10篇AM,Ajayan、杨阳、唐智勇、李景虹、付宏刚、廖良生等成果速递丨顶刊日报20190610
纳米人 纳米人 2019-06-10
1. Nature Commun.:三点拓扑金属MoP中的极高电导率

魏尔费米子和狄拉克费米子在凝聚态物理和材料科学中引起了极大的关注。最近,研究人员对几种不同类型的费米子进行了预测。在本文中,德国马普研究所Chandra Shekhar等在MoP这种新发现的三点费米金属中观测到了低温下极高的离子电导。他们发现该金属在2 K的低温下电阻率为6 nΩ cm,电子的平均自由程为11 um。他们利用德哈斯-范-阿尔芬振荡解释了费米表面的自旋分裂。与导电率和载流子数相似的贵金属相比,MoP中的磁阻在2 K时并不会达到饱和的9T。研究人员还发现发现电子的动量弛豫时间比量子相干时间大15倍以上。这种散射尺度之间的差异说明低温下动量守恒散射在MoP中占主导地位。


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Nitesh Kumar, Claudia Felser, Chandra Shekharet al. Extremely high conductivity observed in the triple point topologicalmetal MoP. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-10126-y

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10126-y 

 
2. AM:具有高亲锂特性的化学剥离二维COF

具有可逆氧化还原行为的共价有机框架(COFs)可以被用做锂离子电池电极材料。然而,之前报道过的COFs锂离子扩散动力学缓慢、电子电导差、可逆容量有限且倍率性能差,这严重限制了其实际应用。在本文中,莱斯大学Ajayan联合上海大学Yong Wang天津大学Chen Long等设计了一种每个重复单元有六个不饱和苯环和有序介孔结构的新型二维COF(TFPB-COF)。他们采用化学剥离策略获得了少层COF纳米片,这些二维纳米片的重堆积由于层间MnO2纳米颗粒的形成而受到限制。与体相的三维COF相比,这种二维COF由于层间强烈的共轭π电子云的存在而具有更多储锂位点,电子/离子传输动力学也更加快速。


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Xiaodong Chen, Pulickel M.Ajayan, Long Chen, Yong Wang et al. High‐Lithium‐Affinity Chemically Exfoliated 2D CovalentOrganic Frameworks. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201901640

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901640


3. AM:基于Co–N–C纳米片的Co纳米岛用作锌-空气电池的高效氧电催化剂

开发非贵金属双功能氧还原和析氧反应(ORR/OER)催化剂是提高锌-空气电池反应效率的一项重要任务。Co基催化剂由于Co元素的多价性,被认为是一种很有前景的ORR和OER催化剂。近日,清华大学李景虹黑龙江大学付宏刚Lei Wang等多团队合作,报道了以碳毡为载体,在Co-N-C纳米片上合成Co纳米岛催化剂(Co/Co–N–C)。

 

高OER活性的金属Co岛与具有优异ORR性能的Co–N–C纳米片的协同作用使得Co/Co–N–C催化剂具有良好的双功能催化性能。小波变换扩展X射线吸收精细光谱和X射线光电子光谱证实了Co(主要是Co0)和Co–N–C (主要是Co2+和Co3+)结构的形成。作为空气‐阴极,所组装的锌-空气电池具有较小的充放电电压间隙(0.82 V@10 mA cm−2)和高的功率密度(132mW cm−2),优于商用Pt/C催化剂。此外,Co/Co–N–C在电缆柔性充电锌-空气电池显示出良好的弯曲性和耐久性。作者进一步进行DFT计算与实验研究阐明了锌空气电池Co/Co–N–C阴极氧反应的活性位点。


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Peng Yu, Lei Wang,* Jinghong Li,* HonggangFu*, et al. Co Nanoislands Rooted on Co–N–C Nanosheets as Efficient OxygenElectrocatalyst for Zn–Air Batteries. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201901666

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201901666


4. AM:超细双相碳化物纳米晶限域在多孔氮掺杂碳十二面体中高效HER

设计结构和组成可控的新型非贵金属高效电催化剂用于析氢反应(HER)是一大挑战。近日,新加坡南洋理工大学楼雄文团队用钼酸盐或钨酸盐对 ZIF‐8进行退火,合成了多孔氮掺杂十二面体(PNCDs)限域的超细碳化物纳米晶。通过控制ZIF‐8框架中MO4单元(M = Mo或W)的取代量,可以获得限域在PNCDs中的双相碳化物纳米晶(MC‐M2C/PNCDs),其HER的活性优于单相MC/PNCDs和M2C/PNCDs。催化剂中均匀分布的超细纳米晶有利于活性位点的暴露。PNCDs作为载体促进电荷转移,保护纳米晶体在HER过程中不团聚。此外,MC和M2C之间的强耦合相互作用为水解离和氢气脱附提供了有利的场所。


