12篇AM,支春义、张华、Sargent、朱俊杰、宁志军等成果速递丨顶刊日报20191004
纳米人 纳米人 2019-10-04
1. AM: 电愈合法原位消除Zn枝晶有效提高电池寿命

水性锌离子电池(ZBs)具有成本低和能量密度高的优势,是一种非常具有潜力的电池,但是和Li离子电池一样面临着Zn枝晶的问题。传统的解决Zn枝晶的方法是使Zn2+均匀分布或通过电极材料物理屏蔽枝晶。

 

近日,香港城市大学的支春义教授范俊教授课题组在研究ZBs的枝晶问题的基础上,提出了一种通过电愈合主动消除已形成的枝晶的方法,他们发现在中性/温和电解质中,Zn枝晶在大电流密度或高正极负载量下会迅速破坏电池,而且Zn枝晶的存在与电池配置和充电/放电条件相关,因此,通过特定的充电/放电方法控制电流密度,可以使已经形成的枝晶重新溶解,原位消除已形成的Zn枝晶,利用该方法可以将ZBs的寿命延长5倍。该工作为解决电池中的枝晶问题提供了一种新的思路。


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QiYang, Guojin Liang, Ying Guo, Zhuoxin Liu, Boxun Yan, Donghong Wang, ZhaodongHuang, Xinliang Li, Jun Fan*, Chunyi Zhi*. Do ZincDendrites Exist in Neutral Zinc Batteries: A Developed Electrohealing Strategyto In Situ Rescue In-Service Batteries. Adv. Mater., 2019

DOI:10.1002/adma.201903778

https://doi.org/10.1002/adma.201903778

 

2. AM综述:用于电化学储能的层状过渡金属双硫属化物基纳米材料

电化学能量存储(EES)系统的快速发展需要高性能的新型电极材料。层状过渡金属双硫属化物(TMDs,一种典型的2D纳米材料)由于其大的比表面积和有利于快速离子迁移的层结构,被认为是用于EES系统的有希望的材料。近日,新加坡南洋理工大学张华等对TMDs用于EES领域的研究进行了总结。

 

作者首先总结了制备TMDs和基于TMD的纳米杂化材料的典型方法。然后,讨论了为改善各种可再充电电池的电化学性能,例如锂离子电池,锂硫电池,钠离子电池和其他类型的新兴电池,设计和制造层状TMDs基电极材料的策略。此外,还介绍了基于层状TMD的纳米材料在超级电容器中的应用,尤其是在非传统超级电容器中的应用。最后,提出了该领域存在的挑战和有希望的未来研究方向。


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QinbaiYun, Hua Zhang *, et al. Layered Transition Metal Dichalcogenide‐Based Nanomaterials forElectrochemical Energy Storage. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201903826

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903826

 

3. AM:仲铵盐助力高效倒置钙钛矿太阳能电池

宁志军联合Edward H. Sargent 团队报道了效率为21.6%的倒置钙钛矿太阳能电池(PSC)。仅通过将仲胺引入钙钛矿结构中以形成MA1-xDMAxPbI3(MA为甲胺,DMA为二甲胺),使得薄膜缺陷密度和载流子复合得以抑制。DMA可增加薄膜的疏水性和稳定性:在最大功率点下运行800小时后,封装的器件可保持其效率的80%以上。


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Efficientand Stable Inverted Perovskite Solar Cells Incorporating Secondary Amines,Advanced Materials, 2019

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903559

 

4. AM综述:原位透射电子显微镜用于能量材料研究的最新进展

原位透射电子显微镜(TEM)是在原子分辨率下揭示物理和化学过程动力学的最强大方法之一。近日,昆士兰科技大学Dmitri GolbergChao Zhang等总结了原位TEM技术的最新发展,重点介绍了原位TEM如何通过揭示纳米级的详细机制,使各种事件可视化,并解决能源领域的问题。

 

相关应用包括可充电电池,例如锂离子,钠离子,LiO2,NaO2,LiS等,燃料电池,热电,光电和光催化。为了促进各种应用,讨论了引入加热,冷却,电偏压,光照明以及液体和气体环境的原位刺激的方法。近期原位TEM在能源应用中的进展对未来与能源相关的各个领域对新能源材料的研究具有重要启发意义。


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ChaoZhang,* Dmitri Golberg*, et al. Recent Progress of In Situ TransmissionElectron Microscopy for Energy Materials. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201904094

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904094

 

5. AM:原子结构明确的Au团簇用于NIR-II成像

1100-1700nm近红外II(NIR-II)成像在生物组织中具有深层穿透力和高分辨率,对血管相关的医学诊断具有重大意义。然而,当前可用的NIR-II荧光材料具有排泄缓慢和亮度低等问题,这阻碍了其潜在的医学应用。近日,天津大学Xiao‐Dong Zhang新加坡国立大学谢建平等将具有25个Au原子和18个肽配体的原子级精确的Au团簇用于NIR-II成像。

 

