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材料前沿最新綜述精選(2017年9月第2周)

2017-09-11 10:41:49 作者：本網整理來源：材料人分享至：

1、Nature Reviews Materials綜述：多金屬氧酸鹽框架材料的設計與合成

圖1 普通沸石框架的示意圖

無機氧化物材料可用于半導體電子學，離子交換，催化，涂料，氣體傳感器和分離材料等方面。盡管它們的合成發展得已經較為成熟，但是由于高溫加工和自上而下的合成方法所造成的穩定性不足，還需進一步研究。近日，格拉斯哥大學Leroy Cronin（通訊作者）等人描述了多金屬氧酸鹽（POM）簇的衍生化，這使得它們可以通過使用有機或無機接枝體組裝成一系列框架。此外，自下而上的合成方法可用于制備金屬氧化物框架材料，并且POM前體的特征保留在這些結構中。使用金屬離子接頭可以制備高度穩定的全無機骨架，其不需要有機組分。

文獻鏈接：Design and synthesis of polyoxometalate-framework materials from cluster precursors（Nat.Rev Mater.,2017,DOI:10.1038/natrevmats.2017.54）

2、Nano Energy 綜述：二氧化碳轉化利用：先進材料/納米材料，反應機理和技術

圖2 二氧化碳還原反應的應用

通過CO2轉化生產有用的燃料/化學品是減少二氧化碳排放以及探索高效儲能方法的有希望的途徑。為了促進二氧化碳轉化的研究和開發，清華大學王建晨教授、于波副教授和上海大學的張久俊教授（共同通訊）等人使用先進材料/納米材料和對技術生產有用的燃料/化學品，對CO2轉化率作了全面概述。對CO2的分子結構，熱力學和動力學進行了回顧，介紹了基本原理，并解釋了為什么C = O雙鍵難以破壞。總結了各種轉化技術的機理和特點。特別是通過比較低溫和高溫下的電化學轉化技術，強調了中等溫度下的CO2轉化率。

文獻鏈接：Energy related CO2 conversion and utilization: advanced materials/nanomaterials, reaction mechanisms and technologies（Nano Energy,2017,DOI:10.1016/j.nanoen.2017.08.049）

3、ACS Nano綜述：基于鉑化學療法的藥物輸送策略

圖3 藥物輸送機理

少量化學治療劑比如順式二胺二氯鉑（II）（CDDP）（也稱為順鉑）對癌癥治療有重要的影響。作為鉑類藥物家族的第一個成員，CDDP可破壞DNA復制中的毒性，使得其在多藥治療中有廣泛的應用，特別有益于睪丸癌患者。然而，CDDP還存在顯著的副作用，比如合成劑量受限等。目前已經開發出各種策略來解決這個挑戰，包括在微納米載體內的包封以及使用外部刺激如超聲波來促進攝取和釋放。近日，牛津大學的 Eleanor Stride（通訊作者）等人詳細論述了這些策略和最新的前沿科學和臨床的進展。

文獻鏈接：Drug Delivery Strategies for Platinum-Based Chemotherapy（ACS Nano,2017,DOI:10.1021/acsnano.7b04092）

4、Nature Reviews Materials綜述：將輝碲鉍礦作為熱電和拓撲絕緣子

圖4 M2X3化合物的晶體學研究

輝碲鉍礦是M2X3化合物，其中M是第V族金屬，通常是Bi或Sb，X是以菱方結構結晶的VI族陰離子，常為Te，Se或S。Bi2Se3, Bi2Te3 和 Sb2Te3是典型的輝碲鉍礦，M和X元素的其他混合也可產生常見的變體，如Bi2Te2Se。由于輝碲鉍礦基于重的p區元素，強的自旋軌道耦合極大地影響了其表面和體積上的電子性質。它們的表面電子狀態是拓撲絕緣子前沿工作的基石。近日，俄亥俄州立大學Joseph P. Heremans（通訊作者）等人發表綜述概述了近年來在薄膜輝碲鉍礦材料方面取得的進展，以優化其性能，如熱電和拓撲絕緣子。

文獻鏈接：Tetradymites as thermoelectrics and topological insulators（Nat.Rev Mater.,2017,DOI:10.1038/natrevmats.2017.49）

