8篇AM,王中林、鲍哲南、葛子义、张青、邢贵川等成果速递丨顶刊日报20190819
纳米人 纳米人 2019-08-19
1. Nat. Commun.: 强光物质耦合,减少有机光伏器件中的光子能量损失

强光 - 物质耦合可以重新排列有机半导体中的激子能量。近日,德累斯顿工业大学VasileiosC. Nikolis、Koen Vandewal以及圣安德鲁斯大学AndreasMischok通过将不含富勒烯的有机太阳能电池(OSC)光活性层嵌入光学微腔中来利用强耦合,使得极化子峰的形成和光学间隙的红移。且器件的开路电压不受影响。

 

这导致低能量极化子的光子能量损失减少和吸收边缘变陡。虽然强耦合减小了光学间隙,但电荷转移状态的能量不受大驱动力供体 - 受体系统的影响。这意味着可以在OSC中利用强耦合来减少电子转移的驱动力,而不需要光活性层的化学或微结构修改。该工作表明,可以通过操纵器件架构来调整确定OSC中电压损耗的过程,并将其降低到前所未有的值。


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Nikolis, V. C. Mischok, A. Vandewal, K. et al. Stronglight-matter coupling for reduced photon energy losses in organicphotovoltaics. Nat. Commun. 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-11717-5

https://www.nature.com/articles/s41467-019-11717-5.pdf

 

2. AM: 非常有趣!液-固接触摩擦电纳米发电机,还能自供电双信号检测!

王中林团队报道了一种液-固接触摩擦电纳米发电机(TENG),由聚(四氟乙烯)(PTFE)膜,铜电极和用于收集油/水多相中能量的玻璃基底。这会产生两个独特的信号,一个是液体(水/油)和PTFE膜(VTENG和ITENG)之间的接触带电和静电感应;另一种是通过油/水界面电荷(ΔVinterface and Iinterface),,在铜电极中的静电感应,其仅在液-固接触TENG界面油/水界面时产生。

 

这两个信号显示出有趣的相反变化趋势,即VTENG和ITENG减少,而ΔVinterface和 Iinterface的油/水界面信号在PTFE和玻璃表面通过自聚合涂覆一层聚多巴胺后增加。在此基础上,首次证明了利用TENG进行多巴胺的自供电双信号检测。


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SignalOutput of Triboelectric Nanogenerator at Oil–Water–Solid Multiphase Interfaces and its Application for Dual‐Signal Chemical Sensing, Advanced Materials, 2019

DOI: 10.1002/adma.201902793

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902793

 

3. AM: 用于图案化PEDOT: PSS水凝胶的电化学凝胶化方法

由于其高含水量和宏观连通性,由导电聚合物PEDOT: PSS制成的水凝胶是一种很有前景的平台,可以制造各种多孔导电材料,并在生物电子学、再生医学和各种应用中越来越受到关注。尽管PEDO:PSS基的多孔材料具有很好的性能,但仍需要能够对PEDOT:PSS水凝胶进行图案化,以实现与多功能和多通道电子设备的集成。

 

鲍哲南团队提出了一种新颖的电化学凝胶(“电凝胶”)方法,用于在任何导电模板上快速图案化PEDOT:PSS水凝胶,包括曲面和3D表面。通过使用牺牲金属层来产生水凝胶图案来实现高空间分辨率,从而使得具有预期材料特性的高性能导电水凝胶和气凝胶能够被引入越来越复杂的器件架构中。


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AnElectrochemical Gelation Method for Patterning Conductive PEDOT: PSS Hydrogels,Advanced Materials, 2019

DOI: 10.1002/adma.201902869

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902869

 

4. AM: 刚柔并济!16.67%和14.06%效率的高效有机太阳能电池

三元异质结策略是通过捕获更多太阳光来提高有机太阳能电池(OSC)效率的有效方法之一。宁波材料所葛子义Ruixiang Peng团队通过使用宽带隙聚合物供体(PM6),窄带隙非富勒烯受体(Y6)和PC71BM来制造三元OSC。

 

在刚性基底上的效率(PCE)为16.67%(认证为16.0%),优化的PM6:Y6:PC71BM混合比为1:1:0.2。PC71BM的引入使该共混物具有300-500nm范围内增强的吸收,促进了光生电荷的分离和提取。更重要的是,基于这种三元异质结获得了柔性无ITO三元OSC的PCE为14.06%,这是目前的柔性OSC报告的最高效率。


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16.67%Rigid and 14.06% Flexible Organic Solar Cells Enabled by Ternary HeterojunctionStrategy, Advanced Materials, 2019

DOI: 10.1002/adma.201902210

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201902210

 

