Kanatzidis、刘生忠/戚亚冰、王春儒、武培怡、付永柱、余存江等成果速递丨顶刊日报20190809
纳米人 纳米人 2019-08-09
1. Nature Nanotechnology: 超快相干非线性纳米光学和石墨烯的纳米成像

凭借其线性能量色散和大跃迁偶极矩阵元素,石墨烯是非线性光电应用的有吸引力的材料。然而,由于缺乏合适的实验技术,其强烈的非线性响应,超快相干动力学和相关的纳米级现象的机械起源仍然难以捉摸。

 

科罗拉多大学Markus B. Raschke德州A&M大学Alexey Belyanin团队利用绝热纳米聚焦和成像,研究了石墨烯的宽带四波混频(FWM)响应与纳米和飞秒的时空分辨率。检测到了边缘处的非线性信号增强,并且依赖于小至104个碳原子的激发区域的层数。飞秒FWM纳米成像和伴随的频域测量揭示了T2≈6±1 fs时间尺度的相位差,将其归因于强电子-电子相互作用。我们还在100-400 nm长度尺度上识别出不寻常的非局部FWM响应,将其分配给控制尖端近场动量矩与具有高费米速度的石墨烯电子之间的非线性相互作用的多普勒效应。这些结果说明了石墨烯的独特非线性纳米光学性质,也可用于相关的二维材料类别,可以形成改进的非线性和超快纳米光子器件的基础。


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Ultrafastcoherent nonlinear nanooptics and nanoimaging of graphene, Nature Nanotechnology, 2019

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0515-x

 

2. Science Advances: 基于金属氧化物半导体纳米膜的多功能电子设备

可穿戴式人机界面(HMI)是一类重要的设备,可实现人机交互和团队协作。电子,材料和机械设计的最新进展为可穿戴HMI设备提供了途径。然而,现有的可穿戴HMI设备使用和限制了人体运动,其缺点有舒适度差、响应时间慢,或难以实现多功能。

 

近日,休斯顿大学Cunjiang Yu研究团队报道了溶胶 - 凝胶聚合物处理的铟锌氧化物半导体纳米膜基超薄可拉伸电子器件具有多功能性,其简单制造,不易磨损和坚固的接口等优点。多功能可穿戴HMI设备的范围可用于数据存储的电阻随机存取存储器、接口和开关电路的场效应晶体管、健康和身体运动感测的各种传感器,以及用于温度传递的微加热器。HMI设备不仅可以由人类无缝佩戴,还可以作为机器人的假肢皮肤实现,提供智能反馈,从而形成闭环HMI系统。


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Sim, K. Yu, C. et al. Metal oxide semiconductor nanomembrane–based soft unnoticeable multifunctional electronics for wearable human-machine interfaces. Science Advances 2019.

DOI: 10.1126/sciadv.aav9653

https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaav9653

 

3. Adv. Sci.综述:纳米药物的免疫毒性及其临床转化

尽管人们对将纳米技术用于肿瘤诊疗领域的兴趣日益高涨,但是要实现其临床转化还有很多的挑战亟待解决。在被静脉注射后,纳米材料会与血液中的成分发生相互作用并产生一系列相关的免疫毒性反应。纳米材料的特性(如尺寸、形状或表面电荷)的微小变化都会对其体内的免疫特性产生重大影响。

 

都柏林圣三一学院Adriele Prina-Mello团队对用于癌症诊疗的纳米材料,如脂质体、树突状大分子、介孔二氧化硅、氧化铁、纳米金和量子点等的免疫学效应进行了综述,并对其临床前评估所缺失的内容进行了重点介绍;同时也讨论了如何通过有效的临床前评估来避免或降低材料的免疫毒性,从而有效地推动其未来的临床转化。


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GaryHannon, Adriele Prina-Mello. et al. Immunotoxicity Considerations for Next Generation Cancer Nanomedicines. Advanced Science. 2019

DOI:10.1002/advs.201900133

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201900133

 

4. ACS Nano:金属富勒烯纳米颗粒可逆转胰腺的功能紊乱以治疗2型糖尿病

2型糖尿病(T2DM)是最常见的代谢性疾病之一。但是目前研究发现,当治疗T2DM停止后,再次使用抗T2DM药物往往不起作用。中科院化学所甄明明博士王春儒研究员合作提出了一个可持续对抗2型糖尿病的策略。