Au25团簇在1100-1350 nm处发射,并且金属原子掺杂可显著提高其荧光量子产率。Au25团簇可以穿透深层组织,应用于体内脑血管成像和肿瘤转移。时间分辨脑血流成像表明健康的和具有不同脑部疾病的小鼠具有显著差异。癌症转移高分辨率成像可以识别原发性肿瘤,血管和淋巴转移。此外,将具有NIR-II荧光的金团簇用于0.61 cm深度的肾脏高分辨率成像,定量测量显示86%的金团簇从体内清除,没有任何急性或长期毒性 (100 mg kg-1的剂量)。


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HaileLiu, Guosong Hong, Zhentao Luo, Jianping Xie,* Xiao‐Dong Zhang*, et al. Atomic‐Precision Gold Clustersfor NIR‐II Imaging. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201901015

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901015

 

6. AM:纳米药物诱导的MMP9扩增以促进阿霉素前药在肿瘤的选择性释放

开发可被肿瘤相关酶激活的前药能够有效提高化疗药物的选择性。加州大学顾臻教授中科院长春应化所汤朝晖研究员陈学思研究员合作提出了一种利用康普瑞汀纳米药物(CA4-NPs)和可被基质金属蛋白酶9 (MMP9)激活的阿霉素前药(MMP9-DOX-NPs)的协同策略。CA4是一种典型的血管阻断剂,可选择性地破坏未成熟的肿瘤血管,从而加重肿瘤乏氧状态。

 

在CA4-NPs治疗后,肿瘤中MMP9的表达可提高5.6倍,因此可进一步提高原位4T1乳腺腺癌小鼠模型中MMP9-DOX-NPs的肿瘤选择性药物释放(3.7倍),进而可以显著增强抗肿瘤效果,并降低对全身的毒副作用。


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JianJiang, Zhaohui Tang, Zhen Gu, Xuesi Chen. et al. Combretastatin A4Nanodrug-Induced MMP9 Amplification Boosts Tumor-Selective Release ofDoxorubicin Prodrug. Advanced Materials. 2019

DOI:10.1002/adma.201904278

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904278

 

7. AM综述:从材料研究到临床应用,探讨检测和表征循环稀有细胞的纳米结构基底

血液中循环稀有细胞对材料研究和临床应用均有重要意义。例如:循环肿瘤细胞(CTCs)已被证实是对肿瘤进行“液体活检“的有用生物标记物。循环胎儿有核细胞(CFNCs)在无创产前诊断中表现出潜力。然而,由于循环稀有细胞与血液细胞相比丰度极低,因此对其检测与分离在技术上颇具挑战。近日,加州大学洛杉矶分校Hsian-Rong Tseng研究团队联合中山大学Zunfu Ke研究团队发现通过纳米结构基底的局部形貌相互作用能增强细胞粘附力和用于接枝捕获剂的大表面积,从而为解决这一问题提供了独特的解决方案,同时能提高细胞捕获效率,纯度,灵敏度和可重复性。

 

此外,他们还提出稀有细胞检索策略,包括在不同纳米结构基底表面的刺激响应和添加剂触发释放,实现具有高细胞存活率和分子完整性的CTCs/CFNCs的按需检索捕获。从枚举分类到分子分析,已发现有几种纳米结构基底激活的CTC/ CFNC测定正日趋成熟。有朝一日这会成为疾病诊断,预后预测和治疗反应动态监测的强有力工具,为个性化医疗服务铺平道路。

 

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ZunfuKe, Yazhen Zhu, Hsian-Rong Tseng, et al. Nanostructured Substrates forDetection and Characterization of Circulating Rare Cells: From MaterialsResearch to Clinical Applications. Adv. Mater., 2019.

https://doi.org/10.1002/adma.201903663

 

8. AM:揭示自旋,能量和极化参数之间的协作关系,开发出高效的激基复合LED

台湾明志科技大学Shun‐Wei Liu国立台湾大学Ken‐Tsung Wong美国田纳西大学Bin Hu团队揭示了分子间电荷转移偶极子将自旋,能量和极化之间的协同关系,从而将非辐射三重态收集到激基复合发光二极管中的辐射单重态中。研究表明,激基复合物的三重态到单重态转化涉及人工产生的自旋轨道耦合(SOC)。

 

光致电子参量共振测量表明,分子间电荷转移发生于形成电偶极子时,提供了离子极化以在激基复合物中生成SOC。最高和最低外部量子效率分别为21.05%和4.89%。为了进一步探索自旋,能量和偏振参数之间的协作关系,选择了不同的光致发光波长,以同时研究延迟荧光的同时改变SOC,ΔEST和偏振。当电子云由于偶极子尺寸减小而在更长的发射波长处变得更大变形时,会同时发生增强的SOC,增加的轨道极化和ΔEST降低,从而协同操作三重态到单重态转换。


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Revealingthe Cooperative Relationship between Spin, Energy, and Polarization Parameterstoward Developing High‐Efficiency Exciplex Light‐Emitting Diodes,Advanced Materials, 2019

