四篇Science Advances取得系列进展

来源：纳米人

1. Science Advances综述：单原子催化剂的微环境调节及其在电化学能量转换中的作用

单原子催化剂（SACs）已成为多相催化领域最具吸引力的前沿研究领域。由于原子分散的金属原子通常是通过与邻近原子的离子/共价相互作用来稳定的，因此SACs的几何结构和电子结构在很大程度上取决于它们的微环境，而微环境又决定了SACs在催化过程中的性能。近日，新加坡南洋理工大学刘彬教授，中科院大连化物所黄延强研究员综述了SACs微环境设计在电化学能量转换应用的研究进展。

本文要点：

1）作者重点总结了近年来发展起来的SACs合成策略，重点强调了SACs单原子活性中心的微环境调控，包括: 缺陷工程、金属-载体相互作用、杂原子束缚、限域、原子合金化、分子桥联以及MOF衍生化。

2）作者总结和举例说明了在揭示这种微环境与催化活性和机理相关的实验和计算方面的进展，并举例说明了其在电化学应用中的应用，包括电化学水分解和O2/CO2/N2还原反应。

3）作者最后展望了SACs微环境工程的未来发展前景和面临的挑战，以期能对SACs在电化学能量转换方面的进一步发展提供一些启示。

Xuning Li, et al, Microenvironment modulation of single-atom catalysts and their roles in electrochemical energy conversion, Sci. Adv. 2020

DOI: 10.1126/sciadv.abb6833

低成本的超强钢非常适合大规模的工业应用。已经开发了许多方法来使钢变得坚固，其中，迄今为止，增加碳含量是最有效和最经济的方法。然而，增加碳含量可能会导致一些不良的副作用，如焊接性和加工性的退化。为此，人们探索了可替代方法。近年来，严重塑性变形（SPD）技术已被用来制备超强纳米结构材料。但其大规模工业化生产一直是一个挑战。近日，南京理工大学朱运田教授，周浩副教授，中科院力学研究所武晓雷研究员报道了一种超强（2.15 Gpa）低碳纳米钢，其通过异质结构和间隙介导的温轧加工而成。

本文要点：

1）在300 °C简单的工业温轧条件下，获得了平均厚度破纪录的具有纳米晶结构的块状超强（>2 Gpa）低碳钢。

2）纳米钢由薄的（~17.8 nm）片层组成，这是由两种未见报道的机制实现的：i）通过调节温轧温度来改善双相异质结构的形变相容性；ii）将碳原子偏析到片层边界以稳定纳米片层。

3）与直觉相反，温轧比冷轧产生了更细小的片层，这表明了调整含间隙异质结构的变形相容性对于纳米晶化的潜力和重要性。

这种新策略适用于大多数低碳、低合金钢和工业规模的超高强度材料的生产。

Bo Gao, et al, Ultrastrong low-carbon nanosteel produced by heterostructure and interstitial mediated warm rolling, Sci. Adv. 2020

DOI: 10.1126/sciadv.aba8169

Fe-Al合金化合物因其重量轻、强度高、耐磨性和耐腐蚀性而备受关注，但它们的广泛使用需要具有延展性的新特性。开发既轻又具有韧性的Fe-Al合金的关键主要在于权衡Al浓度和脆韧转变温度。近日，西安交通大学韩卫忠教授，美国加州大学圣巴巴拉分校Irene J. Beyerlein报道了一种轻质共析Fe-Al合金，其具有交替的FeAl/FeAl2层，单层厚度从2.5 µm到259 nm不等。同时，研究了它们在室温下的失效行为。

本文要点：

1）研究发现，在亚微米层厚度下，Fe-Al合金可以获得室温下类似延展性的行为。在临界双层厚度1 µm以下，FeAl2相的力学响应从典型的局部、不稳定的开裂转变为均匀稳定的流动。结合纳米力学测试、透射电子显微镜(TEM)和从头计算结果，研究人员发现，这种转变与FeAl2相从多峰、完全包含滑移到沿FeAl/FeAl2界面排列并传递的单峰滑移模式的根本变化有关。

2）具有室温、类延展性响应的轻质Fe-Al合金可以在极端环境下的反应堆系统和其他结构系统中得到广泛应用。

Lu-Lu Li, et al, Achieving room-temperature brittle-to-ductile transition in ultrafine layered Fe-Al alloys, Sci. Adv. 2020

DOI: 10.1126/sciadv.abb6658

将二维（2D）石墨烯分散在3D材料基体中，成为宏观应用中批量获取单个石墨烯优异的力学和电学性能的一条很有前途的途径。然而，这种途径受到3D结构中石墨烯片层不受控制的分布和取向以及石墨烯与基体键合较弱和负载转移较差的严重限制。近日，清华大学万春磊副教授报道了一种新的策略，通过将陶瓷前驱体化学插层到低成本的可膨胀石墨中，将二维石墨烯平行阵列工程到陶瓷基体中。