黄维、成会明、刘生忠、卢云峰、许建斌、杨勇、胡勇胜等成果速递丨顶刊日报20190415
纳米人 纳米人 2019-04-15
1. Science Adv.:1089 S cm-1,超高导电聚合物问世!

在物联网时代,人们已经离不开有机电子器件。社会对电子印刷产品,可拉伸电子器件以及柔性显示器和触摸板,基于柔性传感器和驱动器的可穿戴电子器件需求日益增长,而柔性,可湿加工的高导电聚合物则是其中的关键材料。近日,日本山梨大学Hidenori Okuzaki团队报道了一种完全可溶解的自掺杂高导电聚合物材料:S-PEDOT,不含添加剂情况下导电率高达1089 S cm-1,比先前报道的S-PEDOT高出两个数量级,并且超过了PEDOT:PSS的电导率。研究表明,S-PEDOT的分子量是增加纳米晶体数量的关键,减少了相邻纳米晶体之间的平均距离和电荷载流子跳跃的活化能,从而实现最高的体相电导率。

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Hirokazu Yano, Hidenori Okuzaki et al. Fully soluble self-dopedpoly(3,4-ethylenedioxythiophene) with an electrical conductivity greater than1000 S cm−1. Science Advances, 2019.

DOI: 10.1126/sciadv.aav9492

https://advances.sciencemag.org/content/5/4/eaav9492

 
2. Nature Commun.:MoSe2与钙钛矿的异质结构用于水分解

韩国蔚山国家科学技术研究所(UNIST)Hyesung Park、Sang Kyu Kwak与 Guntae Kim团队设计了一种复合钙钛矿氧化物-TMD异质结构,由MoSe2La0.5Sr0.5CoO3-δ(LSC)和科琴黑(KB)组成,用于整体水电解的双功能电催化剂。在LSC和MoSe2异质结构的形成过程中观察到MoSe2(从2H-到1T-MoSe2)的原位局部相变和更亲电的LSC,这是由于从Co到Mo发生的自发电子转移,使得Co离子得到部分氧化。这种电荷转移有望增强MoSe2固有电导率和增加LSC中Co-O和Co-OH的量,可以增强水分解催化活性。这些协同效应一起作用,使氢和氧析出反应的电化学活性显著提高。该异质结构在高电流密度100 mA cm-2下1000 h内表现出优异的总水电解稳定性。


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Nam Khen Oh, Changmin Kim, Junghyun Lee, OhhunKwon, Yunseong Choi, Gwan Yeong Jung, Hyeong Yong Lim, Sang Kyu Kwak, GuntaeKim, Hyesung Park, In-situ local phase-transitioned MoSe2 in La0.5Sr0.5CoO3-δ heterostructure and stable overall water electrolysis over 1000hours. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-09339-y

https://www.nature.com/articles/s41467-019-09339-y

 
3. AM:阴离子吸附性复合隔膜用于高倍率锂离子电池

上海电力大学彭怡婷团队和加州大学洛杉矶分校卢云峰团队通过静电纺丝的手段将金属有机框架颗粒与聚乙烯醇相结合制备了新型的复合隔膜。包含开放金属位点的MOF颗粒可以在允许电解液中锂离子迁移的同时持续吸附阴离子,从而显著提高锂离子迁移数与离子电导率。同时,MOF颗粒的引入避免了电解液的分解、增强了电极反应动力学并且降低了电极与电解液之间的界面阻抗。将这种新型隔膜用于传统锂离子电池可以实现优异的倍率性能和良好的循环稳定性。


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Chen Zhang et al. Anion‐Sorbent Composite Separatorsfor High‐Rate Lithium‐Ion Batteries. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201808338

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201808338

 