 

实验对db/db糖尿病小鼠进行腹腔内给药氨基酸功能化的金属富勒烯纳米颗粒(GFNPs),发现GFNPs会在胰腺和肝脏中高度积累,并可显著降低高血糖以使得T2DM小鼠保持正常的血糖水平,甚至在停止给药后也可以继续维持。同时,GFNPs会通过降低氧化应激和炎症反应来逆转胰岛功能紊乱,从根本上实现胰岛分泌胰岛素的功能正常化。机制研究表明,GFNPs可通过激活IRS2/PI3K/AKT信号通路来调控糖脂代谢,从而改善肝脏的耐胰岛素特效,抑制糖异生并增加肝糖原的生成。此外,GFNPs还可减轻肝脏脂肪变性,最终维持全身的糖脂代谢平衡,并且没有明显的毒性。这一工作表明GFNPs可为治疗T2DM提供了一个新的高效方法。


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XueLi, Mingming Zhen, Chunru Wang. et al. Gadofullerene Nanoparticles Reverse Dysfunctions of Pancreas and Improve Hepatic Insulin Resistance for Type 2Diabetes Mellitus Treatment. ACS Nano. 2019

DOI:10.1021/acsnano.9b02050

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b02050

 

5. Nano Lett.:简单的多功能纳米材料用于根除肿瘤并预防复发

上海交大周广东教授陶可博士合作,通过简单地将连有光敏剂的聚赖氨酸两亲性大分子结合到疏水的上转化纳米颗粒上制备了一种用于光动力治疗(PDT)的纳米药物。尽管该纳米药物的结构较为简单,但其也同时具有多种功能特性,如可大量负载光敏剂、在体内外可被细胞有效地内化、在肿瘤内有广泛的分布和对肿瘤干细胞有着强大致死性等。实验结果表明,得益于这些功能的结合,在腹腔给药(剂量5.6 mg/kg)后小鼠的肿瘤可被根除,并且40天后也未见复发。这一研究结果也为设计结构简单的多功能高效纳米药物提供了一种新的策略。


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YanLiu, Guangdong Zhou, Ke Tao. et al. A Simple, Yet Multifunctional,Nanoformulation for Eradicating Tumors and Preventing Recurrence with Safely Low Administration Dose. Nano Letters. 2019

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02053

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b02053

 

6. ACS Energy Lett.:钙钛矿太阳能电池和模块

虽然小面积金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PSC)显示PCE高达25.2%,但小面积和大面积PSC器件之间的效率差距仍然很大。刘生忠戚亚冰团队分享对制造面积超过200 cm2的组件的当前阶段挑战的看法,并总结了最近在缩小效率差距方面取得的进展,强调了进一步研究将钙钛矿光伏技术转向工业规模。这些策略包括学习其他商业化薄膜光伏技术,分析采用基于溶液和蒸汽的可升级制造技术和优化大面积模块设计的钙钛矿太阳能模块的现状。考虑到成本分析和工作稳定性曲线,基于碳电极的器件具有很大潜力。


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Qiu,L., He, S., Ono, L. K., Liu, S. & Qi, Y. Upscalable Fabrication of Metal Halide Perovskite Solar Cells and Modules. ACS Energy Lett., 2019

DOI:10.1021/acsenergylett.9b01396 (2019)

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01396

 

7. ACS EnergyLett.: 甲氧基硅烷交联剂提高钙钛矿电池性能

实现具有最小非辐射复合损失的高质量钙钛矿薄膜对于进一步提高钙钛矿太阳能电池(PSC)的功率转换效率(PCE)至关重要。此外,PSC的不稳定性仍然是其大规模商业化的关键挑战。然而,很难实现PCE和稳定性的同时增强。Nam-Gyu Park团队展示了一种有效且可重复的多功能添加剂工程策略,通过将由不同端基官能化的甲氧基硅烷交联剂,中等电子给体-SH,弱电子给体-CH3和强吸电子-CN分别引入PbI2前体溶液中,进而沉积钙钛矿。

 

