{首页主词},&

材料前沿最新綜述精選

2017-08-30 10:10:30 作者：本網(wǎng)整理來源：材料人分享至：

1. Adv.Energy Mater.綜述：納米結(jié)構(gòu)釩氧化物及復(fù)合物在能量轉(zhuǎn)換方面的最新進展

圖1. VO2的兩種晶體結(jié)構(gòu)、能帶結(jié)構(gòu)及其典型的相變過程

釩元素在地球的存儲量豐富，同時具有多種氧化態(tài)（Ⅱ-Ⅴ）及包括VO2，V2O5和V6O13在內(nèi)的多種晶體結(jié)構(gòu)。釩氧化物具有優(yōu)異的分子/離子相互作用，催化活性以及強的電子-電子相關(guān)性，這些獨特的化學(xué)、電子、光學(xué)性質(zhì)使得釩氧化物在能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用，研究人員們在最近幾年也比較關(guān)注釩氧化物。澳大利亞莫納什大學(xué)蔣緒川教授（通訊作者）等人發(fā)表的綜述中介紹了納米結(jié)構(gòu)釩氧化物及其應(yīng)用的最新進展，主要總結(jié)了納米結(jié)構(gòu)釩氧化物的合成方法和解決能源轉(zhuǎn)換器件現(xiàn)有實際問題的主要成就。其中釩氧化物包括二氧化釩（VO2），五氧化二釩（V2O5）等；釩氧化物在能源轉(zhuǎn)換器件中的應(yīng)用主要包括三種能量來源類型：化學(xué)能（鋰離子電池、贗電容超級電容器和燃料電池），太陽能（光伏器件和光催化產(chǎn)氫）以及熱能（熱電發(fā)電）；文章最后對納米結(jié)構(gòu)釩氧化物在能源轉(zhuǎn)換器件中的應(yīng)用前景進行了展望。

原文鏈接：Recent Advances in Nanostructured Vanadium Oxides and Composites for Energy Conversion.（ Adv. Energy Mater. , 2017, DOI: 10.1002/aenm.201700885）

2.Adv. Energy Mater.綜述：光催化的基本原則，不同的實現(xiàn)形式以及新興的科學(xué)機會

圖2. 天然光合作用示意圖

太陽光是一種天然持續(xù)的地球能源，其可再生并且能量用之不竭，目前對于太陽能的利用有一系列技術(shù)，比如太陽能直接收集轉(zhuǎn)化存儲成熱能形式，可以為房屋提供熱量或者轉(zhuǎn)化為電能使用。現(xiàn)在研究較多的是將太陽能收集存儲用于光化學(xué)反應(yīng)，其中光催化也是一種有效使用太陽光的方案。波士頓學(xué)院王敦偉教授（通訊作者）等人發(fā)表的綜述中旨在對光催化領(lǐng)域提供一個全面的概覽；文章深刻理解了自然光合作用為光催化提供的科學(xué)依據(jù)；介紹了目前四種類型光催化的具體內(nèi)容，包括植物的光合作用、微藻類的光合作用、懸浮光催化和光電催化；同時詳細的分析了一些簡單的光催化劑，闡明了一個工作中光催化劑不同組分的不同功能，隨后分析了綜合的光催化系統(tǒng)；最后簡單的討論了人工光合酶并且對其進行了展望。

原文鏈接：Photocatalysis: Basic Principles, Diverse Forms of Implementations and Emerging Scientific Opportunities.（ Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201700841）

3.Adv. Mater.綜述：將金屬硫代磷酸鹽和硒磷酸鹽作為多功能范德華層狀材料

圖3. MTP復(fù)合物材料研究的軟件分析結(jié)果

石墨烯的發(fā)現(xiàn)點燃了人們對二維材料的熱情，二維片層、堆疊異質(zhì)結(jié)和層狀化合物薄膜等被認為是下一代的電子、化學(xué)和結(jié)構(gòu)材料。二維材料的研究主要在于發(fā)現(xiàn)新的材料，利用和調(diào)控它們獨特的電學(xué)和光學(xué)性質(zhì)，二維電介質(zhì)和半導(dǎo)體的研究推動了六方氮化硼，黑磷、過渡金屬二硫化物的出現(xiàn)與發(fā)展，但是，優(yōu)異的絕緣體材料的研究仍停滯不前。同時，二維材料顯示出優(yōu)異的超導(dǎo)電性、磁性和鐵電性，這些性質(zhì)顯著地充實了功能二維材料，其中層狀金屬硫代（硒）磷酸鹽類材料是一種穩(wěn)定的具有寬帶隙的半導(dǎo)體。橡樹嶺國家實驗室的Petro Maksymovych和Michael A. Susner（共同通訊）等人發(fā)表的綜述介紹了金屬硫代（硒）磷酸鹽（MTPs）類材料，金屬陽離子用于穩(wěn)定[P2S（Se）6]4?骨架形成層狀材料，層與層之間靠范德華力連接。綜述中依次介紹了MTPs的結(jié)構(gòu)以及分類；MTPs化合物的合成，主要是單晶的合成；MTPs材料的功能，主要是鐵電性和磁性等物理現(xiàn)象，文章同時也討論了離子導(dǎo)電性和儲氫性能等以及MTPs材料在器件制造過程中的實際問題；最后對MTPs二維材料的實際問題和理論研究進行了探討。

