石墨烯片将用于神经疾病治疗；科学家发现新单原子纳米酶；可提高2D材料质量新方法

手性斯格明子的发现或可带来数据存储新革命

由康奈尔大学和加利福尼亚大学伯克利分校成立的研究小组用钛酸铅和钛酸锶的交替层制造了一种超晶格的特殊晶体结构，探索人工设计和结构氧化物的合成，目的是模拟紧急状况。人群和暴徒的出现是离散物体相互作用导致意想不到的集体行为的例子，材料也可以表现出这种紧急行为。当科学家们对人工制造的钛酸铅/钛酸锶超晶格进行扫描透射电镜检测时，他们发现整个材料中都出现了类似气泡的结构，事实证明，这些气泡是极性斯格明子。该研究小组首次以一种精心设计和合成的具有可逆电性的人工材料中观察到了极性斯格明子的手性。研究小组的这一发现在《自然》期刊上发表。将手性作为可操纵的参数，这一发现可应用于更强大的数据存储设备，即使在设备断电后仍能继续保存信息。

研究人员下一步计划研究电场对手性极性斯格明子的影响，探索是否可以用电来操纵它们，如果施加电场，能像旋转栅门一样转动每个栅门吗？如果我们能以某种方式移动、写入、擦除它们以进行数据存储，那么这将是一项了不起的新技术。”

氧化物超晶格中极性斯格明子的手性模拟（来源：宾夕法尼亚州立大学等）

石墨烯片将用于神经疾病治疗

意大利国际高等研究院（SISSA）的新研究开发出安全、有选择性且具有可逆效应的纳米材料，而且发现其有到达特定部位并影响特定脑细胞活动的潜力。目前该研究已发表在Nano Letters。研究证实石墨烯片能够干扰兴奋性神经元突触连接处的信号传输，具有选择性；同时，在生物体内有良好的耐受性，给药后几天会消失，具有可逆性。而且该薄片作用的特异性将取决于其颗粒的大小，太大会导致无法穿透突触，太小就会被彻底清除，来不及与突触接触。该成果为进一步研究神经疾病的治疗方案铺平了道路。

石墨烯薄片与突触的接触（来源:SISSA）

科学家发现了一种新的单原子纳米酶

中国科学院长春应用化学研究所(CIAC)的一个研究小组将最先进的单原子技术与类似酶的活性位点结合起来，发现了一种新的单原子纳米酶。研究人员用FeN5 SA/CNF合成了单原子纳米酶，理论计算和实验研究表明，该单原子纳米酶具有氧化酶一样的活性中心和催化机理，其类氧化酶活性极高。研究结果同时证明了，模拟天然酶的活性位点是合成具有活性高和催化作用明确的单原子纳米酶的有效方法。相关文献已发表在Science Advances。

纳米酶是具有类似天然酶性质的催化纳米材料，但是纳米酶活性中心密度低，导致其催化活性远低于天然酶。一方面，这种单原子纳米酶的金属中心分散，最大限度地提高了活性中心的原子利用率和密度；另一方面，明确的配位结构为催化机理研究和设计提供了新的视角。这种单原子纳米酶具有成为下一代纳米酶的巨大潜力。

原子结构表征，单原子纳米酶的氧化酶样活性的实验和理论研究（来源：CIAC）

新型石墨涂层可使钙钛矿太阳能电池防水

巴斯大学的可持续化学技术中心的科学家正在开发一种利用光能直接分解水的新型钙钛矿太阳能电池。研究人员利用石墨制成的防水涂料解决了它们在水中不稳定的问题，他们测试了防水效果，其防水效果在水下可坚持工作30h。研究人员表示所用的商用石墨更便宜更可持续，使得钙钛矿太阳能电池可以让人们更容易负担得起，并且该太阳能电池可直接打印到屋顶的瓦片上。虽然，现在钙钛矿太阳能电池比硅基电池产生更高的电压，但是该电池仍然不足以分解水，研究小组正在研究添加催化剂，以降低驱动反应所需的能量。研究人员希望未来能利用钙钛矿电池分解水制造出清洁的氢和氧燃料。

研究人员使用石墨膜涂覆钙钛矿太阳能电池并对其进行防水处理（来源：Isabella Poli）

研究发现了一种提高2D材料质量的方法

宾夕法尼亚州的科学家已经找到了一种技术来提高二维材料的质量，并且能够在未来实现晶圆级开发。过渡金属硫化物(transition metal dichalcogenides)的厚度只有几个原子，但它们在发光方面非常有效。但是使用气相沉积法将其沉积在标准基板（例如蓝宝石）上时，由于TMD的晶体结构，使得它们在基板上分散形成三角形，并且当它们碰撞并组合在一起形成连续的薄片时，它们产生的边界就像一个巨大的缺陷，从根本上降低了晶体的光学和电子特性。科学家们发现，由于硼或氮原子的缺失，六方氮化硼表面会产生空隙，从而使金属原子（钼或钨）陷入陷阱，并有助于将三角形对准所需的方向，这增强了材料的光致发光强度，并且电子迁移率比在蓝宝石上培养的二维TMDs高一个数量级。科学家们的下一步计划是开发一种在晶圆级上生长六方氮化硼的工艺。相关论文分别发表在 ACS Nano paper和 Physical Review B paper杂志上。

氮化硼表面与钨原子锚定三角形区域，说明方向的缺陷控制(来源： Xiaotian Zhang/Penn State)

研究证实了Cu2O太阳能电池的载流子损失发生在材料内部

Cu2O是未来太阳能转换的一个非常有前途的候选材料，带隙为2V，与太阳光的能谱非常匹配。研究小组从加州理工学院获得了高质量的Cu2O单晶，然后在其上蒸汽沉积一层非常薄、透明的铂，铂层作为催化剂，提高了水的分解效率。研究人员利用位于HZB的飞秒激光实验室(1 fs = 10-15 s)检测了这些样品，以了解是什么过程导致了载流子的损失，特别是这些损失是否发生在单晶内部或与铂接触的界面。最初绿色激光脉冲激发Cu2O中的电子，几秒钟后，第二个激光脉冲(紫外光)检测到了被激发电子的能量，研究小组通过这种时间分辨的双光子发射光谱确定了光电压损失的主要机制。详细的研究内容已发表在Nature Communications上。

飞秒实验示意图（来源：M. Kuensting/HZB）

文章来源：材料十