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材料前沿最新綜述精選(2017年8月第2周)

2017-08-14 09:27:05 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

1、Nature Reviews Chemistry綜述：藥物輸送系統(tǒng)中大分子復(fù)雜性的演變

圖1 藥物輸送中大分子結(jié)構(gòu)的變化歷程

納米材料在輸送藥物，減少毒性方面發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。納米醫(yī)學(xué)的進(jìn)步使得研究人員能夠改善其在無數(shù)臨床問題中的應(yīng)用，目的是開發(fā)、改進(jìn)更有效的治療方法。在化學(xué)領(lǐng)域，這包括在納米支架中納入多種功能，以及開發(fā)控制大分子形狀和分散性的方法。本綜述中，麻省理工學(xué)院的Robert Langer（通訊作者）等人探討了在大分子結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜的情況下藥物傳遞方式如何發(fā)展，以及檢驗(yàn)這種增加的復(fù)雜性如何使藥物順利有效輸送，并且討論了其在納米醫(yī)學(xué)中滿足需求的潛力。

文獻(xiàn)鏈接：Evolution of macromolecular complexity in drug delivery systems （Nat.Rev.Chem.，2017，DOI:10.1038/s41570-017-0063）

2、Nature Reviews Chemistry綜述：用于體內(nèi)生物傳感的表面增強(qiáng)拉曼光譜

圖2 SERS研究應(yīng)用在體內(nèi)的一些關(guān)鍵發(fā)展

表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）由于其靈敏度，特異性和重復(fù)使用能力，因此是生物醫(yī)學(xué)分析和成像的關(guān)鍵技術(shù)。探針的生物相容性和微創(chuàng)手段是保證SERS在體內(nèi)傳感成功應(yīng)用的關(guān)鍵，兩者分別通過開發(fā)新的納米探針和儀器來滿足要求。本綜述中，斯特拉斯克萊德大學(xué)的Duncan Graham（通訊作者）等人介紹了這些領(lǐng)域的最新發(fā)展，論述了一些已經(jīng)實(shí)施的傳感器的案例研究，并概述了SERS在臨床使用前必須解決的缺點(diǎn)。

文獻(xiàn)鏈接：Surface-enhanced Raman spectroscopy for in vivo biosensing （Nat.Rev.Chem.，2017，DOI:10.1038/s41570-017-0060）

3、Chemical Reviews綜述：水熱合成無機(jī)納米顆粒

圖3 連續(xù)水熱合成的應(yīng)用

納米材料在新興納米技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。因其具有獨(dú)特且可調(diào)的尺寸（在1-100nm范圍內(nèi)），使得這些材料在許多現(xiàn)代技術(shù)應(yīng)用中扮演著不可或缺的角色。英國倫敦大學(xué)學(xué)院的Jawwad A. Darr（通訊作者）等人總結(jié)了使用連續(xù)水熱合成（CHFS）的工藝制造和應(yīng)用無機(jī)納米粒子的先進(jìn)技術(shù)；介紹了納米陶瓷生產(chǎn)流程的理想條件和連續(xù)水熱合成的不同方法，及其制造的納米材料相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域。評估了納米材料的發(fā)現(xiàn)的環(huán)境影響、未來發(fā)展方向及展望。

文獻(xiàn)鏈接：Continuous Hydrothermal Synthesis of Inorganic Nanoparticles: Applications and Future Directions （Chem.Rev.，2017，DOI: 10.1021/acs.chemrev.6b00417）

4、Chemical Reviews綜述：光催化活性氧的產(chǎn)生與檢測

圖4 光催化劑中產(chǎn)生的活性氧物質(zhì)——氧氣和水的還原、氧化步驟

光催化技術(shù)在許多實(shí)踐領(lǐng)域的應(yīng)用迅速發(fā)展，其基礎(chǔ)研究也在不斷進(jìn)步。特別是通過太陽光分解水（即人造光合作用）生產(chǎn)氫燃料是未來潛在的應(yīng)用。由于在有氧條件下光催化劑實(shí)際上與水蒸汽一起作用，所以涉及氧和水作為反應(yīng)物質(zhì)的光催化是十分重要的。氧轉(zhuǎn)化為高反應(yīng)性的物質(zhì)通常稱為活性氧（ROS）。本論文中，長岡技術(shù)科學(xué)大學(xué)的Yoshio Nosaka（通訊作者）等人對近20年出版的文獻(xiàn)里所出現(xiàn)的光催化反應(yīng)中ROS的檢測方法、生產(chǎn)機(jī)制進(jìn)行了調(diào)查，并指出了異質(zhì)光催化體系的具體研究問題。

