7篇AM,胡文平、张跃、刘生忠、侯剑辉、王欣然等成果速递丨顶刊日报20190722
纳米人 纳米人 2019-07-22
1. Nature Methods:一种基因可编码的细胞型特异性蛋白合成抑制剂

化学抑制剂揭示了驱动细胞可塑性的蛋白质合成的需求。有鉴于此,德国马普研究所Erin M. Schuman等人开发了一种基因可编码的蛋白质合成抑制剂(gePSI),以实现蛋白质合成的细胞型特异性控制。控制gePSI在神经元或胶质细胞中的表达,可快速、有效、可逆地抑制蛋白质的合成。此外,gePSI在单神经元中的表达阻断了单突触刺激诱导的结构可塑性。


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Maximilian Heumüller, CasparGlock, Vidhya Rangaraju, Anne Biever & Erin M. Schuman. A geneticallyencodable cell-type-specific protein synthesis inhibitor. Nature Methods. 2019

DOI: 10.1038/s41592-019-0468-x

https://www.nature.com/articles/s41592-019-0468-x

 
2. Nature Commun.:激光雕刻超薄过渡金属碳化物用于能量储存和收集

超薄过渡金属碳化物具有容量大、比表面积大、导电性好等优点,是一种具有广阔应用前景的新型材料。然而,超薄碳化物的制备缺乏大规模、低成本、无前驱物的方法。有鉴于此,加州大学伯克利分校Liwei Lin麻省理工学院Jeffrey C. Grossman和Xining Zang等人提出了一种使用CO2激光器在通用基底上直接制备超薄碳化物(MoCx、WCx和CoCx)的方法。

 

激光雕刻的多晶碳化物比MXenes等其他激光雕刻的碳材料具有更高的能量储存能力、分级多孔结构和更好的热弹性。由MoCx制成的柔性超级电容器具有较宽的温度范围(- 50到300℃)。此外,雕刻的微观结构使得碳化物网络的可见光吸收增强,为蒸汽发电提供了高的太阳能收集效率(约72%)。本文中基于激光的、可伸缩的、弹性的、低成本的制造工艺为碳化物及其后续应用提供了一种有效的方法。


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Xining Zang, Cuiying Jian, Taishan Zhu, ZhengFan, Wanlin Wang, Minsong Wei, Buxuan Li, Mateo Follmar Diaz, Paul Ashby,Zhengmao Lu, Yao Chu, Zizhao Wang, Xinrui Ding, Yingxi Xie, Juhong Chen, J.Nathan Hohman, Mohan Sanghadasa, Jeffrey C. Grossman & Liwei Lin.Laser-sculptured ultrathin transition metal carbide layers for energy storageand energy harvesting applications. Nature Communications. 2019

DOI:10.1038/s41467-019-10999-z

https://www.nature.com/articles/s41467-019-10999-z

 

3. AM综述:共晶工程:协同策略用于功能材料

由简单的组成单元组成的非共价组装结构(共晶工程)因其不同组成单元之间具有协同作用,已引起人们的极大兴趣,并成为一种高效、多样化的构建功能材料的途径,特别是用于新型和多功能材料的制备。同时,有机共晶体的精确晶体结构,具有长程有序的特性和自由缺陷,为揭示结构-性能和电荷-转移-性能关系提供了可能,这为合理设计功能材料提供了参考。近日,天津大学Xiaotao Zhang,胡文平团队对有机共晶体的组装进行了总结,包括分子间的相互作用和生长方法、组装结构和电荷转移性质、有机共晶组装先进和新颖的功能。最后对有机共晶今后的研究方向和面临的挑战进行了展望。


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Lingjie Sun, Yu Wang, Fangxu Yang, XiaotaoZhang,* and Wenping Hu*. Cocrystal Engineering: A Collaborative Strategy towardFunctional Materials. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201902328

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902328

 
4. AM综述:基于石墨烯的混合维范德华异质结用于先进的光电子学

目前对石墨烯的研究仍然是学术界和商界的关注焦点之一。由于其独特的电子结构,石墨烯为探索新型2D材料提供了强大的平台,并对能源、电子和光子学等广泛领域产生了重大影响。将石墨烯与其他功能组件结合的多功能性为设计人造范德华(vdWs)异质结构提供了强有力的策略。除了堆叠的2D-2D vdWs异质结构之外,从广义上讲,石墨烯可以通过vdWs相互作用与其他非2D材料杂交。而这种多维的vdW(MDW)结构允许相当大的材料选择自由度并且有助于利用不同尺寸的协同优势,从而弥补石墨烯的固有缺点。

