李灿、刘忠范、巩金龙 、麦立强、M. G. Kanatzidis等成果速递丨顶刊日报20190324
1. Chem. Soc. Rev.：太阳能转换进展
不断增长的能源需求与全球有限的化石燃料迫使人类发展可持续能源资源。太阳能由于其取之不尽、普遍性、高容量和环境友好性的特点被认为是有最有希望的可持续能源。然而，大自然中的太阳辐射是分散的，间歇的和不断波动的。因此，以清洁，经济，便捷的方式有效利用太阳能仍然面临巨大的挑战。巩金龙、李灿、Michael R.Wasielewski认为太阳能转换的实际应用还需要进一步的科学技术进步，但目前一些关键技术的突破，将有助于太阳能的利用成为现实，为未来的人类提供可持续的生活方式。
Gong, J. et al. Advances in solar energy conversion. Chemical Society Reviews, 2019.
DOI: 10.1039/c9cs90020a
https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2019/cs/c9cs90020a
2. Chem：37.8%，光电化学合成氨新突破！
光电化学还原N2可以合成氨，并产生可运输的氢气，但该方法受到光电阴极转化率低，产率低的限制。有鉴于此，湖南大学王双印课题组、澳大利亚柯廷大学San Ping Jiang、中科院上海硅酸盐研究所Huaijuan Zhou、南京师范大学Yafei Li等团队合作，发展了一种独特的亲气-亲水异质结构Si基光电阴极的光电阴极，在温和条件下的酸性电解液中实现了高达18.9 μg·cm -2·hr -1的氨收率，法拉第效率达到37.8％（vs RHE，-0.2 V）。光电阴极中，高度分散在聚四氟乙烯多孔骨架中的Au纳米颗粒构建的异质结起到独特作用：1）将N2分子富集在Au活性位点处；2）通过抑制析氢反应操纵质子活性。 DFT计算表明，这种异质结降低了氮还原反应的能垒。
Jianyun Zheng, Yanhong Lyu, Man Qiao, Yafei Li, Huaijuan Zhou,Shuangyin Wang et al. Photoelectrochemical Synthesis of Ammonia on the Aerophilic-Hydrophilic Heterostructure with 37.8% Efficiency. Chem, 2019.
DOI: 10.1016/j.chempr.2018.12.003
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(18)30542-4
3. 武汉理工麦立强Chem：循环1万次的镁离子电池正极材料
武汉理工大学麦立强课题组通过对α-V2O5进行化学改性，开发出一种层间具有Mg2+和晶格水的双层结构氧化钒（Mg0.3V2O5·1.1H2O），并将其作为镁离子电池(MIB)正极材料。预嵌入的Mg2+提供高电子传导性和优异的结构稳定性；晶格水的电荷屏蔽效应，能够实现快速的Mg2+迁移。由于Mg2+和晶格水的协同作用，Mg0.3V2O5·1.1H2O表现出优异的倍率性能和前所未有的循环寿命，在10000次循环后容量保持率为80.0％，该材料在全MIB中表现出良好的电化学性能。
Yanan Xu, Xuanwei Deng, Qidong Li, Guobin Zhang, Fangyu Xiong,Shuangshuang Tan, Qiulong Wei, Jun Lu, Jiantao Li, Qinyou An, Liqiang Mai.Vanadium Oxide Pillared by Interlayer Mg2+ Ions and Water as Ultralong-Life Cathodes for Magnesium-Ion Batteries. Chem, 2019.
