顶刊日报丨叶志镇、宋延林、张强、郭少军、陆盈盈等成果速递20200211
纳米人 纳米人 2020-02-13
1. JACS:金属-有机框架对聚合物末端的识别,实现了聚合物的色谱分离

精确控制聚合物链中末端基团的性质是现代高分子科学的一个重要方面。尽管主链单体数量远超过末端,但末端对聚合物化学反应具有重大影响。末端功能化的聚合物是表面活性剂、嵌段共聚物、超分子聚合物、聚合物网络以及生物偶联化合物等不可缺少的原料。尽管它们具有很高的经济重要性,但高效制备末端功能化聚合物仍然具有挑战性,这主要是因为具有高末端识别能力的实际分离技术效率低下。高效分离不同功能末端聚合物的关键技术一直是高分子工业和现代化学研究的热点。与常用的分子识别技术不同,对聚合物结构的识别要求具有极高的识别能力,从而能够识别大聚合物链中的边缘结构差异。

 

在此,东京大学Takashi Uemura证明了金属有机框架(MOF)可以识别聚合物的末端结构,从而使首次报道的聚合物色谱分离成为可能。末端功能化的聚乙二醇(PEG)被选择性地插入到MOF通道中,插入动力学依赖于PEG末端的投影尺寸。这种尺寸选择插入机制有助于使用液相色谱法(LC)精确鉴别末端官能化的PEG。因此,用MOF填充的色谱柱为使用常规LC系统分离此类末端官能化的聚合物提供了一种高效且容易获得的方法。


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NagiMizutani, Nobuhiko Hosono, Benjamin Le Ouay, Takashi Kitao, RyoichirouMatsuura, Takuya Kubo, Takashi Uemura. Recognition of Polymer Terminus by Metal–Organic Frameworks EnablingChromatographic Separation of Polymers. J. Am. Chem. Soc. 2020.

DOI:10.1021/jacs.9b13568.

https://doi.org/10.1021/jacs.9b13568

 

2. JACS: 氢稳定的RhPdH二维双金属烯纳米片用作高效析氢催化剂

氢气具有极高的比能量,燃烧产物只有水,因此被视为清洁能源载体。电解水,即将水电解生成氢气和氧气,是一种清洁的产氢方式。为了促进电解水析氢反应的进行,在较低的过电位下实现较高的反应速率,常需要使用高效的催化剂。如何设计出活性高、稳定性强的碱性析氢催化剂仍是一个巨大的挑战。高度卷曲、亚纳米厚的双金属合金纳米片材料具有类似于石墨烯的结构,研究者将其命名为“双金属烯(bimetallene)。近日,吉林大学崔小强教授等人设计制备了一种高效的二维双金属氢化物催化剂,其中H原子稳定铑钯双金属烯。该催化剂的形成是由于在合成过程中引入了甲醛溶液原位化学释放的H。这提供了一种基于金属元素不稳定组合的高稳定性的催化剂。

 

密度泛函理论计算表明,氢受电子相互作用和RhPd合金反稳定性Miedema模型的限制。所得催化剂具有优异的碱性HER催化性能,达到10 mA cm-2时的过电位仅需40mV,而且具有出色的稳定性,在100 mA cm-2下的稳定性工作时间超过10h。实验结果表明,约束后的H能提高活性,而超薄片状形貌结构赋予了催化剂良好的稳定性。该工作为通过限制杂原子进入双金属烯的晶格来合成高活性催化剂提供了指导,同时也为高不混相组分组成的双金属烯的生长提供了一种非常新颖的机制。


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Jinchang Fan; Jiandong Wu;Xiaoqiang Cui; Lin Gu; Qinghua Zhang; Fanqi Meng; Bing-Hua Lei; David J. Singh;Weitao Zheng. Hydrogen stabilized RhPdH 2D bimetallene nanosheets for efficientalkaline hydrogen evolution. Journal of the American Chemical Society, 2020.

DOI: 10.1021/jacs.0c00218

https://doi.org/10.1021/jacs.0c00218

 

3. Angew:6.43%效率!DJ相,稳定的锡基钙钛矿太阳能电池

低维锡基钙钛矿具有出色的抗氧化性和耐湿性,在无铅钙钛矿光伏器件中起着不可替代的作用。中科院化学所的宋延林郑州大学的张懿强团队将1,4-丁二胺(BEA)掺入FASnI3中,开发了一系列新的(BEA)FAn-1SnnI3n+1的低维Dion-Jacobson(LDDJ)相无铅钙钛矿。

 

