北大刘忠范Nature Photon.,清华王训Nature Chem. 胡良兵Nat. Nano.丨顶刊日报20190813
纳米人 纳米人 2019-08-13
1. Nature Nanotechnology: 高温冲击波稳定单原子催化剂

单原子催化剂的稳定性对于其实际应用是至关重要的。尽管高温可以促进金属原子与基材之间的键形成,并且具有增强的稳定性,但是它经常引起原子团聚并且与许多对温度敏感的基材不相容。胡良兵及其合作者报道了使用可控制的高温冲击波在非常高的温度(1,500-2,000 K)下合成和稳定单个原子,通过周期性开关加热实现,具有短暂开启状态(55 ms)和十次更长的关闭状态。高温通过形成热力学上有利的金属缺陷键为原子分散提供活化能,并且关闭状态严格地确保整体稳定性,尤其是对于基底。得到的高温单原子作为耐久催化剂表现出优异的热稳定性。报道的冲击波方法是简便的,超快的和通用的(例如,Pt,Ru和Co单原子,以及碳,C3N4和TiO2衬底),这为常规挑战的单原子制造开辟了一条通路。

0-1.jpg

High temperature shockwavestabilized single atoms,NatureNanotechnology (2019)
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0518-7
2. Nature Photonics: 米级水平!石墨烯光子晶体光纤新进展
光子晶体光纤(PCF)与各种功能材料的集成极大地扩展了光纤的应用范围。石墨烯(Gr)与PCF的结合允许电可调性,宽带光学响应和全光纤集成能力。然而,之前的报道仅限于微米级样品,远远落后于米级水平的实际应用要求。北京大学刘忠范和刘开辉及其合作者展示了一种新的混合材料,采用化学气相沉积法生产的Gr-PCF,长度可达半米。Gr-PCF显示出强烈的光物质相互作用,衰减约为8 dB cm -1。此外,基于Gr-PCF的电光调制器在~2V的低栅极电压下表现出宽带响应(1,150-1,600 nm)和大调制深度(在1550 nm处为~20 dB cm-1)。该研究可以实现基于这种Gr-PCF的工业级石墨烯应用,并为二维材料-PCF提供有吸引力的平台。
 

0-2.jpg

Graphene photonic crystal fibrewith strong and tunable light–matter interaction, Nature Photonics (2019)
https://www.nature.com/articles/s41566-019-0492-5
 
3. Nature Chemistry: 团簇调控无机材料成核、生长、组装新策略
众所周知,纳米材料所表现出的化学和物理行为明显不同于它们的体相对应物。但是纳米材料在亚纳米区域的组装过程很难人工操控。人们通常将纳米材料的早期生长分为两个独立的步骤:成核和生长阶段,这与拉默模型所描述的理论相一致。纳米材料最终的形貌与尺寸通常在生长阶段由核和周围单体之间的相互作用决定。在本文中,清华大学王训及其合作者等通过研究发现具有明确结构的团簇(如多金属氧酸盐)可以通过与核的共组装来干预氧化镍和镍钴氢氧化物的成核阶段,从而产生均匀的二元组份化合物。这些二元化合物又可以依次结合第三种或第四种类型的纳米团簇,分别形成三元或四元组分的化合物。研究人员通过进一步地实验证明了这些团簇与无机粒子结合此乃过程的二元和三元化合物都可以作为室温汽油脱硫和立体选择性催化反应的有效原子位点催化剂。
 

0-3.png

Junli Liu, Xun Wang et al,Incorporation of clusters within inorganic materials through their additionduring nucleation steps,Nature Chemistry, 2019
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0303-0


4. Chem. Soc. Rev.: 基于二维材料钙钛矿太阳能电池的电荷转移动力学、效率及稳定性

钙钛矿作为第三代太阳能电池最有前途的材料之一已经得到了广泛的应用。但其在设备效率和稳定性方面仍存在一些重大和持久的问题有待解决。钙钛矿型太阳能电池(PSC)的光伏效率严重依赖于电荷载流子动力学。这一复杂的过程包括电荷载流子的产生、提取、传输和收集,每一个过程都需要以良好的方式进行调制以获得高性能。二维材料(TDMS)包括石墨烯及其衍生物、过渡金属二羟基化物(MoS2、WS2)、黑磷(BP)、金属纳米片和二维钙钛矿活性层等由于其在钙钛矿太阳能电池中的应用受到广泛关注。高载流子迁移率和可调工作函数特性对PSC的载流子动力学有很大的影响。迄今为止,基于TDM的PSC领域已经取得了重大进展。

 