DOI: 10.1016/j.chempr.2019.02.014
https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(19)30071-3
4. AM 综述：金属凝胶的可用性，适用性和可推进性
将金属组分引入凝胶基质为开发具有有利性质的软材料提供了一种有效策略，例如：光学活性，电导率，磁响应活性，自修复活性，催化活性等。中南大学Yi Zhang和湖南大学马建民团队全面概述了提供应用导向的金属凝胶。考虑到许多成熟的金属凝胶是从偶然发现开始的，所以对结构-胶凝关系的见解将对金属凝胶的发展产生深远的影响。该综述首先概述了新型金属凝胶的设计策略，然后强调了金属凝胶的基本应用以及潜在的工业应用，最后，简要提出了关于金属凝胶设计的观点，制备机理研究及其衍生材料的潜在应用前景。
Huiqiong Wu, Jun Zheng, Anna‐Lena Kjøniksen, Wei Wang, YiZhang, Jianmin Ma. Metallogels: Availability, Applicability, andAdvanceability. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201806204
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201806204
5. 北理工AM综述：高性能锂硫电池负极的界面工程与结构设计
Li-S电池过去的研究主要集中在解决多硫化物的穿梭，硫正极体积变化和硫导电性问题上。然而，Li-S电池中负极的不稳定性已成为实现高性能的瓶颈，Li负极的严重腐蚀以及电解质的分解和耗尽是导致高载硫量Li-S电池失效的主要原因。因此，考虑开发用于Li-S电池高度稳定的负极也是主要努力方向，主要包括锂金属负极，碳基负极和合金基负极。基于这些负极，它们的界面工程和结构设计被认为是实现理想负极的两个最重要的方向。
北京理工大学Renjie Chen课题组概述了Li-S电池负极的开发。构建可靠负极需要克服的关键问题是金属Li的高反应性和体积变化，这导致在循环期间活性的丧失、严重的副反应和结构坍塌。
目前已提出了以下各种策略来改善负极的界面和结构稳定性：1#可以通过电解质改性有效地钝化，包括开发新的电解质组分，调节Li盐比例和利用固态电解质，如非原位人工涂层原位形成SEI增强负极界面稳定性。2#用合理设计的负极代替普通的Li箔不仅可以抑制Li枝晶的形成，还可以延缓Li负极的失效。3#为了制造具有所需性能的负极，Li金属粉末，Li合金和精心设计的主体可用作Li沉积的框架。4#除了Li金属负极，一些不含Li金属的材料，如 插层材料（石墨，硬碳）和合金材料（Si，Sn和Ge），也被用于Li-S电池。以上策略该课题组都进行了详细的讨论，并对开发用于Li-S电池高稳定性负极进行了展望。
Yuanyuan Zhao, Yusheng Ye, Feng Wu, Yuejiao Li, Li Li, Renjie Chen.Anode Interface Engineering and Architecture Design for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201806532
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.201806532
6. ACS Nano：原位合成铜颗粒修饰的多层碳基质用于提高锂电硅负极性能
西安交通大学Fei Ma, Hui Xu和 苏州冠洁纳米抗菌涂料科技有限公司Kun Lian团队提出了一种采用通过可控凝胶化过程的原位方法，制备交联碳纳米管（CNT）增韧并嵌入导电铜颗粒做修饰的三维多层Si / C复合材料。在活性材料Si颗粒的表面上形成双官能碳壳以改善导电性但减轻副反应，在碳基质中修饰的Cu颗粒导电剂也用于进一步改善导电性，通过使多层结构和交联CNT增韧的碳基质，可以有效地释放Si颗粒的体积问题并阻止硅颗粒聚集。Si@C@Cu复合材料展示出优异的锂电电化学性能。
Hui Zhang, Ping Zong, Mi Chen, Hong Jin, Yu Bai, Shiwei Li, FeiMa, Hui Xu, Kun Lian. In Situ Synthesis of Multilayer Carbon Matrix Decoratedwith Copper Particles: Enhancing the Performance of Si as Anode for Li-IonBatteries. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.8b08088
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acsnano.8b08088
7. ACS Energy Lett.：溶剂极性：如何影响钙钛矿纳米晶体的前驱体活化、反应速率、晶体生长和掺杂？
疏水性溶剂中溶剂极性的微小差异可以极大地改变铯铅钙钛矿纳米晶体的形成速率。近日，印度科学培育协会Narayan Pradhan研究团队以Pb-thiolate作为活性前驱体，使用七种不同的疏水性溶剂对该现象进行深入研究。研究发现，当极性从氯仿变为己烷时，CsPbBr3的相从立方变为正交。相反，对于CsPbCl3，相在所有溶剂中保持立方体，但它们的形状从立方体转变为片状。研究人员通过控制反应速率，进行Mn（II）的掺杂，观察到在己烷溶剂中可以实现较慢反应的有效掺杂。最后，研究人员进一步系统阐述了这些形成过程所相关的化学反应和物理过程。