原文鏈接：Metal Thio- and Selenophosphates as Multifunctional van der Waals Layered Materials.（ Adv. Mater. 2017, DOI: 10.1002/adma.201602852）

4.Chem. Rev.綜述：柔性傳感器和制動器——電子肌肉和皮膚

圖4. 電子皮膚示意圖和機器人學(xué)的發(fā)展時間線

為對人類皮膚的性能進行仿真，電子皮膚隨著可穿戴電子器件的出現(xiàn)已經(jīng)快速發(fā)展，同時研究者也在嘗試模擬有機部分的感官功能，相關(guān)研究已經(jīng)有所報道。未來的電子器件將繼續(xù)趨向于可移動和可穿戴化，智能皮膚也將隨著復(fù)雜生物傳感器的發(fā)展日益增進。加州大學(xué)洛杉磯分校的裴啟兵教授（通訊作者）等人發(fā)表的綜述介紹了幾類可以用于制造電子肌肉和電子皮膚的兼容性材料，不同類型的材料包括從兼容性導(dǎo)體、半導(dǎo)體到電介質(zhì)，這些材料在下一代電子器件的發(fā)展中起著重要的作用。綜述詳細介紹了柔性和可伸縮性電子器件可用的新型材料最近取得的進展，以及優(yōu)異性能材料的制備；除了兼容性材料外，綜述還討論了發(fā)展柔性傳感器和制動器整合系統(tǒng)中這些材料的使用。

原文鏈接：Electronic Muscles and Skins: A Review of Soft Sensors and Actuators.（ Chem. Rev., 2017, DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00019）

5.Chem. Soc. Rev.綜述：析氫反應(yīng)中的染料敏化光陰極

圖5. 染料敏化光電催化器件配置及工作原理

氫氣直接作為燃料合成化學(xué)氣體或氨時具有比電池超出15倍、比石油超出3倍的能量密度，利用太陽光將水轉(zhuǎn)化為氫氣可以提供清潔燃料，但是全世界范圍內(nèi)至今仍然沒有一種有效地方式可以大規(guī)模的直接將太陽能轉(zhuǎn)化為氫氣。紐卡斯爾大學(xué)的Elizabeth A. Gibson（通訊作者）在本篇綜述中介紹了一種方法，發(fā)展了一種設(shè)備用于開發(fā)選擇性的分子催化劑，但是同時可以避免犧牲施主電子的器件。其可以將施主電子吸附在電極表面，通過組裝光陽極和光陰極，水氧化提供的電子用于將氫離子還原成為氫氣。通過分離膠體半導(dǎo)體和分子組件之間的光吸收的功能、電荷傳輸和催化劑，使得每一個組分的活性達到最優(yōu)化，但是該系統(tǒng)的復(fù)雜性使其在發(fā)揮最佳性能的同時必須具有先進的實驗技術(shù)條件。綜述還討論了目前半導(dǎo)體、染料和催化劑之間界面控制電子轉(zhuǎn)移的因素以及該鄰域未來的方向和挑戰(zhàn)。

原文鏈接：Dye-sensitized photocathodes for H2 evolution. （ Chem. Soc. Rev, 2017, DOI: 10.1039/c7cs00322f）

