國內最新頂尖學術成果匯總-一起去領略北大與中科院聯合制備的超高密度半導體型單壁碳納米管水平陣列；復旦大學自組裝多孔石墨烯骨架薄層；中科院北京物理研究所雙金屬核-殼納米結構改進光催化有機合成；黑龍江大學的螺旋結構金屬消聲材料；東華大學合成3D結構多孔石墨烯薄膜；浙大的全偏振任意形狀的3D超穎表面斗篷；上海應用物理研究所研發出質子驅動的DNA泵；中科院利用鄰位金屬化方法制備選擇性硝化芳烴。

    （一）北大與中科院合作用乙醇/甲烷化學氣相沉積法制備超高密度半導體型單壁碳納米管水平陣列

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    現如今，隨著電子設備越變越小，硅晶體管已然到了其發展的瓶頸。單壁碳納米管水平陣列因其優異的性能被視為未來晶體管最有力的接班人。目前，獲得高純度、高密度的單壁碳納米管水平陣列是科研人員面臨的一大挑戰。雖然用化學氣相沉積法在基底上直接生成單壁碳納米管水平陣列是實現高性能電子設備的一種有效方法，但是，傳統的化學氣相沉積由于產生的甲烷等離子體和超高溫氫原子極其活潑而難以控制，通常會導致半導體型碳納米管產率低。

    近日，來自北京大學和中國科學院的研究人員報道了一種用乙醇/甲烷化學氣相沉積的科學方法來制備單壁碳納米管水平陣列。用該方法制備的單壁碳納米管水平陣列中半導體型單壁碳納米管純度可達91%,密度高于100 tubes/?m .這種方法是在一定的溫度下，將乙醇完全熱分解，用于給Trojan-Mo催化劑提供碳原子來生成高密度的單層碳納米管；而甲烷的不完全熱分解則用于提供H自由基來阻止金屬型單壁碳納米管的形成。乙醇和甲烷活性適中，可控性高，以及兩者的協同效應對高純度高密度半導體型單壁碳納米管的生長至關重要。這項研究在高密度單壁碳納米管水平陣列的大面積合成中向前邁進了一步，顯示出碳納米管電子器件的潛在應用前景。

    該研究成果發表于JACS.

    （二）復旦大學自組裝生成可獨立的有序多孔石墨烯骨架薄層

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    三維多孔石墨烯骨架兼具多孔材料和石墨烯的優點，在電化學能量存儲方面受到廣泛關注。雖然對三維多孔石墨烯的研究已取得巨大進展，諸如球狀聚合物、泡沫鎳等模板都被用于多孔石墨烯的生產，石墨烯片自組裝也被用于生產分層多孔石墨烯。但是合成孔狀結構有序、宏觀形貌明確的石墨烯骨架仍面臨巨大挑戰。

    近日，復旦大學的研究團隊在固-氣或液-氣界面自組裝形成二維納米晶超晶格結構的基礎上設計并合成了厘米級的可獨立的有序多孔石墨骨架薄層。合成的多孔石墨烯骨架薄層的厚度在幾百納米到幾十微米的范圍內均勻可調，多孔結構高度有序且內部連通，氣壁薄，表面積大。為了研究該多空石墨烯骨架在能量存儲方面的潛在應用，該團隊用其作為電極材料制備了超級電容器。制備的超級電容器比電容高，在水相和有機相電解液中循環穩定性優異，電容性能可與以前發展的大多數石墨烯材料相媲美或者說更勝一籌。

    該研究成果發表于JACS.

    （三）中國科學技術大學研究團隊利用雙金屬核-殼納米結構改進光催化有機合成

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    為了解決能源危機，近幾十年來科學家對太陽能的存儲和轉化進行了大量研究。利用金屬納米結構中的等離子體來促進光催化有機合成在太陽能-化學能轉化方面有巨大潛力。高的太陽能-化學能轉化效率不僅要求太陽能吸收光譜寬，還要能將吸收的太陽能耦合到化學反應中。這樣的耦合在等離子衰減時經歷熱-質子傳遞和光-熱轉化兩種過程。然而，這兩種過程相互交織，使得其自身的作用備受爭議。

    近日，中國科學技術大學研究團隊發現在一種Au-Pd雙金屬核-殼納米結構體系中，通過一原子級的精度裁剪殼層厚度可以實現這兩種過程的分離。該研究所的研究表明，在Pd催化氫化反應中對這兩種過程的調節有助于增強能量耦合。另外，條形納米結構中400-700和700-1000nm出的兩種固有等離子體模式表明可以在完整的太陽光光譜中進一步利用質子。

    中國科學技術大學研究團隊的這一研究成果為設計等離子體催化納米結構來提高太陽能-化學能轉化效率提供了有效指導。

    該研究成果發表于JACS.