4. AM综述:等离子体-纳米孔生物传感器用于单分子检测

等离子体传感器和纳米孔传感器在单分子检测领域受到了人们的广泛关注。等离子体传感器能够在纳米尺度上增强光激发作用,进而实现对表面分析物之间相互作用的光学检测。而纳米孔生物传感器则可具有分析物可穿过的分子尺度孔径,再随后通过电子或光学手段对其进行检测。最近,等离子体和纳米孔结构也已经被集成到单块器件中,作用不仅解决了单个传感方法各自的缺陷,也在改进检测灵敏度、检出率、停留时间和可伸缩性方面提供了很好的帮助。

 

以色列理工学院Amit Meller教授团队综述了等离子体和纳米孔传感器的传感原理,重点介绍了它们在技术方面的互补性和提高单分子传感的性能的机理;介绍了近年来对等离子体-纳米孔器件的研究进展和等离子体-纳米孔器件的常见制备方法,并对其未来发展方向和应用领域进行了展望。


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Spitzberg, J.D., Meller, A. et al.Plasmonic-Nanopore Biosensors for Superior Single-Molecule Detection. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201900422

https://doi.org/10.1002/adma.201900422

 
5. Angew:双靶向、双作用的铂(IV)平台具有增强的抗癌活性和低的肾毒性

新加坡国立大学Giorgia Pastorin教授团队、Wee Han Ang教授团队和以色列希伯来大学Dan Gibson教授团队合作设计了一种新型高效的双靶向平台,可以用于铂(IV)前药在体内的靶向递送。该平台是通过脂质体包封铂(IV)复合物而建立的,其具有的EPR效应是第一靶向,可以帮助实现载药脂质体在肿瘤内的富集。该平台在癌细胞内释放铂(IV)前体药物后,三苯基膦的第二靶向作用会将铂(IV)前体药物定向递送到线粒体。而在细胞内被还原后,这些Pt(IV)前药会释放出两个生物活性分子,分别作用于线粒体和细胞核DNA。结果表明,该平台在体内外都表现出良好的活性,在低微摩尔浓度下也具有良好的抗肿瘤性能,并且肾脏毒性也有显著的降低。


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Babak,M.V., Ang, W.H., Gibson, D., Pastorin, G. et al. Dual-targeting Dual-actionPlatinum(IV) Platform for Enhanced Anticancer Activity and Reduced Nephrotoxicity. Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI:10.1002/anie.201903112

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201903112

 

6. ACS Cent. Sci.:工程化磁小体可作为高性能的癌症疫苗

北京理工大学谢海燕教授团队和中科院过程工程研究所魏炜团队合作,以Fe3O4磁性纳米团簇(MNCs)作为核心,以抗CD205修饰的癌细胞膜作为伪装的外衣制备了一种新型的癌症疫苗。由于MNCs具有超顺磁性和磁化作用,实验可以实现疫苗在淋巴结内的磁滞留,从而为树突状细胞(DCs)摄取抗原提供了时间。而其表面修饰的癌细胞膜可存蓄各种抗原,随后产生多抗原反应。此外,修饰的抗CD205也可以直接将更多的疫苗导入CD8+ DC,进而促进主要组织相容性复合体(MHC) I的交叉表达。这些独特的性能使得该疫苗可以实现T细胞的大量增殖,具有优越的克隆多样性和细胞毒性,实验也在五种不同的肿瘤模型上观察到有效的预防和治疗效果。


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Li, F., Wei, W., Xie, H.Y. et al. Engineering Magnetosomes for High-Performance Cancer Vaccination. ACS Central Science,2019.