Dutta, A. et al. SolventPolarity: How does this Influence the Precursor Activation, Reaction Rate,Crystal Growth and Doping in Perovskite Nanocrystals? ACS Energy Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acsenergylett.9b00443
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsenergylett.9b00443
8. Nano Lett.：利用纳米粒子靶向递送抗原和双激动剂用于增强癌症免疫治疗
在目前的癌症免疫治疗方法中，基于纳米技术的靶向树突状细胞(DCs)的疫苗有望成为一种有效诱导强免疫反应的方法。为了提高对DSs的靶向性和疫苗效率，中国医学科学院北京协和医学院朱敦皖团队利用了Toll样受体7/8 (TLR 7/8)激动剂咪喹莫特 (IMQ)、TLR4激动剂单磷酸脂质A(MPLA)、PCL-PEG-PCL、 DOTAP(IMNPs)以及DSPE–PEG-甘露糖(MAN-IMNPS)合成了脂质-聚合物混合纳米颗粒。
该纳米材料可以协同激活DCs以提高疫苗疗效。同时，卵清蛋白(OVA)作为模型抗原也可以被带正电荷的DOTAP吸收，并在体外被快速释放。研究结果也表明，这种新型的纳米疫苗能够有效地被细胞吸收、产生细胞因子并促进树突状细胞的成熟。皮下注射纳米疫苗特别是MAN-OVAIMNPs后发现它可以诱导抗原CD8+ T细胞产生，激活淋巴细胞并增强交叉提呈，同时也产生更多的记忆T细胞、抗体、IFN-γ和颗粒酶B 。通过预防性接种MAN-OVA-IMNPs疫苗可以显著抑制肿瘤的发展。进一步结合免疫检查点封锁治疗也可以更加有效地增强抗肿瘤效果。
Zhang, L.H., Zhu, D.W. et al. Targeted Co-Delivery of Antigen and Dual-Agonists by Hybrid Nanoparticles for Enhanced Cancer Immunotherapy. Nano Letters, 2019.
DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b00030
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.nanolett.9b00030
9. Adv. Sci.：胶原纤维会在伤口愈合过程中促进组织收缩
伤口收缩是脊椎动物具有的一种古老的生存机制，它是由支持伤口闭合的拉力造成的。在目前，组织张力一般被认为是由组织内成纤维细胞产生的细胞力所造成的。德国柏林朱利叶斯·沃尔夫研究所Ansgar Petersen团队利用基于生物材料的体外伤口愈合模型实验证明了细胞外基质中的张力对于宏观组织张力也有重要作用，但迄今为止都被忽视了。实验进行了对组织力的原位监测和二次谐波成像，证明了胶原纤维的出现与组织收缩有关，说明受到拉伸的胶原纤维在组织收缩过程中会发挥力学作用，进而成为伤口成功愈合的关键因素之一。
Brauer, E., Petersen, A. et al. Collagen Fibrils MechanicallyContribute to Tissue Contraction in an In Vitro Wound Healing Scenario. Advanced Science,2019.
DOI: 10.1002/advs.201801780
https://doi.org/10.1002/advs.201801780
10. AFM：柔性的有机突触晶体管用于生物医学
突触电晶体中的生物电子学在未来的生物医学领域，如植入治疗和人机交互等方面具有很好的应用空间。然而传统无机突触晶体管的刚性和高沉积温度限制了其进一步的发展。东北师范大学汤庆鑫教授团队和刘益春教授团队合作设计了一种柔性的有机突触晶体管用于解决上述问题。有机材料在低杨氏模量下和低温过程中具有的独特优势使得有机突触晶体管能够无缝地粘附在任意形状的物体上，在三维曲面上也可以成功地实现突触的基本功能。实验利用随时间变化的表面电位揭示了介电介质中偶极子的缓慢极化是造成迟滞和突触行为的原因。这项研究说明了有机材料将为开发可穿戴和可植入的人工神经形态系统提供一个实现柔性共形突触晶体管的重要平台。
Wang, H.T., Tang, Q.X., Liu, Y.C. et al. Flexible, Conformal Organic Synaptic Transistors on Elastomer for Biomedical Applications. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201901107
https://doi.org/10.1002/adfm.201901107
11. AFM综述：先进的生物功能材料用于再生工程和医学领域的干细胞递送
基于干细胞的治疗方法可以再生多种组织和器官，从而为各种疾病和器官损伤提供解决方案。然而，急性的细胞死亡、不受控制的分化和低的移植效果仍然是该治疗方法在临床转化时所遇到的关键障碍。而先进的生物功能材料支架则可以将干细胞运送到目标组织/器官，并促进干细胞的存活、分化和与宿主组织的整合，这也会改变基于干细胞的再生治疗的临床效果。美国西北大学Bin Jiang博士团队和Guillermo A. Ameer教授团队合作，简要地总结了用于移植的干细胞的主要来源，介绍了用于干细胞递送的生物材料的最新研究进展，并对现有材料进行了分析；最后也讨论了关于生物材料的研究进展对于再生医学研究和干细胞治疗的帮助。
