1. Nature Commun.:通过选择性金属复分解和氧化转化构建导电双金属有机金属硫族化合物
导电有机金属硫属化合物(OMC)因其优异的电性能而受到了人们的极大关注。然而,OMC的电子结构和功能调节通常受限于单金属节点和类石墨烯配体的组合。近日,中科院吴巍通过选择性金属复分解和氧化转化构建导电双金属有机金属硫族化合物,即双金属OMC族([CuAgx(C6S6)]n,x = 4或2)。
本文要点:
1) 这两种OMC都具有交替堆叠的一维(1D)铜二噻吩链和2D Ag-S网络,它们可以协同充当电荷传输路径,使这些双金属材料具有高度导电性。
2) 异质金属节点的加入将非磁性[Ag5(C6S6)]n转变为顺磁性金属[CuAg4(C6S6)]n,这在磁化率测量中表现出相干-非相干交叉和异常大的Sommerfeld系数。该工作为定制OMC的电子结构开辟了一条途径,并为研究电子定位和行程之间的二分法提供了一个策略。
Yigang Jin. et al. Construction of conducting bimetallic organic metal chalcogenides via selective metal metathesis and oxidation transformation. Nat Commun 13, 6294 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-34118-7
https://doi.org/10.1038/s41467-022-34118-7
2. Nature Commun.:金属表面带电稀土配合物旋转动力学的原子精确控制
含稀土离子的配合物因其从自旋电子学器件到量子信息科学的技术应用而备受关注。虽然带电稀土配合物在溶液中无处不在,但它们在材料表面上精确合成仍极具挑战,从而阻碍了其在固态中潜在应用的研究。近日,俄亥俄大学Saw Wai Hla、Eric Masson报道了金表面稀土配合物的形成和原子精确控制。
本文要点:
1) 虽然它们由多个单元组成,但可以通过静电相互作用使它们保持在一起,但当扫描隧道显微镜尖端提供电能时,整个复合物作为单个单元旋转。
2) 尽管金表面具有六边形对称性,但复合物侧面的反离子通过扫描探针尖端的负电场实现了精确的三倍旋转和对其旋转方向的100%控制。该工作表明,反离子可以用于控制材料表面稀土配合物的动力学,具有量子和纳米机械的潜在应用。
Ajayi, T.M., Singh, V., Latt, K.Z. et al. Atomically precise control of rotational dynamics in charged rare-earth complexes on a metal surface. Nat Commun 13, 6305 (2022).
DOI: 10.1038/s41467-022-33897-3
https://doi.org/10.1038/s41467-022-33897-3
3. Angew:用于锂离子电池的超高活性锂含量氟化岩盐阴极
提高锂离子电池能量密度的关键是在阴极中加入高含量的可提取锂。然而,结构不稳定和运行中不可逆的化学反应使其成为了锂电池发展的巨大挑战。近日,加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士、洛伦兹伯克利实验室杨万里、中科院苏东报道了用于锂离子电池的超高活性锂含量氟化岩盐阴极。
本文要点:
1) 作者报道了一种新的超高锂化合物:Li4+xMoO5Fx(1≤x≤3) 对于具有史无前例的电化学活性Li(>3 Li+ per formula),提供高达438 mAh g-1的可逆容量。与其他报道的富锂阴极不同,Li4+xMoO5Fx具有优异的结构稳定性,可免疫不可逆行为。
2) 通过光谱和电化学技术,作者发现阴离子氧化还原主导的电荷补偿,氧释放和电压衰减可以忽略不计。通过理论分析证明,高水平氟化的“还原效应”通过在纯锂条件下还原氧离子来稳定阴离子氧化还原,从而实现容易、可逆和高锂部分循环。
Y. Pei, et al, Fluorinated Rocksalt Cathode with Ultra-high Active Li Content for Lithium-ion Batteries. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202212471.