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Xue Feng Lu, Xiong Wen (David) Lou *, et al. Ultrafine Dual‐Phased Carbide NanocrystalsConfined in Porous Nitrogen‐Doped Carbon Dodecahedronsfor Efficient Hydrogen Evolution Reaction. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201900699

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201900699


5. AM:法诺共振介导的发光碳量子点的可控形成

荧光碳量子点(CQD)的快速和可控合成在纳米光子学和生物光子学领域是至关重要的。华南师范大学Shaolong TieSheng Lan等人提出了一种合成CQD的新策略,该CQD在激光或汞灯的激发下可以发射白光。通过用飞秒激光脉冲照射,掺杂有金纳米颗粒(AuNP)的聚(乙烯醇)(PVA)膜来合成发光的CQD。由PVA产生的CQD是由AuNP介导的两步脱水过程,其不仅作为热源而且作为催化剂起作用。从数值和实验上揭示了,通过共振激发AuNP的低聚物中形成的法诺共振(Fano共振),可以在AuNP的低聚物中实现深亚波长尺度的空间定位温度分布,从而实现小直径的CQD的制备。通过在AuNP/PVA膜中选择性地引入发光CQD,可以实现具有超低能量的光学显示和光学数据存储。


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Zheng, Y., Liu, H., Li, J., Xiang, J., Panmai,M., Dai, Q., Xu, Y., Tie, S., Lan, S. Controllable Formation of LuminescentCarbon Quantum Dots Mediated by the Fano Resonances Formed in Oligomers of GoldNanoparticles. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201901371

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901371


6. AM:基于全无机钙钛矿量子点的柔性,可印刷软X射线探测器

金属卤化物钙钛矿由于其独特的光电特性和简单成本的制造工艺,成为引人注目的光伏和光电探测器应用的最有希望的材料。它们的成分的高原子序数(Z)和显着更高的载流子迁移率也使得钙钛矿半导体适合于检测电离辐射。近日,莫纳什大学BabarShabbir, Yupeng Zhang, Qiaoliang Bao研究团队通过利用这一点,在基于全无机钙钛矿量子点(QD)的刚性和柔性检测器中证明了软X射线诱导的光电流的直接检测。

 

研究人员利用同步加速器软X射线束线,在X射线剂量率为0.0172 mGyair s-1的情况下实现高达1450 μCyair-1 cm-2的高灵敏度,仅有0.1 V偏压,是传统α-Se器件的70倍灵敏。此外,通过廉价的喷墨印刷方法将钙钛矿膜均匀地印刷在各种基板上,证明了多通道检测器阵列的大规模制造。这些结果表明,钙钛矿量子点是检测软X射线和大面积平板或柔性板的理想选择,在多维和不同架构成像技术中具有巨大的应用潜力。


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Liu, J. Shabbir, B. Zhang, Y. Bao, Q. et al.Flexible, Printable Soft-X-Ray Detectors Based on All-Inorganic PerovskiteQuantum Dots. Advanced Materials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201901644

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201901644


7. AM:CsPbBr3量子点2.0:苯磺酸等效配体完全纯化

钙钛矿量子点(Pe-QD)的稳定性和光电子器件性能受到现有配体策略的严格限制,因为这些配体表现出高度动态的结合状态,制约了QD的纯化和存储。近日,南京理工大学李晓明、曾海波研究团队开发了“Br-等效”配体策略,其中所提出的强离子磺酸盐头,例如苯磺酸,可以牢固地结合暴露的Pb离子以形成稳定的结合状态,并且还可以有效地消除由溴化物空位引起的激子捕获的概率。从这两个方面来看,磺酸盐头在完美的钙钛矿晶格中起到与天然Br离子相似的作用。使用这种方法,可以容易地实现高光致发光量子产率(PL QY)> 90%,而不需要胺相关配体。此外,制备的PL QYs在8个纯化循环,超过5个月的储存和高通量光照射后得到良好维持。


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Yang, D. Li, X. Zeng, H. et al. CsPbBr3Quantum Dots 2.0: Benzenesulfonic Acid Equivalent Ligand Awakens CompletePurification. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201900767

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201900767


8. AM:氟化二维碘化铅钙钛矿铁电体

杂化钙钛矿材料因其在光伏和光电子领域的巨大应用潜力而闻名。其中,碘化铅基钙钛矿因其良好的光吸收能力和优异的电输运性而备受关注。尽管许多人认为铁电光伏效应(FEPV)对于高转换效率起着至关重要的作用,但CH3NH3PbI3中的铁电性仍然存在争议,并且获得铁电铅碘化铅钙钛矿仍然具有挑战性。

