诺奖得主Novoselov、陈邦林、徐骏、郭林等成果速递丨顶刊日报20191121
纳米人 纳米人 2019-11-22
1. AM:单层六方氮化硼的压电效应

2D六方氮化硼(hBN)是一种宽带隙范德华晶体,其具有独特的性能,包括出色的强度,高温下的强抗氧化性和光学功能。此外,近年来,hBN晶体常用来封装其它2D晶体材料,已应用于光电和隧穿器件等各种技术中。人们预测没有对称中心的单层hBN会表现出压电特性,但缺乏实验证据;近日,曼彻斯特大学Konstantin S. NovoselovLaura Fumagalli西班牙IMDEA Nanociencia Francisco Guinea等多团队合作,通过使用静电力显微镜研究发现,这种效应是气泡和折痕周围局部电场中应变引起的变化,与理论计算一致。

 

在双层和块体hBN中(对称性中心已恢复)未发现压电效应。该工作为具有诸多性质的单层hBN增加了压电效应这一性质,使其成为新型机电和可拉伸光电器件的理想候选者,并为通过应变控制范德华异质结构中的局部电场和载流子浓度铺平了道路。该工作使用的实验方法还发展了一种通过使用静电扫描探针技术研究纳米级其它材料的压电特性的方法。


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PabloAres, Francisco Guinea,* Laura Fumagalli,* Konstantin S. Novoselov,* et al.Piezoelectricity in Monolayer Hexagonal Boron Nitride. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201905504

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/adma.201905504

 

2. AM:高效ORR,OER和HER的三功能W2N/WC异质结构电催化剂

金属-空气电池和电化学水分解是绿色和可再生能源的转换和存储的关键。然而,电化学析氢反应(HER),氧还原反应和析氧反应(ORR和OER)的高能垒和缓慢的动力学导致能量利用率低和输出功率低。尽管贵金属基电催化剂对HER(Pt),ORR(Pt)或OER(Ir/RuOx)具有很高的活性,但其耐用性差且成本高,阻碍了在工业上的实际应用。因此,对于未来的大规模生产,必须开发出地球富含的非贵金属基的低成本,高效且耐用的电催化剂。

 

近日,西北大学Xiaohui Guo中科大Yunteng Qu等多团队合作,开发了一种简便的固态合成策略合成了一种W2N/WC异质结构催化剂,该催化剂具有丰富的界面。在高温(800°C)下,双氰胺分解生成的挥发性CNx物种被WO3纳米棒捕获,然后同时被氮化和碳化,形成了W2N/WC异质结构催化剂。所得的W2N/WC异质结构催化剂对ORR,OER和HER均表现出高效且稳定的电催化性能,包括0.81 V(ORR)的半波电势和达到10mA cm-2电流密度的低过电势(320 mV,OER;HER148.5 mV)。此外,基于W2N/WC的Zn-空气电池具有出色的高功率密度(172 mW cm-2)。DFT计算和X射线吸收精细结构分析研究表明,W2N/WC界面协同效应促进了电荷的传输和分离,从而加速了电化学ORR,OER和HER。该工作为构建用于电化学能源设备的高效且低成本的电催化剂开辟了一条新途径。


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JinxiangDiao, Yunteng Qu,* Xiaohui Guo,* et al. Interfacial Engineering of W2N/WCHeterostructures Derived from Solid‐State Synthesis: A Highly Efficient Trifunctional Electrocatalystfor ORR, OER, and HER. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201905679

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905679

 

3. AM: 以大佬的角度看钙钛矿材料LED的发展!

金属卤化物钙钛矿(MHP)具有通式ABX3,其中A是一价有机或无机阳离子,B是二价金属阳离子(例如Pb,Sn),X是卤化物阴离子。MHP已经有一个多世纪的历史了,但是由于其优越的光学和电学性能,易于制造,低加工成本以及 带隙调整的简易性, MHP是各种光电和电子应用中有希望的材料,例如太阳能电池,发光器件(LED),光电探测器,X射线探测器,激光器,存储器和人造突触。最活跃的研究领域是太阳能电池和LED。


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Lee, T.-W. Emerging Halide Perovskite Materials and Devices forOptoelectronics. AM 2019.