6.Chem. Soc. Rev.綜述：超分子設(shè)計藥物傳遞

圖6. 超分子材料藥物傳遞示意圖

最近幾年，超分子化學(xué)在改善醫(yī)療方面受到了許多關(guān)注，它擴充了藥物傳遞方法的合理設(shè)計，通過利用特定的、動態(tài)的、可調(diào)控的非共價鍵相互作用力，可以實現(xiàn)設(shè)計藥物傳遞。這種藥物傳遞的方式可以確定的是能在分子水平上控制組分，改善合并目標藥物的路線，是一種創(chuàng)造可以響應(yīng)多種生理指示傳遞器件的新策略。一些可識別的超分子圖案-大環(huán)主客復(fù)合物承擔(dān)了藥物傳遞的局部應(yīng)用，超分子圖案的使用可以更進一步控制材料對治療藥物的包裝和釋放，另外，大多數(shù)超分子圖案由于疏水作用可以在水中傳遞藥物。超分子作用的組合性也可以促進一個傳遞平臺同時傳遞多種藥物的機會。總之，超分子藥物傳遞設(shè)計提供了一種簡單的方法用于提高制藥生產(chǎn)的精準度。美國圣母大學(xué)的Matthew J. Webber和麻省理工學(xué)院的Robert Langer（共同通訊）發(fā)表的綜述中介紹了一些重要的超分子設(shè)計藥物傳遞的策略，主要關(guān)注通過超分子圖案設(shè)計藥物傳遞系統(tǒng)，包括主客大環(huán)相互作用、自組裝肽類、多價氫鍵圖案、蛋白質(zhì)衍生親和相互作用和金屬配體配位等。綜述中討論了設(shè)計這些系統(tǒng)分子水平上的細節(jié)，這些設(shè)計的優(yōu)勢以及其在醫(yī)療方面應(yīng)用的前景。

原文鏈接：Drug delivery by supramolecular design.（ Chem. Soc. Rev., 2017, DOI: 10.1039/c7cs00391a）

7.Chem. Soc. Rev.綜述：CO2轉(zhuǎn)換新策略——等離子體技術(shù)

圖7. CO2轉(zhuǎn)換為可再生能源的新工藝以及使用原則

如何將二氧化碳轉(zhuǎn)換為增值的化學(xué)品是21世紀最大的挑戰(zhàn)之一，由于傳統(tǒng)的熱能途徑限制，需要發(fā)展一些新穎的技術(shù)，該領(lǐng)域最具有前景的方法就是等離子體技術(shù)。等離子體技術(shù)的優(yōu)點包括溫和的操作條件、容易擴大技術(shù)規(guī)模、通過能量轉(zhuǎn)換使得提起活化而不是加熱的方法。因此，一些熱力學(xué)上很難發(fā)生的反應(yīng)得以實現(xiàn)，比如二氧化碳濺射。比利時安特衛(wèi)普大學(xué)的Ramses Snoeckx 和 Annemie Bogaerts（共同通訊）發(fā)表的綜述中介紹了多種有效地轉(zhuǎn)換二氧化碳的新穎技術(shù)，批判性的評估了等離子體技術(shù)是否是這個領(lǐng)域里最有效最成功的技術(shù)。綜述對一些問題給予了解答，等離子體技術(shù)超越其他方法的絕對優(yōu)勢是什么，如果是這樣的話，那么使用等離子體技術(shù)的問題在哪里？等離子體技術(shù)是可以獨立成功使用的還是需要與其他技術(shù)相結(jié)合？

原文鏈接：Plasma technology – a novel solution for CO2 conversion?（ Chem. Soc. Rev., 2017, DOI:10.1039/c6cs00066e）

8.Chem. Soc. Rev.綜述：時空水凝膠生物材料用于可再生藥物

圖8. 制備得到的可光降解和適應(yīng)性強的水凝膠

水凝膠仿真物的許多物理性能類似于軟組織，其已經(jīng)廣泛應(yīng)用于組織工程和可再生藥物的生物材料中，合成水凝膠的發(fā)展可以概括為天然組織的大部分健康狀態(tài)或者不健全狀態(tài)，其用于在試管內(nèi)進一步研究細胞載體。然而，在試管環(huán)境下這些模型通常不能俘獲動態(tài)和非均質(zhì)性質(zhì)，比如空間的變化和發(fā)展病變中的變化。為了解決這一缺陷，生物材料的設(shè)置過程開始應(yīng)用各種各樣的制備技術(shù)，在這些技術(shù)之中，光化學(xué)尤為合適，因為這些反應(yīng)可以精確的在特定的時刻在三維空間內(nèi)反應(yīng)。這種時空控制化學(xué)反應(yīng)也可以在細胞或組織環(huán)境中相關(guān)規(guī)模長度內(nèi)反應(yīng)，且反應(yīng)無害高效。美國科羅拉多大學(xué)波德分校的 Kristi S. Anseth（通訊作者）等人發(fā)表的綜述主要介紹了利用光化學(xué)反應(yīng)制備動態(tài)水凝膠環(huán)境，以及這些水凝膠動態(tài)環(huán)境是如何用于調(diào)查和直接觀察細胞行為。

原文鏈接：Spatiotemporal hydrogel biomaterials for regenerative medicine. （ Chem. Soc. Rev., 2017, DOI: 10.1039/c7cs00445a）