5、Chemical Reviews 綜述：形式隨從功能：納米顆粒形狀及其對納米醫學的影響

圖5 病毒和細菌的各種形態

最近，在使用納米顆粒的形狀和尺寸來實現目標特異性細胞攝取機制，生物分布模式和藥代動力學等方面，科研人員做出了很多努力。雖然球形脂質納米顆粒的成功已經在世界范圍內證明了化學療法的顯著療效，但迄今為止石棉誘發的肺部疾病仍使人們對纖維材料留下深深的陰影。已知粒子形態的影響與許多物理化學參數息息相關，即大小，彈性，表面化學和生物活性。近日，弗里堡大學 Alke Petri-Fink（通訊作者）等人首先強調一些在自然界中觀察到的形態，以及通過合成策略為我們所用的形狀。之后，文章討論了通過各種理論模型了解納米顆粒的細胞攝取，然后將其與來自體外和體內實驗的觀察結果進行比較。此外，文章還討論了納米顆粒形狀在不同大小方面對靶向，細胞毒性和細胞力學的影響。

文獻鏈接：Form Follows Function: Nanoparticle Shape and Its Implications for Nanomedicine（Chem. Rev.,2017,DOI:10.1021/acs.chemrev.7b00194）

6、Chemical Society Reviews綜述：柔性電子生物材料的新見解和觀點

圖6 生物材料柔性裝置總結

生物材料具有強大的層次結構，能夠具有專門的功能，并結合天然的生物活性成分，這些成分已經歷了數百萬年的發展。這些高效的結構設計提供了卓越的運輸和機械性能，使其成為柔性電子感應技術有吸引力的候選者。近日，中科院半導體研究所沈國震研究員（通訊作者）等人全面概述了柔性電子設備生物材料的基本概念和應用，并通過描述其獨特的結構和功能來討論各類生物材料。詳細討論了生物材料的生物活性對改進性能的影響，這是由于這種效應克服了傳統柔性電子器件中通常會遇到的有限生物利用度和形態等限制。

文獻鏈接：New insights and perspectives into biological materials for flexible electronics（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00278E）

7、Chemical Society Reviews綜述：超級電容器的最新進展：從新的電極材料到新穎的器件設計

圖7 關于超級電容器材料和器件最新進展的概述

值得注意的是，近年來，新一代超級電容器的許多重大突破，與理論認識、材料合成和器件設計有關。近日，南京工業大學吳宇平教授、付麗君教授和湖南農業大學周清明教授（共同通訊）等人總結了超級電容器的機制，新材料和新穎設備設計的最新進展。首先，對機理的基本理解主要集中在基于一些原位表征技術和模擬電極材料的結構特性與其電化學性能之間的關系。其次，討論了一些新興的電極材料，包括金屬 - 有機框架（MOFs），共價有機框架（COFs），MXenes，金屬氮化物，黑磷，LaMnO3和RbAg4I5 /石墨。第三，介紹了下一代超級電容器的設備創新。最后，展望了未來的發展并說明了面臨的關鍵技術挑戰。

文獻鏈接：Latest advances in supercapacitors: from new electrode materials to novel device designs（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI:10.1039/C7CS00205J）

8、Chemical Society Reviews綜述：人造聚合材料中犧牲鍵的進展

圖8 用犧牲鍵直接寫入微結構纖維的示意圖

由于打破機械性能瓶頸和擴展聚合物材料應用的潛力，在合成聚合物材料的制造中模仿天然結構已被高度追捧。最近的研究已經表明，通過犧牲鍵的能量消散機制是天然材料強大而強硬的重要因素之一。目前已經在由犧牲鍵組成的聚合材料合成方面取得了巨大進展。近日，北京化工大學張立群教授、華南理工大學郭寶春教授和法國國家科學研究中心-洛林大學胡國華教授（共同通訊）等人對以下幾個方面進行了總結：（1）總結了犧牲鍵聚合物的力學和化學進展，（2）基于單分子力學光譜，發色團合并和本構定律的研究，描述了強化/增韌聚合物中犧牲鍵的機理，（3）提出包括雙交聯，雙/多網絡和犧牲界面的犧牲接合的合成方法，（4）討論了將犧牲鍵加入水凝膠，仿生結構和彈性體的重要進展，（5）提出分子模擬，粘彈性，犧牲界面構建和離解溫度高的犧牲鍵的未來工作。

文獻鏈接：Progress in bio-inspired sacrificial bonds in artificial polymeric materials（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00276A）

9、Chemical Society Reviews綜述：石墨烯在剛性和柔性基底上的直接生長：進展，應用和挑戰

圖9 基于CVD的石墨烯的總體生長機制圖

由于其卓越的導電性，機械強度，熱穩定性等，石墨烯最近引起了人們廣泛的興趣。石墨烯基器件在電子，光電和能量收集領域的應用具有很高的應用潛力。近日，成均館大學Viet Phuong Pham、Dongmok Whang、Jae-Young Choi（共同通訊）等人介紹了各種生長策略，包括金屬催化的無轉移生長和石墨烯在柔性和剛性絕緣基底上的直接生長，以及用于避免導致石墨烯缺陷，殘余物，裂縫和石墨烯中的性能降解的復雜轉移過程。討論了基于“直接生長石墨烯”的實際應用的最新進展。最后，還討論和解決了“石墨烯直接生長”商業化的幾個重要方向，挑戰和觀點。