结果表明,官能团在器件性能中起着至关重要的作用。在引入含有-SH官能团的(3-巯基丙基)三甲氧基硅烷(MPTS)后,PCE从18.4%(对照组)增加到20.8%,而3-氰基丙基三乙氧基硅烷(CPTS)含有-CN基团会降低整体光伏性能。PbI2和MPTS之间的路易斯酸碱相互作用控制晶体生长,使得晶粒尺寸增加。此外,发现MPTS中的-SH有效地钝化缺陷,导致更长的载流子寿命。最后,由于交联硅氧烷网络作为晶界的有效保护层的形成,器件的热稳定性和水分稳定性得到明显改善。该研究为多功能添加剂工程提供了指导,以同时实现高PCE和长期稳定性。


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Importanceof Functional Group in Cross-linking Methoxysilane Additives for HighEfficiency and Stable Perovskite Solar Cells, ACS Energy Lett.2019

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b01356

 

8. ACS Energy Lett.: Se1-xTex合金用于光伏器件

Mercouri G. Kanatzidis团队报道了一种高带隙光吸收层,硒与同构低带隙半导体碲的合金化。将Se1-xTex的带隙能量调整到光伏吸收层的最佳值。基于晶体Se1-xTex合金的光伏器件是极其廉价且高度可扩展的太阳能电池的有希望的候选者,提供简单的低温制造和内在稳定性。探索了Se1-xTex合金的电光特性,并表明,由于导带能量的显著非线性变化,碲以非线性方式移动带隙,比预期更快,从而可以轻松达到1.2-1.4 eV的所需带隙。基于这些结果,设计了简单的Se1-xTex光伏器件。与纯硒相比,显示出明显地改善的电流密度。


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Non-linear Band Gap Tunability in Selenium Tellurium Alloys and its Utilization in SolarCells, ACS Energy Lett.2019

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b01619

 

9. AFM:可3D打印的生物活性水凝胶支架用于治疗创伤性脑损伤

外伤性脑损伤以及颅内压增高是目前世界上最致命的损伤之一。通常情况下,患者必须经过两个手术,即颅骨切除和颅骨成形来降低颅内压,然后对颅骨进行修复。而传统的生物材料往往会压迫颅内组织,因此不能在颅骨切除后被直接植入。

 

上海交通大学医学院宋滇文博士团队东华大学武培怡教授团队合作制备了一种可3D打印的高弹性生物活性水凝胶支架,该支架能保护脑组织并适应颅内压的变化,可以辅助营养物质的转运以及骨间充质干细胞的增殖和成骨分化。体内实验表明,该水凝胶支架能在8周内有效治疗创伤性脑损伤,并能被安全地降解。


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LingbinChe, Peiyi Wu, Dianwen Song. et al. A 3D Printable and Bioactive Hydrogel Scaffold to Treat Traumatic Brain Injury. Advanced Functional Materials.2019

DOI:10.1002/adfm.201904450

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201901761

 

10. ACR: 可充锂电池中的有机硫正极材料

在过去的几十年里,锂离子电池在便携式电子设备和电动汽车领域都获得了广泛的应用。为了追求更高的电池能量密度并克服无机电极材料的储能极限,开发新型可充锂电池正极材料至关重要。近年来随着锂硫电池的发展,结构中含有长硫链的有机硫化物(如三硫化物、四硫化物、五硫化物等)受到越来越多的关注。有机硫化合物作为一类重要的硫衍生物,其与单质硫相比具有多种结构和独特性能。

 

郑州大学付永柱在本文首先概述了锂电池中有机硫化物的工作原理,然后讨论有具有精确的锂化位点和可调的容量的有机硫分子。对有机硫化合物进行有机官能团修饰可以提供额外的好处,例如用苯基能够提高放电电压和能量效率,用氮杂环改善循环稳定性。此外,由于硒具有较高的导电率和较低的键能,用硒取代硫也可以改善其电化学性能。本文还介绍了有机硫化物作为电解质添加剂或在锂金属阳极上形成固体电解质界面层的组分。并探讨了了多硫化物分子和聚合物的合成方法。最后,作者介绍了有机硫化物作为锂电池正极材料的优越性,概括总结了有机硫化物作为下一代可充电锂电池正极材料的最新进展,深入分析了其结构-性能关系,并为今后的发展提供了指导。


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DanyangWang, Yongzhu Fu et al, Organosulfides: An Emerging Class of Cathode Materialsfor Rechargeable Lithium Batteries, Accounts of Chemical Research, 2019

DOI: 10.1021/acs.accounts.9b00231

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00231

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