9.Acc. Chem. Res.綜述：先進電催化中的黃鐵礦型納米材料

圖9. 綜述TOC圖

氫氣經(jīng)濟由于可靠性和可承擔(dān)性自出現(xiàn)起就受到了許多關(guān)注，但是其需要低成本高效的電催化劑材料來替代惰性金屬（Pt，Ir，Ru）作為參比電極反應(yīng)，比如析氧反應(yīng)、析氫反應(yīng)和氧還原反應(yīng)。盡管人們在廉價的催化劑發(fā)展中已經(jīng)取得不斷地進步，但是仍待改善，最近研究發(fā)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)的礦產(chǎn)資源可以作為一種新型的先進能源材料，尤其是納米結(jié)構(gòu)黃鐵礦。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的俞書宏教授（通訊作者）等人最近發(fā)表的綜述介紹了納米結(jié)構(gòu)黃鐵礦型材料在電催化領(lǐng)域最近的新發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用取得的進展，第一次重點闡述了黃鐵礦型材料有趣的特性以及這個類型的材料為什么能用于現(xiàn)代電催化。

原文鏈接：Pyrite-Type Nanomaterials for Advanced Electrocatalysis.（ Acc. Chem. Res., 2017, DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00187）

10.Acc. Chem. Res.綜述：利用拓撲聚合物化學(xué)設(shè)計復(fù)雜的大分子圖結(jié)構(gòu)

圖10. 拓撲聚合物化學(xué)設(shè)計復(fù)雜的大分子圖結(jié)構(gòu)

準確的拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計一直以來是聚合物科學(xué)和聚合物材料工程有趣的挑戰(zhàn)，一類多旋回拓撲聚合物結(jié)構(gòu)包括spiro形、 bridged形和 fused 形式，不僅從拓撲幾何學(xué)角度看是十分獨特的，而且從生物化學(xué)角度也與設(shè)計褶皺結(jié)構(gòu)相關(guān)。東京工業(yè)大學(xué)的Yasuyuki Tezuka（通訊作者）發(fā)表的綜述中討論了構(gòu)建這一類大分子最新的進展，尤其是憑借靜電自組裝和共價固定（ESA-CF）作用構(gòu)建的聚合物，作為一種通用的方法構(gòu)建了復(fù)雜的聚合物，比如環(huán)形和多旋回形。

原文鏈接：Topological Polymer Chemistry Designing Complex Macromolecular Graph Constructions.（ Acc. Chem. Res., 2017, DOI:10.1021/acs.accounts.7b00338）

11.Nat. Rev. Mater.綜述：計算引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)熱電材料

圖11. 真實結(jié)構(gòu)和倒晶格結(jié)構(gòu)的關(guān)系以及研究的多樣性

熱電材料潛在的先進性及其固態(tài)制冷發(fā)電功能是巨大的，至今為止，熱電材料的進步仍受到化學(xué)空間和實驗工作寬度和多樣性的限制。美國國家可再生能源實驗室的Prashun Gorai， Vladan Stevanovic? 和 Eric S. Toberer（共同通訊）發(fā)表的綜述討論了最近計算的發(fā)展是如何改革我們預(yù)測電子聲子傳輸和分散的能力的，還有材料的摻雜能力，人們通過檢測有效的方法來計算跨越大型化學(xué)空間的重要傳輸特性。當加上實驗的反饋，這些高通量方法可以刺激新型熱電材料種類的發(fā)現(xiàn)，在較小的材料子集內(nèi)，計算可以通過指導(dǎo)得到最佳的化學(xué)和結(jié)構(gòu)裁剪，以此可以提高材料性能并且對底層傳輸物理提出深刻的理解。除了完美的材料，計算可用于結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計和化學(xué)修改（如缺陷、界面、摻雜劑和合金），以對傳輸性能提供額外的控制用于優(yōu)化性能。通過計算來預(yù)測的材料種類和設(shè)計材料，在熱電材料發(fā)現(xiàn)鄰域是一種新興的方式。

原文鏈接： Computationally guided discovery of thermoelectric materials.（ Nat. Rev. Mater. , 2017, doi:10.1038/natrevmats.2017.53）

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內(nèi)外最新動態(tài)，我們網(wǎng)站會不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國腐蝕與防護網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：殷鵬飛

《中國腐蝕與防護網(wǎng)電子期刊》征訂啟事

投稿聯(lián)系：編輯部

電話：010-62313558-806

郵箱：fsfhzy666@163.com

中國腐蝕與防護網(wǎng)官方 QQ群：140808414

免責(zé)聲明：本網(wǎng)站所轉(zhuǎn)載的文字、圖片與視頻資料版權(quán)歸原創(chuàng)作者所有，如果涉及侵權(quán)，請第一時間聯(lián)系本網(wǎng)刪除。