文獻(xiàn)鏈接：Generation and Detection of Reactive Oxygen Species in Photocatalysis （Chem.Rev，2017，DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00161）

5、Chemical Society Reviews綜述：基于鈣鈦礦的光電探測器

圖5 基于鈣鈦礦的光電探測器的結(jié)構(gòu)示意圖及不同器件的光電檢測性能特點(diǎn)

光電檢測器是通過光電效應(yīng)檢測和測量光特性的裝置。如今，光電探測器的光電轉(zhuǎn)換的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)領(lǐng)域都得到了越來越多的關(guān)注。鈣鈦礦特有的半導(dǎo)體特性使其成為光信號檢測中創(chuàng)新應(yīng)用的極佳候選者，鈣鈦礦在寬波段范圍內(nèi)結(jié)合了有效光吸收，良好光生產(chǎn)率和高電荷載流子遷移率三種優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)在許多方面都有極大的潛力。梨花女子大學(xué)的Dong Ha Kim（通訊作者）等人全面概述了鈣鈦礦光電探測器的最新進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了組合材料的組成、結(jié)構(gòu)及形態(tài)，以及不同設(shè)備體系的性能指標(biāo)。

文獻(xiàn)鏈接：Perovskite-based photodetectors: materials and devices （Chem.Soc.Rev.，2017，DOI:10.1039/C6CS00896H）

6、Chemical Society Reviews綜述：金屬有機(jī)骨架中的協(xié)同變化，不穩(wěn)定性和可靠性

圖6 Co（II）中心從四面體到正方形協(xié)同，從最開放孔“填充”形式到其他更封閉的形式

金屬有機(jī)骨架（MOF）是當(dāng)前科學(xué)中最熱門的材料之一。它們的應(yīng)用及其多樣性取決于它們的化學(xué)性質(zhì)，骨架拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及它們孔的空間尺寸。圣安德魯斯大學(xué)的Russell E. Morris和謝菲爾德大學(xué)的Lee Brammer（共同通訊）描述了金屬中心周圍協(xié)同變化的例子，以及導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變化的原因，并介紹了MOFs屬性的變化。綜述中還討論了如何將金屬-連接體鍵的不穩(wěn)定性用于材料的合成改性，以及這種不穩(wěn)定性對MOFs穩(wěn)定性的影響。同時解釋了應(yīng)用于MOF時的可靠性含義，對MOF的潛在應(yīng)用進(jìn)行了探討。

文獻(xiàn)鏈接：Coordination change, lability and hemilability in metal–organic frameworks （Chem.Soc.Rev.，2017，DOI:10.1039/C7CS00187H）

7、Chemical Society Reviews綜述：柔性鋰硫電池及其類似的堿金屬-硫族元素可充電電池

圖7 柔性堿金屬—硫族元素電池的概述

更輕、更薄、更小的便攜式設(shè)備的快速發(fā)展驅(qū)動著電化學(xué)能量儲存技術(shù)的發(fā)展。柔性電子產(chǎn)品逐漸實(shí)現(xiàn)了卓越的便攜性和良好的環(huán)境適應(yīng)性，且已經(jīng)有了廣泛的應(yīng)用，正在逐步改善人類的社會生活。清華大學(xué)的張強(qiáng)（通訊作者）等人總結(jié)了柔性Li-S電池和類似堿金屬-硫族元素電池的最新研究進(jìn)展，也對含柔性Li-S電池的柔性材料的進(jìn)展情況進(jìn)行了綜述，最終總結(jié)了柔性Li-S和類似堿金屬-硫族元素電池的現(xiàn)有挑戰(zhàn)，展望了其未來發(fā)展。