DOI: 10.1021/acscentsci.9b00060

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acscentsci.9b00060

 

7. AFM:三嵌段分子自组装胶束用于化学-光动力治疗乳腺癌

尽管纳米颗粒有望改变癌症治疗的方式,但是其效率往往较低。近年来的研究发现,纳米颗粒所具有的EPR效应挥别复杂的肿瘤微环境影响。为了更有效地利用EPR效应,四川大学高会乐教授团队设计了一种新型可转换的纳米材料。

 

实验通过疏水头(Ce6)或胆红素(BR)、形成氢键的肽段(FFVLK))和亲水性尾(聚乙二醇(PEG))进行串联共轭,合成了一种能在水溶液中形成胶束的嵌合分子(Ce6/BR-FFVLK-PEG)。该球形胶束具有可转换的形状。在参与体内循环后,该胶束会对650 nm激光照射产生反应,并转变为纳米球,使其在肿瘤内可以滞留明显。实验随后将对活性氧响应的紫杉醇二聚体(PTX2-TK)通过硫代酮连接剂与胶束分子相连,合成的PTX2-TK@Ce6/BR-FFVLK-PEG纳米药物可作为一种有效的化学-光动力治疗试剂,体内外治疗效果良好。


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Liu, R., Gao, H.L. et al. Linear ChimericTriblock Molecules Self-Assembled Micelles with Controllably Transformable Property to Enhance Tumor Retention for Chemo-Photodynamic Therapy of BreastCancer. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201808462

https://doi.org/10.1002/adfm.201808462

 

8. AFM:验证可植入的带血管蒂肝芯片治疗动物疾病的效果

人工肝模型已广泛应用于病理建模和毒理学研究。然而,由于肝脏的结构和功能较为复杂,在现有的体外肝模型上的结果很难与在体内观察到的现象相对应。延世大学医学院Soo Han Bae教授团队和Hak-Joon Sung教授团队合作设计了一种新的肝脏模型用于3D水凝胶中植入和维持肝芽生长,并可以在200微米的扩散极限内形成微血管网络。

 

该系统可以模拟复制非酒精性脂肪肝进展过程中产生的炎症、脂质积累和纤维化,并可以成功预测在小鼠模型上的治疗结果。并且在该模型上的实验表明,一种肝脏降脂药物能够恢复细胞的线粒体活性并显著降低炎症、氧化应激和脂质积累。因此该肝脏模型不仅具有很好的预测能力,而且具有可扩展性,能应用于高通量药物筛选和研究,为替代动物模型提供了一个很好的选择。


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Lee, J.B., Bae, S.H., Sung, H.J. et al.Implantable Vascularized Liver Chip for Cross-Validation of Disease Treatment with Animal Model. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201900075

https://doi.org/10.1002/adfm.201900075

 
9. AFM:分子偶联的二氧化钛和碳化物片用于可穿戴高倍率准固态电池

为了满足人们对可穿戴电子器件的使用需求,尤其是那些使用固态电解质并以高倍率运行的电子设备,迫切需要产生高性能、灵活轻便的供电电极。苏州大学材料学院的耿凤霞教授团队通过规则地堆叠在分子水平上偶联的二维二氧化钛和碳化物片成功地实现了具有理想的机械稳定性和高电化学性能的自支撑电极。

 

该电极具有优异的倍率性能(在3.4分钟内可实现高达114 mAh/g的容量)和杰出的循环稳定性(在1000 mA/g的电流密度下循环1000周后容量保持率高达93%)。得益于上述优势,采用聚乙二醇二胺基凝胶聚合物电解质的柔性安全锂离子全电池在能量密度为59 Wh/kg时保持功率密度为1412 W/kg。重要的是,在机械变形和多次断裂和自愈循环后,优异的电化学性能得到了良好的维持,证明了在可穿戴式动力装置中实际应用的可行性。


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Jinli Wu, Fengxia Geng et al. Molecularly Coupled Two-Dimensional Titanium Oxide and Carbide Sheetsfor Wearable and High‐Rate Quasi‐Solid‐State Rechargeable Batteries. Advanced Functional Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201901576