 

北京科技大学张跃课题组简要概述了基于石墨烯MDW异质结构的代表性进展,领域范围从装配策略到光电子应用,强调了这些混合结构的科学价值和应用优势。此外,考虑到工业规模的新物理和应用潜力的可能突破,研究者也分析了这一研究领域的挑战和未来前景。


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Zheng Zhang, Pei Lin, Qingliang Liao, ZhuoKang, Haonan Si, Yue Zhang, Graphene‐Based Mixed‐Dimensional van der Waals Heterostructures for AdvancedOptoelectronics, Advanced Materials, 2019.

DOI: 10.1002/adma.201806411

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201806411

 
5. AM:用于集成和柔性光电子学的石墨烯混合结构

石墨烯(Gr)具有许多独特的性质,包括无间隙带结构,超快载流子动力学,高载流子迁移率和灵活性,使其对超快速,宽带和柔性光电子产品具有吸引力。为了克服其低吸收的固有限制,利用混合结构来改善器件性能。特别是,具有不同光敏材料和光子结构的范德瓦尔斯异质结构对于改善光电检测和调制效率非常有效。这种混合结构,Gr混合光电探测器可以从紫外到太赫兹工作,具有显着改善的R(高达109A W-1)和带宽(高达128GHz)。

 

近日,南京邮电大学 Li Gao、浙江大学 Yang Xu以及南京大学王欣然综述了近年来将Gr混合结构用于高性能光电探测器和集成光电应用的进展。此外,研究人员成功地展示了Gr与硅(Si)互补金属氧化物半导体(CMOS)电路,人体和软组织的集成,为可穿戴传感器和生物医学电子学开启了有希望的机会。


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Chen, X. Gao, L. Xu, Y. Wang, X. et al. Graphene Hybrid Structures for Integrated and FlexibleOptoelectronics

. AM 2019.

DOI:10.1002/adma.201902039

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201902039

 
6. AM:人工智能和纳米技术相结合用于精确癌症医学

人工智能(AI)和纳米技术是实现精准医学的两个重要工具,可以为每个癌症患者量身定制出最佳的治疗方案。最近研究表明,通过AI获取患者数据进而设计或改善适合患者的纳米癌症药物是一种很好的方案。然而,肿瘤和患者间的高异质性使得对诊断和治疗平台进行合理设计及其输出分析变得非常困难。而通过集成AI的方法则可以解决这一难题,通过使用模式分析和分类算法等可以提高诊断和治疗的准确性。并且人工智能的应用也可以优化纳米药物的设计和性能,并且能够预测其与靶点、生物液体、免疫系统、血管系统和细胞膜的相互作用情况,而这些都与最终的治疗效果息息相关。

 

以色列理工学院Avi Schroeder教授团队对人工智能的基本概念进行了介绍,并总结综述了将纳米技术与人工智能相结合用于精确癌症医学的研究和未来的前景。


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Omer Adir, Avi Schroeder. et al. IntegratingArtifcial Intelligence and Nanotechnology for Precision Cancer Medicine. Advanced Materials. 2019

DOI: 10.1002/adma.201901989

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901989

 
7. AM综述:高效钙钛矿太阳能电池中的金属阳离子:进展与展望

金属卤化物钙钛矿太阳能电池(PVSCs)自2009年第一个原型以来已经彻底改变了光伏发电,到目前为止,最高效率已飙升至24.2%,与商用薄膜电池相当,并且距离单晶硅太阳能电池不远。优化器件性能和提高稳定性一直是PVSC的研究亮点。金属阳离子被引入到钙钛矿中以进一步优化质量,这种策略呈现出蓬勃的发展趋势。刘生忠团队通过关注钙钛矿中阳离子的位置,膜质量的调制以及对光伏性能的影响,讨论了PVSCs金属阳离子的研究进展。根据元素周期表,金属阳离子按碱金属阳离子,碱土金属阳离子,然后是ds和d区域中的金属阳离子,以及最终三价阳离子(p-和f-嵌段金属阳离子)的顺序考虑。最后,总结了这项工作,并讨论了一些相关问题。


