魔角石墨烯再发Science,清华大学Science,上海交大Science丨顶刊日报20190810
纳米人 纳米人 2019-08-10
1. Science: 魔角石墨烯的铁磁转变!

在魔角扭曲的双层石墨烯(TBG)中,当相对旋转角度接近1°,所得到的扁平超晶格会极大地增强电子-电子相互作用。在单粒子图像中,由于自旋和谷对称性,平带呈四倍简并。然而,近期研究结果已经证明,魔角石墨烯在价带填充率为1/2或导带填充率为1/4时表现出高电阻状态,但是,当导带或价带填充率为1/2左右时,魔角石墨烯可以变成超导,理论计算提出这是由于相互作用能够提升自旋和谷退化的磁性有序性。

 

2019年8月9日,美国斯坦福大学DavidGoldhaber-Gordon团队通过明确的实验证据证明,在魔角石墨烯中,导带填充率为3/4附近时表现出特殊铁磁性。研究人员观测到巨大的铁磁弛豫,并伴有巨大的反常霍尔效应(10.4 kΩ),且发现手性边界态的存在。值得注意的是,通过施加一个小的直流电,就能使魔角石墨烯的磁化方向发生反转。                 

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Aaron L. Sharpe, Eli J. Fox, Arthur W.Barnard, Joe Finney, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, M. A. Kastner, David Goldhaber-Gordon, Emergent ferromagnetism near three-quarters filling intwisted bilayer graphene, Science, 2019.

DOI: 10.1126/science.aaw3780

https://science.sciencemag.org/content/365/6453/605?rss=1

 

2. Science: 超高能量密度无铅介电薄膜的多晶纳米设计

超高功率密度介质电容器是电力电子系统中的基本储能元件。然而,其发展过程中面临的一个长期挑战就是提高它们的能量密度。在本文中,清华大学的林元华教授南策文院士团队用多晶纳米域设计策略设计了具有超高能量密度的无铅介电薄膜。他们在相场模拟的指导下,构思并合成了无铅的BiFeO3-BaTiO3-SrTiO3固溶膜,以实现嵌入立方矩阵中的菱形和四方纳米域的共存。该薄膜在保持高极化的同时获得了最小的磁滞回线,并获得了112J/cm3的高能量密度,高能量效率约为80%。这种方法对于设计高性能介电材料和其他受益于纳米结构操作的功能材料提供了借鉴意义。


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Hao Pan,Yuanhua Lin, Cewen Nan et al, Ultrahigh–energy density lead-free dielectricfilms via polymorphic nanodomain design, Science,2019

DOI: 10.1126/science.aaw8109

https://science.sciencemag.org/content/365/6453/578?rss=1

 

3. Science: 18.4%效率,CsPbI3基钙钛矿太阳能电池

尽管β-CsPbI3具有有利于在串联太阳能电池中应用的带隙,但实验上沉积和稳定β-CsPbI3仍然是一个挑战。上海交通大学赵一新团队联合EPFLMichael Grätzel以及M. Ibrahim Dar戚亚冰等人获得了高结晶度的β-CsPbI3薄膜,具有更广泛的光谱响应和增强的相稳定性。

 

基于同步加速器的X射线散射揭示了高度取向的β-CsPbI3晶粒的存在,并且敏感的元素分析-包括电感耦合等离子体质谱法和飞行时间二次离子质谱法 - 证实了它们的全无机组成。通过用碘化胆碱表面处理进一步减轻了钙钛矿层中裂缝和空洞的影响,这增加了电荷载流子寿命并改善了β-CsPbI3吸收层和载流子选择性接触之间的能级对准。由处理过的材料制成的钙钛矿太阳能电池具有高度可重复性和稳定的效率,在45±5℃的环境条件下达到18.4%。


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Thermodynamically stabilized β-CsPbI3–based perovskite solar cells with efficiencies >18%

https://science.sciencemag.org/content/365/6453/591

 

4. Chem. Soc.Rev.综述: 基于二维材料钙钛矿太阳能电池的电荷载流子动力学,效率和稳定性

钙钛矿已被确立为第三代太阳能电池最有前途的材料之一。然而器件效率和稳定性方面仍有许多重大且持久的挑战需要解决。钙钛矿太阳能电池(PSC)的光伏效率极大地取决于电荷载流子动力学。这种复杂的过程包括电荷载流子的产生,提取,传输和收集,每个都需要以有利的方式进行调制以实现高性能。包括石墨烯及其衍生物的二维材料(TDM),过渡金属二硫化物(例如,MoS2,WS2),黑磷(BP),金属纳米片由于高载流子迁移率和可调节的功函数特性在钙钛矿太阳能电池中的应用已经取得了重大进展。

 

近日,乔治亚理工学院 ZhiqunLin南京大学Zhigang Zou温州大学Shun Wang详细描述了作为电极,空穴传输层,电子传输层和PSC中的缓冲层的TDM(即石墨烯,石墨烯,过渡金属二硫化物,BP等)的开发和应用的最新进展。还总结了2D钙钛矿作为PSC中的活性吸收层。进一步讨论了TDM和2D钙钛矿对PSC电荷载流子动力学的影响,以全面了解它们的光电子过程。研究人员最后提出 PSC器件面临的挑战,以及提高光伏器件的效率和稳定性的总体目标。