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904114

 

9. AM:窄带隙n型聚合物半导体,实现高效全聚合物太阳能电池

南方科技大学Xugang Guo团队报道了一种基于无氰基的二氰基苯并噻二唑的新型窄带隙聚合物(DCNBT-IDT)。强大的吸电子氰基功能使DCNBT-IDT具有n型特征,同时减弱了与酰亚胺基团相关的空间位阻。与(N2200)相比,DCNBT-IDT的带隙更窄(1.43 eV),吸收系数更高(6.15×104 cm-1)。

 

当与宽带隙聚合物供体混合时,基于DCNBT-IDT的全PSC可以实现8.32%的效率,0.53 eV的小能量损耗和高达870 nm的光响应。这种效率大大优于N2200(6.13%)。这项工作打破了限制n型聚合物材料创新的长期瓶颈,这为开发具有改善的光电性能的聚合物受体开辟了一条新途径。


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A Narrow‐Bandgap n‐Type Polymer Semiconductor Enabling Efficient All‐Polymer Solar Cells,Advanced Materials, 2019

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905161

 

10. AM综述:碳基纳米笼—先进储能与转换的新平台

能量储存与转换在现代能量体系中扮演着十分重要的角色,因此先进电极材料的使用就显得十分重要。碳基纳米笼由sp2杂化的碳壳组成,具有一个中空的内部空腔、在壳体内具有亚微米级的微通道、具有外表面缺陷的高比表面积以及可调谐的电子结构,与之前得到深入研究的纳米碳如碳纳米管和石墨烯等有很大的不同。这些结构和形态特征使得碳基纳米笼成为先进储能和转换的新平台。

 

在本文中,南京大学的Zheng Hu等综述了碳基纳米笼的最新合成策略,以及利用其独特的多孔结构和形态对复合材料的构建及其在先进储能和能量转换技术中的重要应用。文章深入探讨了结构-功能相关性以突出碳基纳米笼的贡献。作者最后展望了该多功能材料研究和应用的深化和发展趋势。


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QiangWu, Zheng Hu et al, Carbon‐Based Nanocages: A NewPlatform for Advanced Energy Storage and Conversion, Advanced Materials, 2019

DOI: 10.1002/adma.201904177

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904177?af=R

 

11. AM综述:用于锂基电池的电沉积技术—储能领域的新前沿

电沉积技术与锂基电池中广泛采用的固相技术有所区别,它主要是在导电表面上诱导材料合成。电沉积通过施加电能而不是加热来驱动耗能反应。这些特性使得电沉积技术能够满足传统制造技术很少能实现的电池生产过程中的一些需要。在本文中,南京大学的Huigang Zhang等综述了锂离子电池电沉积技术的最新进展。

 

作者认为,锂基电池的每一组分都可以通过多种方法电沉积方法进行合成。电沉积的优点是本文关注的重点,作者将其与传统的生产技术进行了对比以期能够为更好地构建锂离子电池提供新的启发。电沉积涂层表面的共形膜可以控制薄膜厚度,为改善电池性能提供了有效途径。电沉积工程界面可以稳定固体电解质界面(SEI),增强活性材料与基体的结合,从而延长电池寿命。最后,作者展望了电沉积电池的未来研究方向并认为电沉积技术的显著优点将大大推动锂基电池的发展。


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JunPu, Huigang Zhang et al, Electrodeposition Technologies for Li‐Based Batteries: NewFrontiers of Energy Storage, Advanced Materials, 2019

DOI: 10.1002/adma.201903808

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903808?af=R

 

12. AM: 电催化CO2还原的电极材料工程:能量输入和转换效率

电催化CO2还原技术(ECR)可以利用大气中的CO2作为工业生产和日常生活所需的原料,可以同时缓解CO2引起的温室效应和日益增长的能源需求,是一项很有潜力的技术。近年来,各种新型电极材料的设计制备使ECR系统得到了长足的发展。

 

最近,华盛顿州立大学Yuehe Li教授南京大学的朱俊杰教授合作综述了ECR系统中阳极材料和阴极催化剂在高效能量输入和有效的多相催化转化领域的研究进展。基于能源性质和阳极材料作用的不同,他们对ECR系统的基本原理,包括光电阳极辅助ECR系统和生物阳极辅助ECR系统,都进行了详细的介绍。此外,还介绍了ECR的阴极反应机理和反应途径,并讨论了提高ECR转化率和选择性的不同阴极催化剂设计策略。同时,还介绍了阳极材料和阴极催化剂所面临的新挑战和未来的发展方向。该工作有利于促进ECR系统的进一步发展。


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Rong-Bin Song, Wenlei Zhu,Jiaju Fu, Ying Chen, Lixia Liu, Jian-Rong Zhang, Yuehe Lin, Jun-Jie Zhu.Electrode Materials Engineering in Electrocatalytic CO2 Reduction:Energy Input and Conversion Efficiency. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201903796

https://doi.org/10.1002/adma.201903796

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