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Wang, K., Subhani, W. S., Wang, Y. L., Zuo, X.K., Wang, H., Duan, L. J., Liu, S. Z., Metal Cations in Efficient PerovskiteSolar Cells: Progress and Perspective. Adv. Mater. 2019, 1902037.

https://doi.org/10.1002/adma.201902037

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902037

 
8. AM:三元离子钙钛矿光伏滞后的纳米尺度研究

Csx(FAyMA1-y)1-xPb(IzBr1-z)3(CsFAMA)的三阳离子混合卤化物钙钛矿具有优异的光伏效率和最小的滞后现象。近日,石家庄铁道大学JinjinZhao浙江大学Weiqiu Chen联合华盛顿大学Jiangyu Li研究团队的纳米尺度的见解揭示了光照滞后和光电滞后中离子迁移的作用。

 

通过使用基于动态应变的扫描探针显微镜检查在光照下CsFAMA的离子分布和自发极化的同时演变,研究人员观察到由光增强极化引起的强线性压电,而离子迁移通过闪电没有显着增加。使用导电原子力显微镜在一系列偏差下绘制纳米级光电流,显示前向和后向扫描之间的差异可忽略不计,并且从主成分分析重建的局部IV曲线显示仅有1%的最小滞后。纳米级的这些观察结果在由CsFAMA制成的宏观钙钛矿太阳能电池中得到证实,表现出20.11%的高效率和小至3%的滞后指数。因此,离子迁移,极化和光电流滞后在纳米尺度上直接相关,且三阳离子混合卤化物钙钛矿中的光增强极化,对光伏滞后没有贡献。


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Xia, G. Zhao, J. Chen, W. Li J. et al.Nanoscale Insights into Photovoltaic Hysteresis in Triple-Cation Mixed-HalidePerovskite: Resolving the Role of Polarization and Ionic Migration. AM 2019.

DOI:10.1002/adma.201902870

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902870

 
9. AM:接近记录!16.2%效率的三元聚合物太阳能电池

最近在非富勒烯受体(NFA)的材料设计和合成方面取得的进展揭示了聚合物太阳能电池(PSC)的新前景,并将效率(PCE)提高到15%以上。化学所侯剑辉Huifeng Yao团队通过将富勒烯衍生物PC61BM掺入聚合物供体(PBDB-TF)和稠环NFA(Y6)的共混物中,制备三元PSC。并获得16.5%高效率(认证为16.2%)。研究表明,将PC61BM掺到PBDB-TF:Y6混合物中不仅可以提高电子迁移率,还可以提高电致发光量子效率,同时实现平衡电荷传输和减少非辐射能量损失。该研究表明,利用富勒烯和NFA的互补优势是一种有前途的方法,可以精细调整详细的光伏参数,进一步改善器件性能。


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Yu, R., Yao, H., Cui, Y., Hong, L., He, C.,Hou, J., Improved Charge Transport and Reduced Nonradiative Energy Loss EnableOver 16% Efficiency in Ternary Polymer Solar Cells. Adv. Mater. 2019, 1902302.

https://doi.org/10.1002/adma.201902302

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902302

 
10. ACS Energy Lett.:电流超过33 mA cm-2!20.4%效率的锡铅钙钛矿太阳能电池

基于锡铅(Sn-Pb)的钙钛矿太阳能电池(PSC)由于高电压损失(VL)和红外区域中的高光电流损耗,仍然表现出比纯Pb对应物更低的效率(PCE)。东京大学Gaurav Kapil九州工业大学Shuzi Hayase团队探讨了在钙钛矿Sn-Pb晶格中掺入少量的铯离子(Cs+)可以降低相对晶格应变,从而降低VL小于0.50 V,表面和体积陷阱密度也得到了降低。发现少量的Cs+降低了Urbach能量,这可以用作优化多阳离子钙钛矿材料的光电子和光伏特性的标志。该研究进一步证明,使用FTO可以获得高的外部量子效率(在900nm处约80%)。该工作采用的策略将开路电压提高到0.81 V,光电流密度为30 mA/cm2,PCE为20.4%,带隙为1.27 eV的高效率的锡铅钙钛矿太阳能电池。



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Kapil, G., Bessho, T. et al. Strain relaxationand light management in tin-lead perovskite solar cells to achieve high efficiencies. ACS Energy Letters, 2019

Doi:10.1021/acsenergylett.9b01237 (2019).

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsenergylett.9b01237

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