Wang, X.L., Jiang, B., Ameer, G.A. et al. Advanced FunctionalBiomaterials for Stem Cell Delivery in Regenerative Engineering and Medicine. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201809009
https://doi.org/10.1002/adfm.201809009
12. 苏州大学AFM：有望实现呀！钙钛矿薄膜发光显示器
苏州大学孙宝全和Tao Song团队通过真空热沉积法制备全无机钙钛矿膜，以提高其热稳定性和吸湿稳定性。通过有意添加额外的溴化物，并在空气暴露过程形成CsPb2Br5嵌入基质CsPbBr3中的CsPbBr3/CsPb2Br5纳米晶体结构，从而提高荧光强度和稳定性。CsPbBr3/CsPb2Br5薄膜在四个月后几乎可以保留其初始PL强度，甚至可以储存在大气环境中。CsPbBr3/CsPb2Br5薄膜的PL强度在升高的温度下消失，并在短时间内通过冷却恢复。可逆PL转换过程可重复数百次。基于可逆PL特性，通过在柔性透明基底上采用加热电路来演示原型热驱动信息显示器件。这些具有可逆PL特性的钙钛矿薄膜有望成为另一种固态发光显示器。
Yeshu Tan; Ruiying Li; Hao Xu; Yuanshuai Qin; Tao Song; BaoquanSun. Ultrastable and Reversible Fluorescent Perovskite Films Used for Flexible Instantaneous Display. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201900730
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201900730
13. Mercouri G. Kanatzidis最新CM：从0D到2D非铅钙钛矿：调控带隙增强电子-声子耦合
基于三价M3+的（111）取向的钙钛矿族A3M2X9缺陷，Mercouri G. Kanatzidis团队通过使用混合卤化物而合成出了Cs3Bi2I6Cl3。密度泛函理论计算表明，增加的维数引起直接带隙，但具有2.07 eV的吸收边缘，几乎与间接带隙化合物Cs3Bi2I9相同。有趣的是，尽管Bi-Cl键将所有八面体结合在一起，但仍缺乏Cl轨道对Cs3Bi2I6Cl3的带边缘状态的贡献。这凸显了层间相互作用在钙钛矿缺陷族中的重要性，这增强了这些2D和0D材料的有效维数，并可改善其光电性能。然而，激子吸收的变化不能反映自由激子，因为Cs3Bi2I6Cl3由于自陷激子而表现出宽的光致发光，这似乎在（111）取向的钙钛矿缺陷中是普遍的。
Kyle M. McCall, Constantinos C. Stoumpos, Oleg Y. Kontsevoi, GrantC. B. Alexander, Bruce W. Wessels, Mercouri G. Kanatzidis. From 0D Cs3Bi2I9 to2D Cs3Bi2I6Cl3: Dimensional Expansion Induces a Direct Band Gap but Enhances Electron–Phonon Coupling. Chemistry of Materials, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b00636
https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/acs.chemmater.9b00636
14. 刘忠范&孙靖宇Nano Energy：自供电可穿戴! 钙钛矿太阳能电池+锂离子电容器
灵活组装中新兴的能量收集和存储集成系统提供了一种有前景的解决方案。然而，仍存在与主要集成电源的能量密度不足，总效率有限和输出电压低有关的严峻挑战。苏大刘忠范和孙靖宇团队报道了一种柔性钙钛矿太阳能电池（PSC）驱动的可光再充电锂离子电容器（LIC），它将能量收集和存储与自供电可穿戴应变传感器集成。
这种灵活的PSC-LIC模块可以提供8.41％的总效率和3 V的高输出电压，放电电流密度为0.1 A g-1。即使在1 A g-1的高电流密度下，它仍然可以获得超过6％的总效率，优于目前最先进的光电充电电源。因此，自供电应变传感器可以在没有任何外部电源连接的情况下显示生理信号的精确和连续数据记录，从而实现一个智能系统内的能量收集，存储和利用的协同作用。这种多功能集成平台有望为实用的自供电可穿戴电子产品带来显着优势。
Li, C.; Cong, S.; Tian, Z.; Song, Y.; Yu, L.; Lu, C.; Shao, Y.;Li, J.; Zou, G.; Rümmeli, M. H.; Dou, S.; Sun, J.; Liu, Z. Flexibleperovskite solar cell-driven photo-rechargeable lithium-ion capacitor forself-powered wearable strain sensors. Nano Energy, 2019.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.03.061
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519302563
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