DOI:10.1002/anie.202212471
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202212471
4. Angew:四苯基卟啉表面官能化的镍铁(氧)氢氧化物析氧电催化剂
NiFe基氧化物是极具潜力的活性析氧电催化剂之一。然而,在电催化反应过程中,它们在铁纯化的KOH中迅速失去活性。近日,韩国光州科学技术院Lee Jaeyoung报道了四苯基卟啉表面官能化的镍铁(氧)氢氧化物析氧电催化剂。
本文要点:
1) 作者将四苯基卟啉(TPP)负载在催化剂/电解质界面上,以增强NiFe(氧)氢氧化物的稳定性。而催化剂降解主要是由于Fe的热力学不稳定性。TPP用作保护层并抑制水合金属在催化剂/电解质界面处的溶解。
2) 在双电层中,NiFe表面上的非极性TPP层也激发了活性位点Fe的再沉积,从而延长了NiFe的寿命。在阴离子交换膜水电解中,TPP涂覆的NiFe催化剂在连续115 h内具有1.41 mV h-1的降解速率和126 L h-1的产氢速率。因此,TPP是一种有前途的保护层,可以稳定析氧电催化剂。
Kang, S., et al, Durable Nickel-Iron (Oxy)hydroxide Oxygen Evolution Electrocatalysts through Surface Functionalization with Tetraphenylporphyrin. Angew. Chem. Int. Ed..
DOI: 10.1002/anie.202214541
https://doi.org/10.1002/anie.202214541
5. AM:通过静电排斥排列的高质量石墨烯薄膜的可扩展组装
将原始石墨烯组装成具有高导电性、卓越的灵活性和高机械强度的自支撑薄膜旨在满足新一代电子产品的全面高标准。然而;石墨烯纳米片宏观组装过程中产生的空洞和缺陷严重降低了石墨烯薄膜的性能。此外,机械脆性常常限制了它们在广泛场合的应用。武汉理工大学Daping He、Bao-Wen Li等展示了一种静电排斥排列策略,以产生高导电性、超柔性多功能石墨烯薄膜。
本文要点:
1)二氧化钛纳米片(TiNS)的高电负性导致带负电荷的石墨烯纳米片通过静电再填充在膜组件中排列。所得石墨烯薄膜显示出精细的微结构和增强的机械性能,电导率提高到1.285×105 S/m。石墨烯薄膜可以承受5000次重复折叠而没有结构损伤和电阻波动。
2)这些全面改进的性能结合易得的合成方法和规模化生产,使这些石墨烯薄膜成为智能和可穿戴电子产品中电磁干扰(EMI)屏蔽和热管理应用的有前途的平台。
Qian, W., et al, Scalable Assembly of High Quality Graphene Films Via Electrostatic Repulsion Aligning. Adv. Mater.. Accepted Author Manuscript 2206101.
DOI: 10.1002/adma.202206101
https://doi.org/10.1002/adma.202206101
6. AM:高性能钙钛矿太阳能电池的动态液晶相变自发界面愈合
薄膜半导体的低温溶液处理比传统真空处理更具成本优势;然而,在快速晶化过程中,它会导致更多的缺陷和残余拉伸应力。鉴于此,陕西师范大学刘生忠,Jiaxue You团队提出了一种新的动态液晶转变(DLCT)策略,以一步解决这些问题。
本文要点:
1) 首先将DLCT分子与块体中的钙钛矿颗粒相互作用,同时经历动态转变以自发愈合界面。然后设计热致液晶分子(CBO6SS6OCB)来实施该策略。LC与钙钛矿胶体相互作用形成中间加合物,以延缓原位结晶。退火过程刺激了浓缩的LC固体,使其流向电子传输层以释放残余应力,从而改善电子提取。
2) 作者发现,器件效率提高到24.38%,其中1.184V的VOC是甲脒基钙钛矿太阳能电池的最佳值之一。此外,环境稳定性(2000小时老化后初始效率的93.0%)和光稳定性(500小时老化后的初始效率的96.3%)得到了很大改善。该工作提供一种用于高性能钙钛矿太阳能电池的附加相变的新思路。
Du, X., et al, Spontaneous Interface Healing by Dynamic Liquid-Crystal Transition for High-Performance Perovskite Solar Cells. Adv. Mater.. 2207362.