文獻(xiàn)鏈接：A review of flexible lithium–sulfur and analogous alkali metal–chalcogen rechargeable batteries （Chem.Soc.Rev.，2017，DOI:10.1039/C7CS00139H）

8、Chemical Society Reviews綜述：多元?dú)怏w/蒸氣傳感器中的單層保護(hù)金屬納米粒子

圖8 不同類型氣體/蒸氣傳感器的發(fā)展歷程

目前檢測復(fù)雜環(huán)境下的氣體和蒸氣，在現(xiàn)有傳感器中經(jīng)典分析儀器是檢測的不二選擇，然而由于其相對較高的功耗、高成本及便攜性不佳，在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用仍受到一定限制。最近新一代傳感器——多元傳感器，可以對不同氣體和蒸氣具有不同的響應(yīng)，且獨(dú)立輸出各種響應(yīng)以識別不同的氣體。因其極為不同的感測方式，消除了現(xiàn)有傳感器的局限。通用電氣全球研究中心的Radislav A. Potyrailo（通訊作者）在論文中嚴(yán)謹(jǐn)?shù)胤治隽嘶趩螌颖Ｗo(hù)納米粒子（MPN）的多元傳感器的進(jìn)展，其由有機(jī)和生物配體提供的氣體響應(yīng)機(jī)制使得這種MPN傳感材料在多數(shù)傳感材料中脫穎而出，并且成為了現(xiàn)有分析儀器中的“紅人”！

文獻(xiàn)鏈接：Toward high value sensing: monolayer-protected metal nanoparticles in multivariable gas and vapor sensors （Chem.Soc.Rev.，2017，DOI:10.1039/C7CS00007C）

9、Accounts of Chemical Research綜述：被包覆的金納米顆粒配體殼層的表征

圖9 對金納米顆粒配體殼層的不同表征方法

金納米顆粒的配體殼層使其擁有許多性質(zhì)，目前的研究通常是用配體分子的混合物作為其納米粒子來賦予其各種復(fù)雜的性質(zhì)。洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Francesco Stellacci（通訊作者）等人介紹了適用于具有配體殼層金納米粒子表征技術(shù)的最新進(jìn)展，模擬了各種表征技術(shù)，指出了理解配體殼層熱力學(xué)穩(wěn)定性的最新研究結(jié)果，并強(qiáng)調(diào)了計(jì)算機(jī)模擬對數(shù)據(jù)解釋的重要性，最后以未來發(fā)展的角度進(jìn)行了總結(jié)。

文獻(xiàn)鏈接：Characterization of Ligand Shell for Mixed-Ligand Coated Gold Nanoparticles （Acc.Chem.Res.，2017，DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00165）

10、Accounts of Chemical Research綜述：靜電紡絲納米纖維新的概念及其應(yīng)用

圖10 靜電紡絲納米纖維

早在一個世紀(jì)前，超薄纖維就可在強(qiáng)電場下從粘彈性液體中提取，這被稱為靜電紡絲，如今，這種技術(shù)不斷被一代代的研究人員改進(jìn)，已可用于從多種材料（包括聚合物、陶瓷、小分子及其聚集體）中提取直徑達(dá)數(shù)十納米的納米纖維。靜電紡絲納米纖維的應(yīng)用極其廣泛，小到涉及身邊的空氣凈化、水凈化，大到藥物輸送、再生醫(yī)學(xué)。在過去的15年中，佐治亞理工學(xué)院的夏幼南（通訊作者）等人廣泛探究了靜電紡絲納米纖維的一系列應(yīng)用。文章首先描述了靜電紡絲的原理，隨后簡要討論了用于控制靜電紡絲納米纖維組成、結(jié)構(gòu)、孔隙率和表面性能的方法，最后強(qiáng)調(diào)了其在非均相催化和生物醫(yī)學(xué)研究中的應(yīng)用。