DOI: 10.1002/adma.201905077

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905077

 

4. AM: 原子厚度仿生叶状MnO2用作稳定的电池负极材料

叶状结构是一种十分典型的稳定结构,其独特的静脉分支可以最大程度提高材料的结构稳定性。然而,由于在叶肉基质中难以获得稳定的叶脉状支撑,因此原子尺度上的仿生叶片结构很少被报道。在本文中,北京航空航天大学的Lidong Li郭林等首次通过简单温和的一步湿化学法制备出原子厚度可呼吸的二维MnO2人造叶。这种均匀的超薄叶状结构以叶脉状的晶体骨架为支撑,以无定形微孔叶肉状纳米片为基底。

 

当用作锂离子电池负极材料时,这种仿生叶片结构能够解决了普通MnO2负极材料的不可逆容量损失和循环性能不佳等问题。在100mA/g的电流密度下这种叶状MnO2负极能够实现1210 mAh/g的高容量;即便在1 A/g的大电流下该材料也能稳定循环超过2500周。这种叶状MnO2展现了纯MnO2在循环稳定性方面的最大潜力,其优异的电化学性能甚至可以与大多数二氧化锰基复合电极材料相媲美。这种仿生设计为二维人工系统的精确控制提供了重要的指导思想,为提高纯金属氧化物电极材料电化学稳定性提供了新思路。


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BinbinJia, Lin Guo, Lidong Li et al, Construction of MnO2 ArtificialLeaf with Atomic Thickness as Highly Stable Battery Anodes, Advanced Materials,2019

DOI: 10.1002/adma.201906582

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201906582?af=R

 

5. AM: 基于单晶Pt配合物的快速响应,高度空气稳定和耐水的有机光电探测器

在新型电子和光电应用中,有机半导体表现出优于常规无机材料的诸多优势,包括分子可调性,灵活性,低成本和便捷的器件集成。但是,在将有机半导体用于超快光电检测器(PD)等下一代设备之前,必须开发出兼具高迁移率和环境稳定性的新型材料。为了实现这一目标,近日阿卜杜拉国王科技大学的He Jr-Hau教授课题组,国立台北科技大学的Lu Norman教授课题组和复旦大学的方晓生教授课题组及报道了基于有机单晶[PtBr2(5,5'-bis(CF3CH2OCH2)-2,2'-bpy)](或“ Pt络合物(1o)”)的高稳定性PD被证明是有效的。

 

半导体通道-一种具有层状分子结构和高质量内配体电荷转移的材料。得益于其独特的晶体结构,Pt络合物(1o)器件表现出了约0.45 cm2 V-1 s-1的场效应迁移率,即使在没有封装和浸没40天后仍能在环境条件下保持出色性能在蒸馏水中放置24小时。此外,该器件具有1×103 AW-1的最大光响应度,1.1×1012 cm Hz1 / 2 W-1的检测率以及80/90 µs的创纪录的快速响应/恢复时间,这是以前从未实现的在其他有机PD中。他们的这些发现强烈支持并促进了单晶Pt配合物(1o)在下一代有机光电器件中的使用。


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DharmarajPeriyanagounder, Tzu-Chiao Wei, Ting-You Li, Chun-Ho Lin, Théo Piechota Gonçalves,Hui-Chun Fu, Dung-Sheng Tsai, Jr-Jian Ke, Hung-Wei Kuo, Kuo-Wei Huang, NormanLu,* Xiaosheng Fang,* and Jr-Hau He*. Fast-Response, Highly Air-Stable, andWater-Resistant Organic Photodetectors Based on a Single-Crystal Pt Complex.Adv. Mater. 2019, 1904634.

DOI:10.1002/adma.201904634

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904634

 

6. AM: 半导体纳米线的平面生长、集成和应用

硅和其他无机半导体纳米线(NWS)在过去的二十年中被广泛地用于构建高性能的纳米电子学、传感器和光电子。对于其中的许多应用程序,这些微小的构建块必须集成到现有的平面电子平台中,而精确的位置、方向和布局控制是必不可少的。在多摩尔时代的到来,也有新的需求,一个可编程的增长工程的几何,组成,和线的形状,在平面或平面外三维侧壁表面。

 

近日,南京大学Kunji ChenLinwei Yu, 徐骏等人研究了在平面表面上合成、转移和组装NWS的关键技术,并讨论了在纳米通道、外延界面或非晶态薄膜前驱体的约束下,水平NWS直接在晶态或图形化衬底上的面内生长的最新进展。最后,作者还回顾了NWS在实现精确引导生长控制、可编程几何形状、组成和线形工程方面的独特的能力,随后在构建高性能场效应晶体管、光电探测器、可拉伸电子器件和3D堆叠通道集成方面的最新装置应用。



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Ying Sun, Linwei Yu,* Jun Xu,*Kunji Chen, et al. Planar Growth, Integration, and Applications ofSemiconducting Nanowires