在本文中,温州大学的王舜南京大学的邹志刚以及佐治亚理工大学的林志群等概括了在PSC中作为电极、空穴传输层、电子传输层和缓冲层的TDMS(即石墨烯、石墨烯、过渡金属二茂金属、BP等)的发展和应用的最新进展。文章总结了在PSC中作为主动吸收材料的二维钙钛矿并讨论了TDMS和二维钙钛矿对PSC电荷载流子动力学的影响。最后作者强调了PSC器件面临的挑战,并针对这些问题提出了相应的解决方案,以期提高光伏器件的效率和稳定性。


1-.png

BingWang, Shun Wang, Zhigang Zou, Zhiqun Lin 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. AM:利用碱基对相互作用来保持稳定的纳米胶囊用于药物递送

纳米药物递送系统的靶向和持续药物释放往往因其结构发生不可逆和不受控制的破坏而无法实现。福州大学宋继彬教授团队和美国NIH陈小元教授团队合作制备了一种仿生纳米胶囊,它是通过将聚胸腺嘧啶和光异构化聚偶氮苯(PETAzo) 进行交联并与腺嘌呤修饰的ZnS纳米颗粒(ZnS-A)通过碱基配对相连接组成的。

 

ZnS-A– NPs可将x射线转化为紫外光使得偶氮苯基团发生异构化,从而使得活性载荷在双层膜上发生可控扩散。此外,PETAzo和ZnS-A之间的碱基配对相互作用可以防止药物在体内循环过程中发生渗漏,这样不仅可以增强其在肿瘤中的累积,还可以使其保持稳定。研究表明,该纳米胶囊具有长时间的肿瘤保留、可远程控制的药物释放、增强的肿瘤积累和有效的抗肿瘤作用等优点,因此是一种很好的抗癌药物递送系统。


2-.png

HongzhangDeng, Jibin Song, Xiaoyuan Chen. et al. X-ray-Controlled Bilayer Permeabilityof Bionic Nanocapsules Stabilized by Nucleobase Pairing Interactions forPulsatile Drug Delivery. Advanced Materials. 2019

DOI:10.1002/adma.201903443

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903443

 

6. AM综述:智能荧光纳米粒子的肿瘤靶向策略及其在肿瘤诊疗中的应用

荧光纳米粒子(FNPs)具有信号强度高、耐光漂白、荧光发射可调、灵敏度高、生物相容性好等优点,非常适合用于癌症诊疗领域。此外,FNPs也具有较大的表面积,易于对其修饰从而构建具有肿瘤靶向和相关的诊疗功能的多功能纳米颗粒(MFNPs)。而为了获得更好的靶向性和治疗效果,就有必要对FNPs的性质和靶向机制进行充分了解。

 

米尼奥大学Rui L. Reis教授上海大学吴明红教授王艳丽博士合作综述了近年来被人们广泛接受和应用的靶向机制,如EPR效应、主动靶向、肿瘤微环境(TME)靶向等;此外还对新发现的靶向机制即细胞膜通透性靶向(CMPT)进行了介绍,它可以将纳米材料靶向肿瘤的效率从单纯依靠EPR效应的不足5%提高到50%以上;最后对设计新的肿瘤靶向药物和其临床应用的转化前景进行了总结。


3-.png

JiuyangHe, Minghong Wu, Rui L. Reis, Yanli Wang. et al. Tumor Targeting Strategies ofSmart Fluorescent Nanoparticles and Their Applications in Cancer Diagnosis and Treatment. Advanced Materials. 2019

DOI:10.1002/adma.201902409

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902409

 

7. AM:竹节状氮掺杂碳纳米管阵列作为自供电柔性Li-CO2电池的无金属催化剂

Li-CO2电池具有放电平台长、能量密度高、环境友好等优点,是一种很有前途的可穿戴电子产品储能装置。然而,由于缺乏柔韧耐用的催化剂电极,其循环性和机械刚度较差,严重阻碍了其应用。

 

阿贡实验室陆俊中国工程物理研究院Jianli ChengBin Wang团队利用竹状N掺杂碳纳米管纤维(B-NCNT)作为柔性、耐用的无金属催化剂,制备了具有超长循环寿命、高倍率和大比容量的柔性纤维状Li-CO2电池,用于CO2还原和演化反应。由于具有丰富的吡啶基、丰富的缺陷和周期性竹节活性部位的高氮掺杂,所制备的Li-CO2电池显示出出色的电化学性能,具有23328 mAh g−1的高全放电容量,高倍率的低功耗能力。

 

在电流密度为1000 mA g−1时,低电位间隙高达1.96 V,360次循环的稳定性和良好的柔韧性。同时,双功能B-BCNT被用作纤维型染料敏化太阳能电池的对电极,以制造一种自供电的纤维型Li-CO2电池,其光化学-电能转换效率高达4.6%。该设计以呼吸监测仪为例,具有稳定的电压输出,在可穿戴电子产品中具有很强的适应性和应用潜力。