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Wang, S. Zou, Z. Lin, Z. et al. The charge carrier dynamics,efficiency and stability of two-dimensional material-based perovskite solarcells.Chem. Soc. Rev. 2019.
DOI: 10.1039/C9CS00254E
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00254e#!divAbstract

 

5. Nano Lett.: 锂金属-碳纳米管复合负极用于高性能锂电池

较低的库仑效率和有害的枝晶生长阻碍了高能量密度电池中锂负极的应用。中科大Yanbin ShenLiwei ChenZhangquan Peng团队将锂金属-碳纳米管(Li-CNT)复合材料作为锂电极的替代品,以解决与Li-O2电池中的锂阳极相关的关键问题。

 

其中锂金属浸渍在多孔碳纳米管微球基质(CNTm),并用十八烷基膦酸单层的自组装实现表面钝化,作为定制设计的SEI。Li-CNT复合材料的高比表面积降低了局部电流密度,因此抑制了循环时锂枝晶的形成。此外,量身定制的SEI有效地从电解液中分离出Li-CNT复合材料,并防止电解液进一步分解。当Li-CNT复合负极与另一个基于CNTm的O2正极耦合时,所得Li-O2电池的可逆性和循环寿命得到显著提高。


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FengGuo, Tuo Kang, Zhenjie Liu, Bo Tong, Limin Guo, Yalong Wang, Chenghao Liu, XiChen, Yanfei Zhao, Yanbin Shen, Wei Lu, Liwei Chen, Zhangquan Peng, An AdvancedLithium Metal-Carbon Nanotube Composite Anode for High-Performance Lithium-OxygenBatteries, Nano Letters, 2019.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02560

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b02560

 

6. Nano Lett.: 蚀刻辅助合成具有多种活性表面的异相Au纳米线用于硅烷氧化

在金属催化剂表面上构建多种类型的活性位点可以增强其对特定反应的催化活性。西安交大Mingshang JinKai Chen团队通过蚀刻辅助工艺合成了具有多种活性表面位点的异相金纳米线(Au NWs),该Au催化剂对硅烷氧化反应具有最高的TOF。

 

研究者使用PXRD和像差校正STEM来表征AuNW包含异相结构、平面缺陷和表面台阶,此外,厘清了各种活性位点对催化性能的贡献。Au NW催化剂上的表面步骤显示出在增强催化性能中起最重要的作用。PXRD显示Au NW内的小比例亚稳相可以将催化活性提高1.35倍,提供了改善催化活性的途径。在三种类型的表面活性位点中,平面缺陷的表面终止如孪晶边界(TB)和堆垛层错(SF)的活性低于亚稳相和Au催化剂对硅烷氧化反应的表面步骤。



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ChaoqiWang, Chaoqi Wang, Xiang Li, Lei Jin, Penghan Lu, Catherine Dejoie, Wenxin Zhu,Zhenni Wang, Wei Bi, Rafal E. Dunin-Borkowski, Kai Chen, Mingshang Jin,Etching-Assisted Route to Heterophase Au Nanowires with Multiple Types ofActive Surface Sites for Silane Oxidation, Nano Letters, 2019.

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02532

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.9b02532

 

7. ACS Nano:多功能聚多巴胺材料的合成、表面修饰及其应用

聚多巴胺(PDA)具有制备工艺简单、生物相容性好、粘附性强、易功能化、光热转换效率高、猝灭效果强等优点。并且由于PDA为合成多种多功能纳米材料提供了一种简单而通用的材料表面功能化的方法,因此越来越受到人们的重视。中山大学曾小伟博士南洋理工大学赵彦利教授合作综述了关于PDA的合成、聚合机理、物理化学性质和应用等方面重要研究进展,重点介绍了近年来其在用于表面改性和生物医学等领域的重要成果;最后对基于PDA的纳米平台在未来所面临的挑战和发展前景进行了理性的讨论。


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WeiCheng, Xiaowei Zeng, Yanli Zhao. et al. Versatile Polydopamine Platforms: Synthesisand Promising Applications for Surface Modification and AdvancedNanomedicine. ACS Nano. 2019

DOI:10.1021/acsnano.9b04436

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b04436

 

8. AFM:可生物降解的多功能氧化石墨烯材料用于靶向癌症治疗

斯特拉斯堡大学Alberto Bianco博士团队利用趋化肽N -甲酰基-蛋氨酸-亮氨酸(fMLP)对氧化石墨烯(GO)进行功能化,fMLP可与甲酰基肽受体发生相互作用,后者会在包括宫颈癌细胞在内的不同癌细胞中表达。实验证明了GOfMLP在靶向药物递送和杀伤癌细胞方面具有很好的效果,同时也利用拉曼光谱和透射电镜对其生物降解能力进行了评估。结果表明,GOfMLP易受髓过氧化物酶介导的作用发生降解,并且通过该降解作用诱导中性粒细胞发生脱颗粒。共聚焦成像和流式细胞实验表明,与非功能化的氧化石墨烯相比,GOfMLP能够更快地将化疗药物阿霉素递送入细胞,从而诱导更高水平的细胞凋亡。


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CristinaMartín, AlbertoBianco. et al. A Biodegradable Multifunctional Graphene Oxide Platform for Targeted Cancer Therapy. Advanced Functional Materials. 2019

DOI:10.1002/adfm.201901761

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


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