5. AM:通过设计无机层厚度,机械剥离RP层状钙钛矿

2D Ruddlesden-Popper钙钛矿(RPPs)由于其高环境稳定性而在光捕获和发射应用中引起了越来越多的关注。已报道的RPP的相干光发射主要来自涉及级联分子间能量转移的非同源薄膜。然而,对没有分解能量转移的同源RPP中的内在激光动力学的激发和基本理解仍然是不充分的。

 

北京大学张青澳门大学邢贵川团队报道了从块状晶体机械剥离的2D(BA)2(MA)n-1PbnI3n+1RPP薄片的激光和损耗机制。多色激光是RPP(n≥3)在620-680 nm光谱范围内的实现的,而不是从RPP(n≤2)甚至低到78 K。随着n的减小,激光阈值增加,对于n = 5,4和3,特征温度分别为49,25和20 K。n-工程激光行为归因于较小的n钙钛矿中增强的量子限制导致的更强的俄歇复合和激子-声子相互作用。


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Lasing from MechanicallyExfoliated 2D Homologous Ruddlesden–PopperPerovskite Engineered by Inorganic Layer Thickness, Advanced Materials, 2019

DOI: 10.1002/adma.201903030

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903030

 

6. AM: 2D MXene和1D纳米纤维素的纳米复合材料助力超级电容器

2D金属碳化物和氮化物(MXenes)系列是超级电容器最有前途的电极材料之一,因为它们具有高的类金属导电性和表面功能实现的赝电容。然而,这些材料的主要缺点是力学强度低,妨碍了它们在轻质柔性电子设备中的应用。瑞典KTH皇家理工学院Liangqi OuyangMahiar M. Hamedi团队报道了一种从稳定的胶体分散体中组装1D纤维素纳米纤丝(CNF)和MXene(Ti3C2Tx)的独立且稳固纳米复合材料的策略。

 

CNF的高纵横比(宽度≈3.5nm,长度达到数十微米)及其与MXene的特殊相互作用使得复合材料具有高力学强度而不牺牲电化学性能。CNF负载高达20%,显示出非常高的力学强度341 MPa(比原始MXene薄膜的29MPa高一个数量级),同时仍保持298 F g-1的高电容和高导电率295 S cm-1。研究者还证明MXene / CNF混合分散体可用作油墨以印刷具有精确尺寸的柔性微超级电容器。


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WeiqianTian, Armin VahidMohammadi, Michael S. Reid, Zhen Wang, Liangqi Ouyang, JohanErlandsson, Torbjörn Pettersson, Lars Wågberg, Majid Beidaghi, Mahiar M.Hamedi, Multifunctional Nanocomposites with High Strength and Capacitance Using2D MXene and 1D Nanocellulose, Advanced Materials, 2019.

DOI:10.1002/adma.201902977

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201902977

 

7. AM: 基于材料的可拉伸电子器件制造技术

可拉伸电子器件与各种物体机械兼容。特别地,已经积极地研究了包括本征可拉伸电子材料的合成、组装和图案化的材料加工技术,并且为可拉伸电子器件的进步提供了许多显著的突破。

 

韩国基础科学研究所Dae‐HyeongKim团队总结了这方面的最新研究,主要集中在本质上可拉伸的电子纳米复合材料,其通常由弹性体主链基质内部或导电/半导体填充材料组成。然后,提出了制造这些本征可拉伸电子材料的各种方法,包括将电子填料混合到弹性体基质中,形成双层异质电子层和弹性体支撑层结构,以及改进聚合物分子结构以赋予拉伸性。提供了通过每种方法制备的各种导电/半导电复合材料的详细描述,以及其电气/机械性能和器件应用的实例。最后,作出了一个简短的未来展望。


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Material‐Based Approaches for theFabrication of Stretchable Electronics, Advanced Materials, 2019

DOI:10.1002/adma.201902743

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201902743

 

8. AM: 利用光学输出耦合架构提高半透明有机光伏器件的光利用率

在窗玻璃上采用透明光伏电池的建筑一体化光伏电池提供了将太阳能转换为电能而不产生废热的机会。L. Jay GuoStephen R. Forrest团队开发了基于非富勒烯受体的近红外(NIR)吸收三元电池结合薄的半透明,高电导率Cu-Ag合金电极的半透明有机光伏电池(ST-OPV)。

 

光学外耦合和抗反射涂层的组合导致增强的可见光透射,同时将NIR反射回到被吸收的电池中。与没有这些涂层的常规半透明电池相比,这种涂层组合导致光利用效率(LUE)加倍,其等于功率转换效率(PCE)和平均明视透明度的乘积。对于ST-OPV,在AM1.5G下,PCE= 8.0±0.2%,达到最大LUE = 3.56±0.11%。此外,还展示了中性色ST-OPV,LUE = 2.56±0.2%,同时, 色度坐标CIE =(0.337,0.349),显色指数CRI = 87。