文獻(xiàn)鏈接：Electrospun Nanofibers: New Concepts, Materials, and Applications （Acc.Chem.Res.，2017，DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00218）

11、Accounts of Chemical Research綜述：電沉積納米材料——快速，敏感的H2傳感器

圖11 不同傳感器的性能比較

氫氣（H2）在空氣中的濃度高于4％（v/v）時是無臭且易燃的。這就需要能夠在較低濃度下快速檢測的傳感器，以便在任何使用的地方“嗅出”泄漏的H2。為了大規(guī)模使用，此傳感器也必須是廉價，緊湊，功率高效的，并且能夠在較寬范圍的環(huán)境溫度和濕度下工作。加州大學(xué)的Reginald M. Penner（通訊作者）總結(jié)了基于電沉積納米材料的H2傳感器的發(fā)展。介紹了從基于Pd納米線的H2傳感器，到基于Pt納米線的H2傳感器，再到最新含有電沉積Pd納米粒子（NPs）的碳納米管傳感器的發(fā)展歷程。傳感器的靈敏性與反應(yīng)性都有大幅度提升。

文獻(xiàn)鏈接：A Nose for Hydrogen Gas: Fast, Sensitive H2 Sensors Using Electrodeposited Nanomaterials （Acc.Chem.Res.，2017，DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00163）

12、Accounts of Chemical Research綜述：使用透射電鏡觀察液體中的膠體納米晶體形成和電極—電解質(zhì)界面

圖12 膠體TEM透視示意圖——納米晶體生長和電化學(xué)液體反應(yīng)

透射電子顯微鏡（TEM）已經(jīng)成為解決化學(xué)科學(xué)以及材料科學(xué)和其他學(xué)科領(lǐng)域獨(dú)特科學(xué)問題的有力分析工具。近來液相環(huán)境TEM的開發(fā)和應(yīng)用逐漸走紅。勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的鄭海梅（通訊作者）等人介紹了液晶細(xì)胞TEM的研究和應(yīng)用，以研究液—固界面的動態(tài)現(xiàn)象，重點(diǎn)關(guān)注了兩個方面：（1）膠體納米晶體的成核，生長和自組裝；（2）電極—電解質(zhì)界面的充電和放電過程，同時強(qiáng)調(diào)了這兩個專題研究領(lǐng)域取得的成就和進(jìn)展。

文獻(xiàn)鏈接：Visualization of Colloidal Nanocrystal Formation and Electrode–Electrolyte Interfaces in Liquids Using TEM （Acc.Chem.Res.，2017，DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00161）

13、Accounts of Chemical Research綜述：原子層沉積的密閉納米催化劑

圖13 活性位點(diǎn)限制在不同空間的示意圖

催化是化學(xué)領(lǐng)域的一個重要部分。催化化學(xué)中最重要的目標(biāo)就是控制化學(xué)反應(yīng)的過程和結(jié)果。在納米空間內(nèi)限制活性位點(diǎn)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的策略。且現(xiàn)在的研究已經(jīng)觀察到限制在納米反應(yīng)器內(nèi)部的反應(yīng)分子以及納米材料（金屬/金屬氧化物納米顆粒）表現(xiàn)出了相對于其無約束對應(yīng)物更好的行為和性質(zhì)。但是，反應(yīng)過程中必須除去過量的金屬或不需要的溶劑和其他試劑。而且在密閉的納米空間中也難以精確調(diào)節(jié)受限納米結(jié)構(gòu)并組裝多功能位點(diǎn)。因此其應(yīng)用受到了一定程度的限制。原子層沉積（ALD）由于其突出的有點(diǎn)，為制造限制性催化劑提供了可控方法。中科院煤化學(xué)研究所的覃勇（通訊作者）等人在此描述了目前團(tuán)隊(duì)在ALD的限制性納米催化劑的設(shè)計(jì)方面和性能方面的研究進(jìn)展。

文獻(xiàn)鏈接：Design and Properties of Confined Nanocatalysts by Atomic Layer Deposition （Acc.Chem.Res.，2017，DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00266）

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責(zé)任編輯：殷鵬飛

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