 

为了避免常规寻找钙钛矿铁电体的方法中的随机性和盲目性,近日,东南大学游雨蒙研究团队开发了氟改性的设计策略。作为示例,研究人员对非极性碘化铅钙钛矿进行了改性,得到了一种新的(4,4-二氟环己基铵)2PbI4二维氟化层状杂化钙钛矿材料,其具有明显的铁电性和可控的自发极化。具有强光致发光的2.38 eV的直接带隙也保证了直接观察极化诱导的FEPV。更重要的是,2D结构和氟化也有望实现良好的稳定性和电荷传输性能。(4,4-二氟环己基铵)2PbI4不仅是具有确认的铁电性的二维氟化碘化铅钙钛矿,而且是研究卤化铅钙钛矿太阳能电池和其他光电子应用中铁电性和FEPV效应的一个很好的平台。


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Sha, T.-T. You, Y.-M. et al. Fluorinated 2DLead Iodide Perovskite Ferroelectrics. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201901843

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201901843


9. AM:极化铁电聚合物,用于高性能钙钛矿太阳能电池

在杂化卤化铅钙钛矿太阳能电池中,能量损失与钙钛矿层和界面中的非辐射复合息息相关。苏州大学廖良生王照奎UCLA杨阳教授通过铁电聚合物的内部掺杂和电场


的外部控制的组合,开发了一种简单有效的策略来改善钙钛矿太阳能电池的性能。首先将一组极化铁电(PFE)聚合物掺杂到MAPbI3层,这不仅改善MAPbI3的结晶,而且调节电池中的非辐射复合。PFE聚合物掺杂使得MA+阳离子有序排列,减少陷阱态,优选多晶钙钛矿膜的生长取向。此外,将PFE插入钙钛矿和空穴传输层之间以增强内建场(BIF),通过电池中加宽的耗尽区而得到增强。作为界面偶极层,PFE聚合物在增加BIF中起关键作用。因此,组装的电池的开路电压为1.14 V,效率为21.38%。


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Zhang, C.‐C., Wang, Z.‐K., Yuan, S., Wang, R., Li, M., Jimoh, M. F., Liao, L.‐S., Yang, Y., Polarized Ferroelectric Polymers for High‐Performance Perovskite Solar Cells. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201902222

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902222#


10. AM:体相和界面复合在高效低维钙钛矿太阳能电池中的作用

2D Ruddlesden-Popper钙钛矿(RPP)太阳能电池具有优异的环境稳定性。然而,RPP电池的效率仍然不如基于3D钙钛矿的电池。德国波茨坦大学Martin Stolterfoht团队分析具有不同层数的(n = 2-4)的2D BA2MAn-1PbnI3n+1钙钛矿电池。PLQY测量表明,在n> 2的材料中,非辐射开路电压(VOC)损失超过辐射损耗。n = 3,4薄膜表现出比标准MAPbI3钙钛矿更高的PLQY,但同时伴随着钙钛矿/C60界面处的界面复合增加。体相钙钛矿主导电池的复合性质。在大多数情况下,准费米能级分裂使电池VOC在20 meV内匹配,这表明金属触点处的复合损失最小。结果表明,电荷传输不良而不是激子解离是RPP电池填充因子降低的主要原因。优化的n = 4的RPP电池效率可达13%。


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Zhang, S., Hosseini, S. M., Gunder, R.,Petsiuk, A., Caprioglio, P., Wolff, C. M., Shoaee, S., Meredith, P., Schorr,S., Unold, T., Burn, P. L., Neher, D., Stolterfoht, M. The Role of Bulk andInterface Recombination in High‐Efficiency Low‐Dimensional Perovskite Solar Cells. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201901090

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901090#


11. AM:MOF包封质粒DNA用于高效的基因递送和表达

基因分子在胞内的递送和功能化在基于基因的诊疗过程中起着重要作用。目前,利用非病毒载体来对质粒DNA (pDNA)进行递送进而实现高效的胞内基因表达的研究也受到越来越多的关注。

 