4-.png

Li, X. et al. Bamboo-Like Nitrogen-Doped Carbon NanotubeForests as Durable Metal-Free Catalysts for Self-Powered Flexible Li–CO2Batteries. Adv. Mater. 0, 1903852, 

DOI: 10.1002/adma.201903852.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903852


8. AM综述: 二维材料的纳米限域催化用于能量转换

2D材料独特的电子和结构特性引发了在催化领域中的研究兴趣。2D材料的晶格和2D覆盖层与其他基板之间的界面为活性位点提供了有趣的限制环境,这刺激了“2D材料的纳米限域催化”的不断研究。对2D材料纳米限域催化的基本理解将有利于合理设计高性能2D纳米催化剂。目前,二维材料的纳米限域催化已经在能量相关的反应过程中得到广泛应用,特别是在转化小的能量相关分子如O2,CH4,CO,CO2,H2O和CH3OH。目前已经应用两种代表性策略,即2D晶格限制单原子和2D覆盖约束金属,以构建具有优异催化活性和稳定性的2D纳米限域催化体系。

 

中科院大连化物所邓德会团队介绍了二维材料纳米限域催化的最新进展及其在几个重要的能源相关催化过程中的广泛应用,包括水电解,燃料电池和C1分子转化。重点讨论了两种代表性策略2D纳米限域催化体系的设计、应用和结构-性能分析的最新进展。分析了用于调节2D纳米限域催化剂的电子状态的不同途径,并且提供了关于2D材料的纳米限域催化对未来能量转换和利用的观点。


5-.png

LeiTang, Xianguang Meng, Dehui Deng, Xinhe Bao, Confinement Catalysis with 2DMaterials for Energy Conversion, Advanced Materials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201901996

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901996

 

9. AM:效率超过16%!环境友好溶剂制备有机光伏电池

非富勒烯受体(NFA)的最新进展使得有机光伏(OPV)电池的效率(PCE)快速增加。然而,使用的高毒性溶剂不适用于大面积加工方法,成为阻碍OPV的大规模生产和商业应用的最大因素之一。因此,在设计高效的OPV材料时,获得良好的环境友好加工性非常重要。

 

化学所的侯剑辉葛子义Huifeng Yao韩国高丽大学Han Young Woo团队采用环境友好溶剂实现了NFA的高效率和良好的可加工性。与聚合物供体PBDB-TF组合,BTP-4F-12显示最佳PCE为16.4%。重要的是,当聚合物供体PBDB-TF被具有更好溶解性的T1替代时,可以应用各种环境友好溶剂来制造OPV器件。最后,通过刮刀涂布法,用四氢呋喃(THF)作为1.07 cm2 OPV电池的处理溶剂,获得超过14%的效率。结果表明,侧链的简单改性可用于调节活性层材料的可加工性,从而使其更适用于使用环境友好溶剂的大规模生产。


6-1-.png

6-2-.png

Hong,L., Yao, H., Wu, Z., Cui, Y., Zhang, T., Xu, Y., Yu, R., Liao, Q., Gao, B.,Xian, K., Woo, H. Y., Ge, Z., Hou, J., Eco‐Compatible Solvent‐Processed OrganicPhotovoltaic Cells with Over 16% Efficiency. Adv. Mater. 2019, 1903441.

DOI:10.1002/adma.201903441

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903441

 

10. AM:用于生物传感和生物医学应用的DNA水凝胶和微凝胶

DNA水凝胶具有DNA功能基序的独特性质,如特异性分子识别、可编程和高精度组装、多功能和良好的生物相容性等,在诸多领域尤其是生物传感和生物医学等方面体现出很好的应用价值。而智能DNA水凝胶可以通过改变其膨胀体积、交联密度和光学或机械性能等来对外界刺激作出响应,这也大大促进了基于DNA水凝胶的体外生物传感系统的发展。

 

当将DNA水凝胶的尺寸缩小到微米或纳米级时,其响应性和递送能力往往会更好,从而满足快速检测、体内实时传感和药物递送等应用的需要。南开大学郭玮炜教授团队综述了近年来对用于生物传感和生物医学领域的智能DNA水凝胶和DNA微凝胶的研究进展,并对其面临的挑战和未来的发展前景进行了展望。


7-.png

FengyunLi, Weiwei Guo. et al. DNA Hydrogels and Microgels for Biosensing and Biomedical Applications. Advanced Materials. 2019

DOI:10.1002/adma.201806538

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201806538

 

11. AM: 通过功能化 氢氟化石墨烯化合物调整表面性质

伊利诺伊大学厄巴纳 - 香槟分校Arend M. van der Zande团队表明新的二维氢氟化石墨烯(HFG)复合材料的相对氢/氟浓度可以在氢化石墨烯(HG)和氟化石墨烯(FG)的两极之间进行调整,从而能够定制材料性质,使得面内图案化产生具有不同表面性质的微米级区域。该石墨烯是通过将石墨烯依次暴露于低能H等离子体和XeF2气体中制成。