(BEA)FA2Sn3I10带隙的宽度似乎受到由于高对称性引起的结构变形的轻微影响。BEA配体的引入稳定了低维锡基钙钛矿的结构(形成能≈106 j/ mol),从而抑制了Sn2+的氧化。此外,(BEA)FA2Sn3I10薄膜的电子和空穴的扩散长度分别超过450和340 nm。基于BEA)FA2Sn3I10的太阳能电池可实现6.43%的最佳效率(PCE),且回滞可忽略不计。这些器件可以在1000小时后保留其初始PCE的90%以上(FASnI3器件仅有<60%)。


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Low‐Dimensional Dion‐Jacobson Phase Lead‐free Perovskites forHigh‐Performance Photovoltaic with Improved Stability,Angew., 2020

https://doi.org/10.1002/anie.202000460

 

4. EES综述:柔性可穿戴太阳能电池用于自供电电子器件

随着储能技术的迅速发展和对于全球变暖的持续关注,开发可适用于任何物质或设备表面,具有绿色、可再生和廉价等优点的储能体系极为重要。基于太阳能的光伏技术与器件作为传统能源的理想替代品,可以满足这一需求。在此背景下,柔性、可穿戴的太阳能电池因其灵活性高、轻质、易加工性和可在曲面上集成等优势,成为未来光伏技术实际应用的重要方向之一。

 

基于这一背景,新加坡国立大学的Seeram Ramakrishna教授团队在国际期刊Energy & Environmental Science上发表综述论文,首先总结了柔性、可穿戴太阳能电池用于自供电电子器件的研究进展。其次,分五个部分(钙钛矿、染料敏化、有机、纤维状和纺织太阳能电池)阐述了它们的工作机理、工作准则和设计标准,以及最新进展。最后,总结了可穿戴传感器/设备的新应用,表明该领域巨大的发展前景。



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Seyyed Alireza Hashemi, Seeram Ramakrishna, Armin Gerhard Aberle.Recent Progress in Flexible-Wearable Solar Cells for Self-Powered ElectronicDevices. 2020.

DOI: 10.1039/C9EE03046H

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee03046h/unauth#!divAbstract

 

5. Nano Energy: 合理设计多孔氮掺杂Ti3C2型MXenes用作Li-S电池多功能电催化剂

Li-S电池中难以控制的多硫化物穿梭效应以及迟钝的反应动力学会对电池的电化学性能产生不利影响。最近,西南科技大学的宋英泽苏州大学的孙靖宇以及清华大学的张强教授等通过简单的牺牲模板法制备了多孔的氮掺杂Ti3C2(P-NTC)并将其用作Li-S电池的多功能催化剂。得益于其高电子电导率、巨大的比表面积以及和多硫化物的强相互作用,P-NTC能够引发多硫化物发生表面介导的氧化还原反应。

 

此外,Ti3C2表面均匀的N原子掺杂使其与Li原子的界面相互作用显著增强, Li2S解离的势垒也得到了显著降低。因此,N-PTC不仅可以用作多硫化物的高效固定剂,还可以用作多功能催化剂来促进充放电过程中Li2S的成核与分解。所以,S/P-NTC正极在2C下循环1200周后的平均容量衰减仅为0.033%。此外,在高硫含量的电极中,P-NTC也能够实现高达9.0mAh/cm2的高面容量。


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YingzeSong, Jingyu Sun, Qiang Zhang et al, Rational design of porous nitrogen-dopedTi3C2 MXene as a multifunctional electrocatalyst forLi–S chemistry,Nano Energy, 2020

DOI: 10.1016/j.nanoen.2020.104555

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285520301129?dgcid=rss_sd_all#!

 

6. AEM: 用于电催化水分解的贵金属基纳米结构材料研究进展

电化学水分解在清洁和可再生能源生产和转化的发展中起着至关重要的作用,这是减少社会对化石燃料的依赖的极有前途的途径。因此,必须开发出高活性,具有成本效益且耐用的催化剂,以减少反应超电势并提高电催化效率。近日,北京大学郭少军发表综述总结了最近的研究成果,这些研究成果主要是基于贵金属的结构工程来开发基于贵金属的具有优异的水分解催化性能的先进电催化剂。

 

首先,给出了水分解机理的简单描述和一些有前途的结构工程策略,包括杂原子结合,应变工程,界面/混合工程和单原子构造。然后,借助理论模拟,探讨了贵金属电子/几何结构与水分解性能之间的潜在关系。最后,提出他的个人观点,以突出开发适用于结构工程应用中水分解的广泛商业用途的新型电催化剂的挑战和机遇。


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YingjieLi, Yingjun Sun, Yingnan Qin, Weiyu Zhang, Lei Wang, Mingchuan Luo, Huai Yang,Shaojun Guo, Recent Advances on Water‐Splitting ElectrocatalysisMediated by Noble‐Metal‐BasedNanostructured Materials, Adv. Energy Mater. 2020

DOI:10.1002/aenm.201903120

https://doi.org/10.1002/aenm.201903120

 

