnston教授团队证明了通过控制纳米颗粒表面的蛋白质方向,可以显著提高纳米颗粒对癌细胞的靶向性。实验在识别人类表皮生长因子受体(EGFR)的单域抗体(sdAb)的特定位置上合成了一种氨基酸azPhe,随后通过与环辛炔的生物正交click反应,可以将azPhe修饰的sdAb以特定的方向固定在纳米颗粒表面。结果发现,与传统地利用丁二酰亚胺酯来偶联sdAb的荧光量子点(Qdots)相比,在Qdots上的azPhe13位点附着的sdAb对表达EGFR的A549细胞具有更高(6倍)的结合亲和力,从而证明了控制蛋白质在纳米颗粒上的方向可以提高有效靶向的效率。

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Yong K, Yuen D, et al. Pointing in the Right Direction: Controlling the Orientation of Proteins on Nanoparticles Improves Targeting Efficiency. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b04916

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.8b04916

 

9. 乔世璋ACS Catal.:二维Bi纳米片周围条件高选择性NRR

电化学固氮制氨是近年来的研究热点,目前面临着低的氨产率和低的法拉第效率等问题。近日,阿德莱德大学乔世璋教授课题组采用原位电化学还原法合成了一种二维Bi纳米片催化剂。实验发现,该催化剂具有高的NRR活性,氨产率高达13.23 µg mgcat.–1 h–1,法拉第效率可达10.46 ± 1.45%。进一步研究发现,该催化剂具有足够多暴露的边缘位点和有效的p轨道电子离域,使得其具有高的活性;再加上Bi具有半导体性质,限制了表面电子接近,使得法拉第效率大大提高。

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Li L, Qiao S, et al. 2D Mosaic Bismuth Nanosheets for Highly Selective Ambient Electrocatalytic Nitrogen Reduction. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b00366

https://pubs.acs.org/doi/ 10.1021/acscatal.9b00366

 

10. CM:长链聚合物包裹策略制备超稳定钙钛矿量子点以及高性能白光LED

稳定性是钙钛矿材料面向商业化的一大挑战。近日,上海大学Xuyong Yang课题组通过长链聚合物poly (maleicanhydride-alt-1-octadecene) (PMAO)包裹策略,制备具有优异光稳定性、水相稳定性的钙钛矿量子点。此外,研究者将该策略制备的钙钛矿量子点与红色发光磷光粉、蓝色InGaN芯片组合,成功构筑了高功率效率的高性能暖白色发光二极管。

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Wu H, et al. Ultrastable inorganic perovskite nanocrystals coated with thick long-chain polymer for efficient white light-emitting diodes. Chemistry of Materials, 2019.

DOI: 10.1021/acs.chemmater.8b04634

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.chemmater.8b04634

 

11. AFM:使用垂直锂负极的长寿命锂金属电池

锂金属电池凭借最低的氧化还原电势和超高的理论比容量成为了电池领域的圣杯。但是,其实际应用受到安全问题以及严重的枝晶生长和不稳定的SEI膜的限制。针对上述问题,研究人员提出了一种具有独特垂直结构的缠绕式锂负极。独特的垂直结构使得卷曲的锂负极内部具有丰富的内部反应空间/界面/质量来进行锂的沉积/储存/传导,从而实现了锂枝晶和SEI膜在内部的生长。研究人员采用原位观察与数值模拟等手段研究了缠绕式垂直锂负极内部的锂沉积与传导机制。受益于这种低体积膨胀以及高效锂离子传导,缠绕式锂负极与钛酸锂正极结合能够实现长达2000周的循环寿命。

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Chen Y, et al. Long Cycle Life Lithium Metal Batteries Enabled with Upright Lithium Anode. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201806752

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201806752

 

12. 武汉大学ESM:Na4Fe3(PO4)2P2O7/C纳米球用作低成本高性能钠离子电池正极材料

钠离子电池被视为大规模储能领域中最具希望的能量来源。然而,钠离子电池实际应用受到低成本长寿命正极材料缺乏的困扰。在本文中,研究人员通过模板法成功地合成了具有可调控粒径大小与碳包覆层厚度的Na4Fe3(PO4)2P2O7/C纳米球。这种Na4Fe3(PO4)2P2O7/C纳米球在0.2C的电流密度下可逆比容量高达128.5 mAh/g(接近129 mAh/g的理论比容量),在10C下循环4000周后的容量保持率高达63.5%。即使在100C的电流密度下其可逆容量也高达79 mAh/g。优异的电化学性能来源于纳米球内部缩短的钠离子传输路径和导电碳提供的良好电子传导。

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Pu X, et al. Na4Fe3(PO4)2P2O7/C nanospheres as low-cost, high-performance cathode material for sodium-ion batteries. Energy Storage Materials, 2019.

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.02.017

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829718314545?dgcid=rss_sd_all

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