DOI: 10.1002/adma.202207362
https://doi.org/10.1002/adma.202207362
7. AM:用于酸性介质中析氧的耐腐蚀高熵非贵金属电极
为了发展可持续的氢经济,急需耐腐蚀的非贵金属催化剂来取代贵金属基催化剂。钝化元素和催化活性元素的组合对于同时实现高耐蚀性和高催化活性至关重要。近日,日本筑波大学Yoshikazu Ito、富山县立大学Mitsuru Wakisaka、大阪大学Tatsuhiko Ohto报道了用于酸性介质中析氧的耐腐蚀高熵非贵金属电极。
本文要点:
1) 在析氧反应过程中,该催化剂能够实现自动重新分配合适元素和重排表面结构的多元(非元)合金的自选择/重构特性。元素Ti、Zr、Nb和Mo之间的协同效应(即鸡尾酒效应)显著有助于钝化,而Cr、Co、Ni、Mn和Fe增强了催化活性。
2) 根据实际的水电解实验,自选/重构的多元合金在与质子交换膜(PEM)型水电解的条件下表现出良好的性能,在稳定性试验中没有明显退化。证明了合金在实际PEM电解条件下具有优异的耐腐蚀性。
Tajuddin, A.A.H., et al, Corrosion-resistant and high-entropic non-noble-metal electrodes for oxygen evolution in acidic media. Adv. Mater.2207466.
DOI: 10.1002/adma.202207466
https://doi.org/10.1002/adma.202207466
8. AM: Sb2Te3GeTe超晶格薄膜的原子层沉积及其相变记忆的熔体猝灭自由相变机制
合成非天然材料,如超晶格(SL),可以提供常规合金材料难以实现的性能。如,与具有类似化学成分的均匀混合的Ge-Sb-Te(GST)合金相比,Sb2Te3/GeTe(ST/GT)SL可以作为优异的电阻开关。近日,首尔大学Cheol Seong Hwang研究了超晶格薄膜的原子层沉积及其相变记忆的熔体猝灭自由相变机制。
本文要点:
1) 作者实现了Sb2Te3/GeTe超晶格(SL)膜在含有TiN金属和SiO2绝缘体的平面和垂直侧壁区域上的原子层沉积(ALD)。ALD前体对衬底表面的特殊化学亲和力和Sb2Te3的二维性质使得原位结晶SL膜能够以择优取向生长。
2) SL膜显示出减小的复位电流,约为随机取向Ge2Sb2Te5合金的1/7。复位开关是由SL向(111)取向面心立方(FCC)Ge2Sb2Te5合金的转变以及随后的无熔融淬火非晶化引起的。由SL至FCC结构转变引起的面内压应力增强了Ge沿FCC结构[111]方向的电迁移,从而实现了显著的改善。
Yoo, C., Jeon, et al, Atomic Layer Deposition of Sb2Te3/GeTe superlattice Film and Its Melt-Quenching-Free Phase Transition Mechanism for Phase-Change Memory. Adv. Mater. 2207143.
DOI: 10.1002/adma.202207143
https://doi.org/10.1002/adma.202207143
9. AM:可逆转乏氧和抗氧化的活性光敏剂用于肿瘤光动力治疗
因具有无创性和高时空选择性,因此光动力治疗(PDT)已发展成为一种被广泛接受的治疗恶性肿瘤的临床方法。然而,目前PDT的治疗效果仍会受到实体肿瘤的乏氧和细胞内氧化抗性等问题的阻碍。近年来的研究表明,抑制组蛋白去乙酰化酶(HDACs)可诱导细胞发生铁死亡,逆转乏氧,并提高氧化状态。因此,开发能够靶向HDACs的活性光敏剂的设计和合成可以解决PDT的瓶颈。新加坡国立大学刘斌教授和复旦大学高西辉研究员通过药效团迁移策略设计了一种设计一种基于喹唑酮支架的活性基光敏剂,并将其用于靶向HDACs。
本文要点:
1)研究表明,实验制备的活性光敏剂可抑制HDACs,克服乏氧和细胞内氧化抗性,充分发挥其在治疗恶性肿瘤方面的潜力。
2)综上所述,该研究所提出的分子设计策略有望为开发理想的光敏剂以及拓展其实际应用提供重要的理论指导。
Leilei Shi. et al. An Activity-Based Photosensitizer to Reverse Hypoxia and Oxidative Resistance for Tumor Photodynamic Eradication. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202206659