DOI: 10.1002/adma.201903945

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903945

 

7. AM: 竞争性协调策略构建高效的有机二氧化碳分层金属有机框架

分层的孔隙度和功能化有助于金属有机框架(MOF)的充分应用。近日,武汉理工大学的Yang Xiao-Yu教授德克萨斯大学圣安东尼奥分校的陈邦林教授报道了一种简单地通过竞争性配位,使用四氟硼酸盐(M(BF4)x,其中M为金属位点)作为功能位点和蚀刻剂来构造分层多孔MOF的方法。

 

由此产生的MOF在不牺牲其结构稳定性的情况下原位形成了缺陷介孔和功能位点。他们通过结合实验和第一性原理计算方法阐明了缺陷介孔的形成机理,表明了这种新方法的可行性。与原始的微孔对应物相比,新的分层MOF由于其特定的分层孔结构而对庞大的染料分子表现出优异的吸附性,并且对CO2转化具有催化性能。


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Gang-GangChang, Xiao-Chen Ma, Yue-Xing Zhang, Li-Ying Wang, Ge Tian, Jia-Wen Liu, JianWu, Zhi-Yi Hu, Xiao-Yu Yang,* and Banglin Chen*. Construction of HierarchicalMetal–Organic Frameworks by Competitive CoordinationStrategy for Highly Efficient CO2 Conversion. Adv. Mater. 2019,1904969.

DOI:10.1002/adma.201904969

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201904969

 

8. AM:先天免疫激活优于LNP介导的RNA递送

由于生理学对体内递送的影响在很大程度上还未被充分研究,临床mRNA递送仍然具有挑战性。例如,由脂质纳米颗粒(LNPs)递送的mRNA被认为可以治疗炎症,但炎症本身是否改变递送仍有待研究。由免疫,内吞和mRNA翻译之间的关系引出了这样的假设:Toll样受体4(TLR4)激活会减少LNP介导的mRNA递送。在此,美国乔治亚理工学院埃默里大学医学院James E. Dahlman研究团队定量分析了在TLR4激活和不激活的情况下,LNP摄取,内体逃逸以及mRNA翻译。

 

利用体内DNA条形码发现了一种新型LNP,以临床剂量向Kupffer细胞输送mRNA;与大多数LNP不同,这种LNP不优先靶向肝细胞。TLR4激活会阻断所有受试细胞类型的mRNA翻译,而不减少LNP摄取;抑制TLR4或其下游效应蛋白激酶R可改善递送。TLR4i)LNP摄取和ii)翻译的不同影响表明TLR4的激活优于LNP靶向,即使在mRNA被递送到靶细胞后。鉴于近期使用mRNA调节炎症的临床试验,此研究突出了理解靶细胞和非靶细胞中炎症信号的必要性。更广泛地说,这表明向一种炎症性疾病递送mRNALNP可能不会向另一种炎症性疾病传递mRNA


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MelissaP. Lokugamage, Zubao Gan, Chiara Zurla, et al. Mild Innate Immune ActivationOverrides Efficient Nanoparticle‐Mediated RNA Delivery. Adv. Mater., 2019.

https://doi.org/10.1002/adma.201904905

 

9. AM综述: 印刷电子器件的新领域:柔性混合电子器件

在过去的60年中,硅集成电路(IC)的性能和集成密度迅速发展。尽管硅IC在低功耗高性能计算中蒸蒸日上,但是使用硅创建灵活的大面积电子器件仍然是一个挑战。另一方面,柔性和印刷电子产品使用本质上柔性的材料和印刷技术来制造兼容的大面积电子产品。但是,柔性电子在计算和信号通信方面不如硅IC高效。柔性混合电子(FHE)利用了这两种不同技术的优势。它使用需要灵活和可扩展性(即用于传感和致动)的柔性和印刷电子产品,以及用于计算和通信目的的硅IC。柔性电子产品和硅IC的组合产生了一种功能强大且用途广泛的技术,具有广泛的应用范围。

 

ULCA的Yasser KhanAna C. Arias团队讨论FHE系统的基本组成部分,印刷传感器和电路,薄硅IC,印刷天线,印刷能量收集和存储模块以及印刷显示器。回顾了FHE在可穿戴健康,结构健康,工业,环境和农业传感方面的新兴应用领域。总体而言,介绍了与FHE相关的最新进展,制造,应用和挑战以及展望。


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ANew Frontier of Printed Electronics: Flexible Hybrid Electronics

DOI: 10.1002/adma.201905279

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905279

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