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EnhancedLight Utilization in Semitransparent Organic Photovoltaics Using an Optical Outcoupling Architecture, Adv. Mater., 2019

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903173

 

9. AM:可基因编程的自再生细菌水凝胶

设计工程化生物材料(ELMs)所面临的一个重大难题就是如何开发细胞单元系统来吸收周围环境中的资源,并将其转化为具有特定功能的宏观材料。哈佛大学Neel S. Joshi团队制备了一种以大肠杆菌为细胞骨架,以工程化卷曲纤毛纤维为细胞外基质的ELM。

 

这种活性水凝胶的流变特性可以由遗传编码因子和加工步骤等因素进行调节,并且它能在促进细胞生长的条件下实现自生长和自我更新。由于具有可基因编程的特性,因此该水凝胶也能够被“定制”以与胃肠道的不同组织发生选择性地相互作用。


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AnnaM. Duraj-Thatte, Neel S. Joshi. et al. Genetically ProgrammableSelf-Regenerating Bacterial Hydrogels. Advanced Materials. 2019

DOI:10.1002/adma.201901826

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901826

 

10. AEM: 室内光伏!带隙工程提高钙钛矿材料的性能

室内光伏(IPV)正在引起人们的兴趣,因为它们可以通过回收家庭照明设施的光子能量来提供可持续能源。国立交通大学Fang‐Chung团队模拟计算了两种人造光源(荧光灯管(FT)和白光发光二极管(WLED))的钙钛矿太阳能电池(PeSCs)的效率(PCE)的上限。

 

研究发现,其中PCE对室内光源照射下的带隙(Eg)的依赖性遵循与太阳辐射下不同的趋势。换句话说,在太阳辐射下表现出高性能的IPV在室内照明条件下可能表现不佳。此外,用于从这些室内光源获取光子功率的理想带隙能量是约1.9eV-高于普通钙钛矿材料的值。因此,将Br-离子添加到钙钛矿膜中以增加它们的Eg值。具有更宽带隙的所得PeSC在FT和WLED的照射下分别表现出25.94%和25.12%的PCE。此外,还准备了大面积(4cm2)的设备,在室内照明条件下PCE达到约18%。


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Bandgap Engineering Enhances the Performance of Mixed‐Cation Perovskite Materials for IndoorPhotovoltaic Applications

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901863

 

11. Nano Lett.:在细胞内产生的金纳米粒子用于光热治疗和肿瘤免疫治疗

目前,金纳米粒子(AuNP) 被广泛应用于肿瘤的光热治疗(PTT),但其效果还不足以抑制肿瘤的转移和复发。华中科技大学张志平教授团队开发了一种在细胞内生成的AuNP并通过胞吐作用以实现PTT-免疫治疗。

 

实验首先利用黑色素瘤B16F10细胞去产生AuNPs,然后将捕获有带着肿瘤抗原的纳米颗粒的囊泡脱落到细胞外环境中。实验随后将该纳米颗粒引入树突状细胞(DCs)中以产生AuNP@DCB16F10,它具有更高的生物安全性,可以诱导进行热疗和引发抗肿瘤的免疫反应。研究结果表明。该免疫纳米平台能够有效抑制甚至根除原发肿瘤、并防止肿瘤的转移和复发,进而显著提高荷瘤小鼠的整体存活率。


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DanZhang, Zhiping Zhang. et al. Intracellularly Generated Immunological GoldNanoparticles for Combinatorial Photothermal Therapy and Immunotherapy againstTumor. Nano Letters. 2019

DOI:10.1021/acs.nanolett.9b02903

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b02903

 

12. AFM:聚合物材料用于增强对树突状细胞的调控

心血管疾病(CVD)的主要病因是动脉粥样硬化,它是一种慢性炎症性疾病,其特征是在动脉血管壁的内膜会发生脂肪病变。其中,树突状细胞(DCs)是动脉粥样硬化炎症的关键调控因子。

 

美国西北大学Evan A. Scott团队通过对聚合物载体表面进修饰优化,使其可以与DC表面的CD11c相结合,从而提高了其递送抗炎试剂aVD的能力,并显著增强了Avd的体外免疫调节能力。实验通过每周低剂量地静脉注射可靶向DCs、负载有aVD的聚合物材料后发现其可显著抑制高脂饮食喂养的ApoE−/−小鼠的动脉粥样硬化病变的进展。 


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SijiaYi, Evan A. Scott. et al. Surface Engineered Polymersomes for EnhancedModulation of Dendritic Cells During Cardiovascular Immunotherapy. Advanced Functional Materials. 2019

DOI:10.1002/adfm.201904399

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201904399

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