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201901576

 
10. Nano Lett.:高温自主停止锂离子传输的固态聚合物电解质用于全固态锂金属电池

苏州大学晏成林和钱涛团队通过使用高离子电导率的热敏固态聚合物电解质(TSPE)设计了一种新的高安全性全固态锂金属电池(LMB),提供了一种智能和主动的方法,通过有效的热诱导,能够自主关闭超出不安全温度的电极之间的离子传导。TSPE是通过聚(1,3-二氧戊环)(PDOL)和聚(烯丙基-硫化锂)(PLAS)的共聚合制备,其具有高离子电导率(30°C时为2×10-4S cm-1)和优异的抑制枝晶生长作用,并显示出对温度变化的自主反应。因此,当电池温度升高到危险程度(70°C)时,电解质会停止锂离子传输并永久地不可逆地关闭电池工作,从而能够消除燃烧和爆炸的可能性,对于大规模电池系列的安全应用具有重要意义。此外,构建的全固态Li||LiFePO4电池在0.2 C时提供160 mAh g-1的比容量,并具有出色的高倍率性能(5 C)和长循环寿命(超过400次)。


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Jinqiu Zhou, Tao Qian* , Jie Liu , MengfanWang , Li Zhang, Chenglin Yan*, High-Safety All-Solid-State Lithium-MetalBattery with High-Ionic-Conductivity Thermoresponsive Solid PolymerElectrolyte. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00450

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00450


11. ACS Nano:高性能反双极性器件助攻高密度数据存储

反双极性器件同时存在正跨导和负跨导,在逻辑电路设计中有着广泛的应用前景如倍频器,二进制相/频移键控电路和三值反相器,其优势在于可以简化电路设计,进一步提高芯片集成度。但高性能反双极性器件的制备,一直是一个难题。近日,天津大学胡晓东、刘晶团队和南加州大学Chongwu Zhou团队,利用一种快速、非易失的光电掺杂方法,实现了任意MoTe2/MoS2异质结器件由双极性到反双极性可控转变,且该反双极性器件展现超高的开关比(达到10,相比于之前同行的工作,提升了1-4个数量级)和大的开态电流(mA级)。基于该反双极性器件,团队设计了可调的多值反相器,有望打破基本的2-bit位限制,实现高密度数据存储。


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Enxiu Wu et al. Photo-Induced Doping to EnableTunable and High-Performance Anti-Ambipolar MoTe2/MoS2Heterotransistors. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.9b00201

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.9b00201

 
12. ACS EnergyLett.:14.47%效率,高效二维钙钛矿太阳能电池

香港中文大学许建斌课题组提出了在引入具有三个氨基的对称阳离子胍(GA +)之后,二维钙钛矿的结晶度,光电性质和稳定性可以由于增强的层间相互作用而同步改善。新的(BA,GA)2(MA)2Pb3I10RPP薄膜显示出优先垂直的取向,并且具有从底部到顶部表面的空间良好对齐能带,加快能量转移。组装的器件具有1.25 V的高开路电压,最小的非辐射损耗为0.14 V,效率高达14.47%。更重要的是,由于GA+的尺寸中等,可以消除RPP膜中的晶格应变,即使在激光照射下也能保护其免于相分离。


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Long,M.; Zhang, T.; Chen, D.; Qin, M.; Chen, Z.; Gong, L.; Lu, X.; Xie, F.; Xie, W.;Chen, J.; Xu, J. Interlayer Interaction Enhancement in Ruddlesden-Popper Perovskite Solar Cells Towards High Efficiency and Phase Stability. ACS EnergyLetters, 2019.

DOI:10.1021/acsenergylett.9b0035

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b00351

 
13. AEM:10.88%,CsPbIBr2太阳能电池的最高效率!

为了优化基于无机钙钛矿太阳能电池,中科院大连化物所刘生忠、Kai Wang等人采用镧系元素卤化物来改变电子传输层/钙钛矿界面并形成梯度能带,其可以抑制钙钛矿界面和内部的电荷复合。最终,器件获得了高达10.88%的效率,这是基于CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的最高效率。


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WaqasSiddique Subhani, Kai Wang, Minyong Du, Xiuli Wang, Shengzhong (Frank) Liu.Interface-Modification-Induced Gradient Energy Band for Highly Efficient CsPbIBr2 Perovskite Solar Cells. Advanced Energy Materials,2019.