格里菲斯大学赵慧君团队、Ming Q. Wei团队和国家纳米科学中心唐智勇团队合作,采用仿生矿化和共沉淀法将pDNA包封到ZIF-8和ZIF-8聚合物载体中。pDNA分子在该纳米结构中均具有良好的分布,并且该纳米结构对其也有着很好的酶降解保护作用。实验通过使用聚乙烯亚胺(PEI) 25kD作为包覆剂,使得纳米结构具有增强的负载、更好的pH响应释放性以及更强的结合pDNA的能力。在体外实验中,研究利用ZIF-8-PEI 25kD载体使得pDNA的细胞摄取和溶酶体逃逸得到了很大的改善,进而使得基因表达成功且转染效率很高,并可与昂贵的商业试剂相媲美。


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Yantao Li, Ming Q. Wei, Huijun Zhao, ZhiyongTang, et al. Encapsulation of Plasmid DNA by Nanoscale Metal–Organic Frameworks for Effcient Gene Transportation andExpression. Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201901570

https://doi.org/10.1002/adma.201901570


12. Nano Lett.:超薄氧化石墨炔纳米片用于肿瘤再氧化和血液灌注增强光动力治疗

扩散受限和灌注受限导致的乏氧与肿瘤的发展、转移和治疗耐药性密切相关。而能同时有效克服这两种类型的乏氧以提高癌症治疗效果的策略目前还尚未见报道。中国科学技术大学王育才教授团队和徐航勋教授团队通过使用仿生超薄氧化石墨炔(GDYO)纳米片,有效解决了这两种类型的乏氧可以进而实现了理想的光动力治疗(PDT)效果。实验通过将石墨炔(GDY)进行氧化剥离来制备GDYO纳米片,它能够利用近红外辐射来有效地催化水的氧化释放O2并生成单线态氧(1O2)。同时,GDYO纳米片还具有良好的光热转换性能,其光热转换效率为60.8%。因此,实验通过在GDYO纳米片表面包覆iRGD肽修饰的红细胞膜(i-RBM)后可以实现肿瘤靶向,进而同时实现肿瘤再氧化和血液灌注以增强PDT。


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Wei Jiang, Hangxun Xu, Yucai Wang, et al.Tumor Reoxygenation and Blood Perfusion Enhanced Photodynamic Therapy usingUltrathin Graphdiyne Oxide Nanosheets. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01458

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01458


13. Nano Lett.:二维超晶格的界面修饰助力高效整体水分解

超晶格中不同单分子纳米片之间界面上分子尺度的调控对于提高其催化活性具有重要意义。在本文中,日本国家材料科学研究所Renzhi MaSasaki悉尼科技大学Guoxiu Wang 等系统地研究了MoS2、NiFe层状双氢氧化物(NiFe-LDH)和石墨烯这三种单分子纳米片中任意两种的交替再填充形成的三种超晶格的电催化水分解性能。

 

MoS2/NiFe-LDH超晶格在10 mA/cm2的电流密度下表现出210 mV和110 mV的低过电位,分别优于MoS2/石墨烯和NiFe-LDH/石墨烯超晶格的极化行为。MoS2/NiFe-LDH超晶格双功能电催化剂也表现出对整体水分解的高活性和高稳定性,这种电催化性能也优于商品化Pt/C-RuO2催化剂。这种优异的性能可以归因于HER和OER中间体在MoS2/NiFe-LDH超晶格上的最佳吸附能,这又源于异质界面上的强电子耦合效应。该项研究结果预示着超晶格的界面调控为设计先进的电催化剂提供了一种富有前景的方法。


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Pan Xiong, Renzhi Ma, Takayoshi Sasaki, GuoxiuWang et al. Interface Modulation of Two-Dimensional Superlattices for EfficientOverall Water Splitting. Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01329

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01329

 

14. Nano Lett.:平面内高分散性Cu2O纳米颗粒助力均匀锂沉积

不可控的枝晶生长是限制锂金属负极在可充锂电池中实际应用最大的难题。实现均匀的锂沉积是解决这个棘手问题的关键。在本文中,清华大学深圳研究院Xianying QinBaohua Li香港理工大学Guohua Chen等通过低温热解过程在部分还原的氧化石墨烯片上锚定了高度分散的Cu2O纳米粒子并将其用作金属锂沉积的晶种。Cu2O纳米颗粒的亲锂特性降低了锂成核过程的过电势从而缓解了电池极化,并进一步实现了均匀的锂成核和光滑平整的锂沉积,且有效减少了死锂的形成。因此,在Li-Li对称电池中,这种锂金属电极能够在2 mA/cm2的电流密度下循环140周后保持高达95.6%的库伦效率,且在1 mA/cm2的电流密度下能够循环超过800 h。


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Yuanming Liu, Xianying Qin, Baohua Li et al.In-Plane Highly Dispersed Cu2O Nanoparticles for Seeded Lithium Deposition, Nano Letters, 2019.

DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b01567

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b01567

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