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202206659
10. AM:基于MOF的湿贴皮肤传感器用于汗水代谢产物的无线监测
金属有机骨架(MOFs)具有多孔结构和可定制的功能,已被广泛应用于化学传感领域。然而,由于MOFs的导电性低和力学性能较为脆弱,因此如何将其与可穿戴传感的柔性电子设备相集成仍具有很大的挑战性。中科院福建物质结构研究所曹荣研究员和南洋理工大学陈晓东教授构建了一种将导电Ni-MOF与柔性纳米纤维素基底相集成的可穿戴汗液代谢物检测传感器。
本文要点:
1)基于MOF的层状薄膜传感器具有良好的导电性、多孔结构和高活性催化性能,能够有选择性、准确地检测维生素C和尿酸。研究发现,该轻重量的传感器也可以在出汗的皮肤上有效粘附,并表现出较高的水蒸气渗透性。
2)此外,研究者也开发了一种用于对汗液中维生素C进行动态监测的无线表皮营养跟踪系统,其测定结果可与高效液相色谱测试结果相媲美。综上所述,该研究为将MOFs作为可穿戴电子设备的活性层进行集成开辟了新的途径,并能够进一步推动多功能MOFs在增强传感、能源生产和催化能力的高性能电子技术等方面的应用。
Xue Yang. et al. Wet-Adhesive On-Skin Sensors Based on Metal–Organic Frameworks for Wireless Monitoring of Metabolites in Sweat. Advanced Materials. 2022
DOI: 10.1002/adma.202201768
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202201768
11. Nano Letters:单自旋传感器纳米定位对频率退化自旋波的滤波和成像
氮空位(NV)磁力仪是一种新的磁材料自旋波成像技术。它通过微波杂散磁场检测自旋波,杂散磁场在自旋波长范围内衰减。近日,代尔夫特理工大学Toeno van der Sar利用单自旋传感器纳米定位对频率退化自旋波的滤波和成像。
本文要点:
1) 作者使用单个NV传感器的纳米级控制作为波长滤波器来表征薄膜磁绝缘体中微带激发的频率简并自旋波。当NV探针与磁体接触时,可以观察到热驱动和微波驱动的自旋波的非相干混合物。
2) 通过收回尖端,可以逐渐抑制小波长模式,直到混合物中出现单个相干模式。在低驱动功率下的接触扫描显示,尽管在一维微带几何结构中,二维自旋波色散的整个等频率轮廓被占据。距离可调滤光片揭示了微波激发下的自旋波带占据,并为磁振子凝聚物和其他相干自旋波模式的成像提供了指导。
Brecht G. Simon et al. Filtering and Imaging of Frequency-Degenerate Spin Waves Using Nanopositioning of a Single-Spin Sensor. Nano Letters 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02791
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c02791
12. Nano Letters:分子吸收法研究(Ga,Mn)As中的金属-绝缘体转变
金属-绝缘体转变(MIT)通常由某些外部因素(如温度、压力、应变或掺杂)输入辅助。然而,这些会增加晶体的无序性,从而使器件制造复杂和/或阻碍大规模应用。近日,北京工业大学王晓蕾、中国科学院大学邓惠雄通过分子吸收法研究(Ga,Mn)As中的金属-绝缘体转变。
本文要点:
1) 作者采用了一种新的方法,通过表面分子修饰获得磁性半导体(Ga,Mn)As物理性质的鲁棒调制。作者用n型和p型分子掺杂探测了MIT的两面。
2) 通过密度泛函理论计算,确定了半导体表面上电子受体和供体分子的稳定吸收构型和电荷转移机制。实验和理论结果都证实了载流子浓度的显著调制,而没有引入杂质或缺陷。这项工作指出了通过功能分子有效地调整固体材料物理性质的可能性,这是清洁、灵活、无损且容易实现的。
Wang Xiaolei et al. Exploring the Metal−Insulator Transition in (Ga,Mn)As by Molecular
Absorption Nano Letters 2022
DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c03203
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c03203