7. AFM: 硅氧烷有望用于锂硫电池正极,可调节多硫化物的吸附和转化

对于克服多硫化物的穿梭和缓慢的氧化还原反应而言,设计合适的正极仍然是锂硫电池(LSB)的主要挑战。为了应对这一挑战,浙江大学陆盈盈叶志镇吕建国黄靖云等人通过合理的湿化学剥离方法开发了二维硅氧烷纳米片,从中可以将S@siloxene@graphene(Si/G)杂化体构建为Li-S电池的正极。硅氧烷具有波浪状的二维Si主链,在Si6环中接枝了大量O,羟基官能化的表面可以通过化学捕集能力和动力学上增强的多硫化物转化的协同作用有效地拦截多硫化物。

 

理论分析进一步表明,硅氧烷可以显着提高吸附能,并降低Li+扩散的能垒。与2DSi/G混合正极组装的LSB表现出大大提高的倍率性能(在4 C下硫含量分别为1、2.9和4.2 mg cm-2的情况下的919、759和646 mAh g-1)和极好的耐久性(在1000次循环中得到了证实,初始容量为951 mAh g-1,在1 C下硫含量为4.2 mg cm-2时,衰减率为可忽略不计0.032%。可以预期,此处介绍的研究将为开发具有硅氧烷的高性能LSB开辟新的视野,并将其用于实际应用。


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YangWang, Liping Zhou, Jingyun Huang, Xinyang Wang, Xinling Xu, Jianguo Lu, YangTian, Zhizhen Ye, Haichao Tang, Shuit‐Tong Lee, Yingying Lu, Highly Stable Lithium−Sulfur Batteries Promised by Siloxene: An Effective Cathode Materialto Regulate the Adsorption and Conversion of Polysulfides, Adv. Funct. Mater. 2020

DOI:10.1002/adfm.201910331

https://doi.org/10.1002/adfm.201910331

 

8. AFM:液滴在仿生表面的蠕动

控制液体在表面的流动在各种技术中已经得到广泛应用,例如在实现自润滑、相变传热和微流控领域。尽管目前在模拟蠕动表面上的定向液体传输取得了可喜的进步,但液体仅定向扩散,并留下湿润的痕迹。而实现液体在后侧的定向收缩,并最终实现从一处到另一处的整体单向运动仍然是一个挑战。基于此,中国科学院未来技术学院Zhichao Dong等人展示了一种在突然自发的气泡悬浮作用下,停留在仿蠕动表面上的液体可以像蠕虫一样定向快速地爬行。

 

抽真空或化学反应会在液体下方产生定向超压从而引起在模拟表面的不对称微腔的突然成核、生长、结合和气泡破裂,而导致液体的引导收缩和扩散。气泡调节这种新的液体定向运动模式。该策略为液体定向运动的各种应用提供了机会,如微流控设备、油水分离和水收集系统。


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ShanZhou, Cunlong Yu, Chuxin Li, Lei Jiang, Zhichao Dong. Droplets Crawling onPeristome‐Mimetic Surfaces. Advanced Functional Materials.2020

DOI: 10.1002/adfm.201908066

https://doi.org/10.1002/adfm.201908066

 

9. ACS Nano:半导体聚合物纳米粒子作为诊疗系统用于NIR-II荧光成像和光热治疗

将第二近红外窗口(NIR-II,1000-1700 nm)的荧光成像与安全激光强度下的光热治疗(PTT)相结合的诊疗系统在临床前研究和临床实践中具有巨大的潜力,但开发具有足够的有效NIR-II亮度和优异的光热性能的此类系统仍具有挑战性。在此,浙江大学钱骏浙江工业大学胡青莲中国科学院上海药物研究所陈浩南京工业大学刘杰等人报道了一种基于半导体聚合物纳米粒子(L1057 NPs)的诊疗系统,用于在980 nm激光照射下进行NIR-II荧光成像和PTT,分别具有低(25mW/cm2)和高(720 mW/cm2)的激光通量。

 

综合考虑消光系数、量子产率和近红外Ⅱ区发射比例等多个参数,L1057 NPs比大多数报道的有机近红外II荧光团具有更高的有效近红外II亮度。高亮度,再加上良好的稳定性和良好的生物相容性,可以实时显示全身和脑血管,并以高清晰度检测缺血性中风和肿瘤。L1057 NPs具有优异的光热性能和在980 nm处的高的最大允许曝光极限,可在安全的激光通量下用于肿瘤的PTT。本研究表明,L1057 NPs在安全的激光通量下是一种优良的NIR-II成像和PTT诊疗系统,在生物医学领域具有广阔的应用前景。


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YanqingYang, Xiaoxiao Fan, Ling Li, et al. Semiconducting Polymer Nanoparticles asTheranostic System for Near-Infrared-II Fluorescence Imaging and PhotothermalTherapy under Safe Laser Fluence, ACS Nano, 2020.

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00043

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