 

研究者展示了该技术用于调整表面润湿性、表面摩擦和导电性的效用:1)HFG化合物在接触角为95°±5°的纯FG和接触角为42°±2°的纯HG之间显示出润湿性;2)HFG表面摩擦可以在两个极端之间定制;3)当从FG转变为HG时,在FG部分转变为氢氟化石墨烯期间,官能化石墨烯的电学性质显示出异常的电导恢复,HFG电导率变动了五个数量级。

 

模拟结果表明产生该化合物的机制是吸附原子解吸和替代的动态过程。电导恢复是化学物质转换动力学的结果,当暴露于外来H吸附原子时,F原子从FG表面除去,然后H原子与新打开的石墨烯位点结合。该研究开辟了一类新的2D复合材料和化学图案,应用于由化学/电调制区域组成的原子级薄2D电路。


8-.png

JangyupSon, Nikita Buzov, Sihan Chen, Dongchul Sung, Huije Ryu, Junyoung Kwon, SunPhilKim, Shunya Namiki, Jingwei Xu, Suklyun Hong, Kenji Watanabe, TakashiTaniguchi, William P. King, Gwan-Hyoung Lee, and Arend M. van der Zande,Tailoring Surface Properties via Functionalized Hydrofluorinated GrapheneCompounds, Advanced Materials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201903424

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903424

 

12. AEM: 超薄双层石墨烯-SiO2界面层助力稳定锂金属负极

锂金属负极被视为能够驱动高能量密度的储能需求。然而,由于不稳定的固态电解质界面和不受控的枝晶生长,如果直接使用金属锂则会导致严重的安全问题、较差的倍率性能和较短的循环寿命。为了解决这些问题,中国工程物理研究院Wenhua Zhang美国南卡达科他州立大学的Yue ZhouQiquan Qiao等首次在金属锂片上射频溅射超薄双层石墨烯-SiO2保护层来解决这些问题。

 

这种有效的保护层能够获得稳定的极化曲线和长期锂沉积-剥离稳定性。石墨烯-SiO2保护层修饰后的锂金属在于NCM111和LTO等匹配组装成全电池时相比裸露的锂金属能够获得更高的长期循环稳定性、更好地倍率保持率和更低的电压极化。保护层中的石墨烯能够作为电子桥梁联结沉积锂与锂电极从而降低阻抗并缓冲沉积造成的体积膨胀。添加SiO2能够促进锂离子传导及其锂化-去锂化,为SEI膜提供了更高的电解液亲和力、更高的化学稳定性和更大的杨氏模量来抑制锂枝晶生长。


9-.png

Rajesh Pathak, Wenhua Zhang, Yue Zhou,Qiquan Qiao et al, Ultrathin Bilayer of Graphite/SiO2 as SolidInterface for Reviving Li Metal Anode, Advanced Energy Materials, 2019

DOI: 10.1002/aenm.201901486

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201901486

 

13. AFM:尺寸可变的纳米团簇用于磁共振成像指导的光热治疗

基于蛋白质的诊疗试剂 (PBTA)在癌症的诊疗方面具有优越的性能,但是其在体内的应用也会受到不良的积累、渗透和选择性等因素的限制。中国医科大学孙敏捷博士团队制备了一种对ATP超敏感的蛋白簇,用于增强PBTA的递送和实现磁共振成像(MRI)指导的肿瘤光热治疗。

 

实验将尺寸为9nm,共负载有Gd3+和CuS的牛血清白蛋白纳米颗粒(GdCuB)为模型,将其封装进电荷可变的聚合阳离子(DEP)中形成了120 nm的DEP/GdCuB纳米团簇。实验表明,DEP/GdCuB具有较长的血液循环半衰期,因此其在肿瘤中的积累效果较好。当其到达肿瘤部位后,细胞外的腺苷三磷酸(ATP)可以有效地触发GdCuB的释放,实现其向肿瘤的深处渗透并激活T1加权的磁共振成像指导的肿瘤光热治疗。


10-.png

ZhanweiZhou, Minjie Sun. et al. Size Switchable Nanoclusters Fueled by ExtracellularATP for Promoting Deep Penetration and MRI-Guided Tumor Photothermal Therapy. Advanced Functional Materials. 2019

DOI:10.1002/adfm.201904144

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201904144

加载更多
745

版权声明:

1) 本文仅代表原作者观点,不代表本平台立场,请批判性阅读! 2) 本文内容若存在版权问题,请联系我们及时处理。 3) 除特别说明,本文版权归纳米人工作室所有,翻版必究!
纳米人
你好测试
copryright 2016 纳米人 ICP备16031428号

关注公众号