    （四）黑龍江大學報道了一種螺旋結構的金屬消聲材料

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    長期以來如何降低聲波在材料中的傳播能力一直是相關領域研究的興趣所在。理論上來講，增加波和物質之間的相互作用，提高波信號的空間壓縮都能有效地降低波的傳播能力。而目前解決這一問題的通常做法是構建彌散材料或諧振材料，但是，這種做法會不可避免地造成波形紊亂。

    近日，來自黑龍江大學的研究人員報道了一種螺旋結構的金屬消聲材料，有望通過非彌散方式降低聲波的傳播速度。該螺旋結構的材料表現出高效的折射率，而且可以通過材料結構的螺旋度對非彌散折射進行調節。黑龍江大學的這項研究還具有特定非均勻晶胞的螺旋材料可以將正常的平面入射波調整為沿指定的拋物線軌道前進的自加速波束。黑龍江大學報道的螺旋結構消聲金屬材料將會對慢波物理的探索和應用產生深遠影響。

    該研究成果發表于Nature Communication.

    （五）東華大學結合冷凍澆注和過濾合成3D結構多孔石墨烯薄膜

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    制備具有高能量密度的3D多孔石墨烯儲存裝置的需求極為迫切，在能量儲存與電化學電容器應用器件中引起了人們的極大關注。與鋰離子電池相比，電化學電容器具有高的能量密度、長壽命、快速充電等優點。

    近日，來自東華大學的研究人員開發出一種結合了冷凍澆注和過濾的方法來有效地合成3D結構多孔石墨烯薄膜。通過組裝2D材料，這種輕便的和可擴展的制造方法可以成為合成3D多孔薄膜的普遍方法。利用多孔石墨烯薄膜高度的多孔結構、優良的導電性、以及優異的機械強度做為活性物質制備的超級電容器兼有高功率密度和高能量密度。該研究發現了合成3D多孔薄膜的途徑以及范圍廣泛的高功率密度的電容器。

    該成果發表Advanced Materials.

    （六）浙江大驗證了保存微波相位和頻率的全偏振任意形狀的3D超穎表面斗篷

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    超穎表面斗篷設計方案：a）以近環諧振器做為斗篷單元b）入射光equivalent bump示意圖c）等效碰撞

    Pendry等人提出了宏觀隱身的方法，隱身斗篷由夢想逐步變為了現實。目前一些制造隱形斗篷的方法在實驗中得到了驗證，但是幅度/相位失真仍然使其面臨著許多挑戰。

    近日，浙江大學的研究人員在試驗中驗證了保存微波相位和頻率的全偏振任意形狀的3D超穎表面斗篷。該團隊人員運用超穎表面的獨特的特點，成功制備出了克服特殊極化限制、阻抗失配以及在現有的隱形斗篷的反射光束的橫向位移等困難的新型斗篷。實驗和計算表明，該斗篷可以完全恢復極化、相位和頻率。該斗篷的方便的合成方法為工業化生產大尺寸全極化3D斗篷提供了可行性，并且有用于飛行器隱身的潛力。

    該成果發表于Advanced Materials.

    （七）上海應用物理研究所研發出質子驅動的DNA泵

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    動態支架的方案設計a）動態i-motif序列b）

    高精度以及可編程自組裝的特點保證了靜態2D或3D DNA的成功構建。具有獨特功能的動態DNA納米器件，在溶液中構建出了開關、馬達以及具有多部件的機器。納米組裝線已經用在目標產品的程序化生產。

    最近，上海應用物理研究所的科研人員運用表面封閉的納米結構的三維動態DNA研發出了質子驅動的DNA泵。該基于四面體形狀的DNA泵是一種新型的納米尺度泵，其可以在生物體系統中具有低細胞毒性和高的兼容性的優點。除此之外，其尺寸和形狀可以調節，官能化程度較高。該三維納米結構可以迅速組裝，產量高，取向有序很穩定地固定在物體表面，為表面封閉的功能化的納米器件提供了一個穩定的可用體系。

    該成果發表于Advanced Materials.

   （八） 中科院利用鄰位金屬化方法制備選擇性硝化芳烴

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    C-C鍵直接轉化為C-H鍵以及C-X鍵（X:異質原子）為合成各種復雜的分子提供了一種快速的方法。通過使用過渡金屬催化定向取代基輔助的官能化ortho-CAr?H在orthoC?C和C?X鍵的形成取得了巨大的成功。但是，meta-CAr?H 官能化仍然面臨著很大的挑戰。

    近日，來自中科院的研究團隊使用Ru3（CO）12作為催化劑，以Cu（NO3）2·3H2O做為硝基源。使用獨特的選擇性元對以肟基做為誘導基的芳烴進行硝化。研究結果表明，鐐元素是金屬化了的ortho-CAr?H至關重要的媒介，有希望成為隨后的親電子的芳香族的代替物，除此之外，該研究也為許多有用的藥物分子提供了一種快速合成的方法。

    該研究成果發表于JACS.

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責任編輯：周婭

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