DOI:10.1002/aenm.201803785

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201803785

 
14. JPCL:α/δ相位调控实现稳定,高效的近红外钙钛矿LED

尽管甲脒碘化铅(FAPbI3)钙钛矿在光电子领域显示出极好的前景,但它受到α-FAPbI3向δ-FAPbI3的转化的限制。近日南京工业大学黄维和陈永华团队首次将二胺阳离子(EDBE:2,2-(亚乙二氧基)双(乙胺))引入到FAPbI3,获得稳定、高效的近红外钙钛矿发光二极管(NIR PeLED)。 通过合理调节α/δ相,研究人员成功制备了EQE高达11.40%的NIRPeLED。 此外,钙钛矿膜具有优异的稳定性,在空气中放置270天没有发生显著的变化。这些研究结果表明,EDBE的引入不仅降低了α-FAPbI3钙钛矿的形成能,而且相邻EDBE分子之间形成的氢键增加了钙钛矿器件的稳定性。 这项工作有助于指导FAPbI3的相变机制,进一步提高LED的性能。


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Qiu, J. et al. Stable,Efficient Near-infrared Light-Emitting Diodes Enabledby α/δ Phase Modulation. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2019.

DOI:10.1021/acs.jpclett.9b00587

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jpclett.9b00587

 
15. ESM:一种具有高钠离子电导率的新型NASICON基玻璃-陶瓷复合电解质

NASICON型材料Na1+xZr2SixP3-xO12被视为可用于固态钠电池的理想的固态电解质选择。然而,该材料的离子电导率需要进一步提高以满足电池工作的需要。在本文中,中科院物理所胡勇胜、Yaxiang Lu、以及厦门大学杨勇等人合作通过向传统NASICON 电解质中添加NaF组分成功地将其离子电导率从4.5×10-4S/cm提高到1.7×10-3 S/cm,其离子迁移的活化能为0.28 eV。他们还通过XRD、XPS、SEM以及固态核磁等手段对Na3Zr2Si2PO12-xNaF材料的长程有序性和局部结构进行了定性分析和定量研究。结果表明,在前驱体中加入NaF后,NASICON晶粒的单斜相逐渐转变为菱形相,并在其周围形成“黏结剂状”玻璃相,表明NaF对晶界的改性和离子导电性的提高起着重要作用。


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Yuanjun Shao, Yaxiang Lu, Yongsheng Hu, YongYang et al. A novel NASICON-based glass-ceramic composite electrolyte with enhancedNa-ion conductivity. Energy Storage Materials, 2019.

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.04.009

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719300042

 
16. Small综述:锂金属电池用锂金属负极的关键问题

可充电电池被认为是对环境有害的化石燃料能源技术的有前途的替代品。高比能的锂金属电池由于便携式电子设备和电动汽车的使用而广受关注。然而,锂金属电池的低库伦效率、短循环寿命、巨大体积膨胀、不受控的枝晶生长以及无尽的界面反应等问题严重制约了其实际应用。当前的研究主要着力于解决上述问题并通过调控电解液组分、设计电极框架以及开发基于纳米技术的解决方案而取得了重大进展。为了提供对目前锂金属负极及其电化学问题概念上的理解,中科院金属所成会明院士、李峰研究员等人概述了锂金属电池技术的最新进展,并对今后研制安全稳定的金属锂负极提出了建议。


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Zahid Ali Ghazi, Feng Li, Huiming Cheng et al. Key Aspects of Lithium Metal Anodesfor Lithium Metal BatteriesSmall, 2019.

DOI: 10.1002/smll.201900687

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201900687

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