文獻鏈接：Direct growth of graphene on rigid and flexible substrates: progress, applications, and challenges（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00224F）

10、Chemical Society Reviews綜述：在非質子Li-O2電池中了解Li2O2形成機理和最新進展

圖10 Li2O2生長途徑的示意圖

由于極高的能量密度，非質子Li-O2電池代表了有前途的電能儲存替代設備。放電后，絕緣固體Li2O2形成在陰極表面，通常由兩個生長模型，即溶液模型和表面模型控制。這些Li2O2生長模型可以在很大程度上決定電池性能，如放電容量和循環穩定性。近日，新加坡國立大學（蘇州）研究院陳偉教授、南京大學胡征教授（共同通訊）等人概述了在Li2O2形成過程中發生的電化學和化學過程的最新進展。一開始討論了氧還原機理，O2- / LiO2中間體的鑒定及其對Li2O2形貌的影響。隨后對放電電流密度和電位對Li2O2生長模型的影響進行了綜述。然后特別著重于討論了控制Li2O2生長途徑的策略，包括電解質介導的策略和陰極催化劑調整策略。

文獻鏈接：Recent advances in understanding of the mechanism and control of Li2O2 formation in aprotic Li–O2 batteries（Chem. Soc. Rev.,2017,DOI: 10.1039/C7CS00255F）

11、Accounts of Chemical Research綜述：客體響應金屬有機框架作為分離和感測應用的支架

圖11 客體響應金屬有機框架的應用

金屬有機框架（MOFs）由于它們在各種應用中的適用性已經發展成為下一代實用型材料。其由具有多個結合位點的有機配體與金屬離子/簇結合形成，這些材料在多孔材料領域已經發現了比其他同類物質更為顯著的優點。近日，印度科學教育與研究所Sujit K. Ghosh（通訊作者）等人專注于基于主客體交互的兩個最相關的應用，即分離和感測小分子做了詳細概述。液相芳烴通過較少的能量密集吸附過程實現分離近來受到人們的關注。由于其定制的結構和功能化的孔表面，MOFs已成為分子分離中的重要候選物。配體或金屬中心的精確選擇實現了靶分離過程，其中分子篩選效應起到了關鍵作用。

文獻鏈接：Guest-Responsive Metal–Organic Frameworks as Scaffolds for Separation and Sensing Applications（Acc. Chem. Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00151）

12、Accounts of Chemical Research綜述：太陽能電池共軛聚合物氟化的新奇發現

圖12 氟化對PBnDT-DTBT系列聚合物的影響

自1992年引入異質結（BHJ）的概念以來，有機太陽能電池（OSCs）一直是可再生能源領域的新星。最近的進展使OSCs的效率提高到13％以上，通過合理的材料設計和合成，精心的器件研究，取得了令人印象深刻的成就。近日，北卡羅來納大學教堂山分校Wei You（通訊作者）等人首先討論了受體單元氟化的影響，突出顯示了最廣泛使用的五個受體單元。其次，闡述了施主單元氟化的影響。并專注于氟化研究最多的四個供體單元。雖然人們還觀察到供體單元氟化的器件性能增強效應，但不太清楚的是，氟是否總是會有益于OSC的效率。

文獻鏈接：The Curious Case of Fluorination of Conjugated Polymers for Solar Cells（Acc. Chem. Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00326）

13、Accounts of Chemical Research綜述：沸石中的銀簇：從自組裝到開拓性的發光性質

圖13 在沸石中的發光Ag-CL的表征技術

由于納米級制造和材料科學領域的巨大進步，功能銀納米簇（Ag-CL）的研究越來越多。制造小規模銀簇策略的不斷發展及其有趣的物理化學性質（例如分子類離散能級），使其對于從生物技術和環境科學到基礎化學和物理學的各種應用研究領域非常有吸引力。近日魯汶大學Johan Hofkens（通訊作者）等人揭示了限于沸石基質中的發光Ag-CL當前最先進的技術，強調使用組合方法來克服與其結構，電子和光致發光性質的正確表征和相關性的問題，所有這些都是為了建立開發功能性銀 - 沸石基材料的重要設計原理。

文獻鏈接：Silver Clusters in Zeolites: From Self-Assembly to Ground-Breaking Luminescent Properties（Acc. Chem. Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00295）

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責任編輯：殷鵬飛

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