在全球技術創新和科技突破的過程中，材料的研發始終是至關重要的。通過過去幾十年的努力，中國已經成為了名副其實的材料大國，材料領域論文發文數量全球第一，高被引論文數量位居世界前列，材料領域的專利數量位居世界第一，材料研究隊伍規模也列世界首位。在這一過程中，中國涌現了非常多的材料學者引領著不同領域的發展，他們所發表的一些研究工作也成為了研究人員關注的焦點。下面我們就來盤點近十年中國學者材料科學領域被引用次數前十的論文。（注：本文統計數據通過Web of Science 檢索，出版年為2010年到2021年， 國家/地區為CHINA，Web of Science分類為MATERIALS SCIENCE MULTIDISCIPLINARY）

發文分析

發文量方面，近十年中國材料領域發文量存在波動，自2010年到2012年中國材料領域發文量一直在穩步提升，隨后2013年到2015年有所下降，自2016年又開始上漲，2020年相比2019年略有下降，看來疫情對材料領域科研工作者產生了一定影響。總體看來，這十年中國材料領域發文量增加了近兩倍，高被引論文數從2010年的198篇提高到了2020年的716篇，可以說在質和量上都實現了飛躍。

發文機構方面，中科院發文量遙遙領先，中國科學院大學、清華大學、哈工大、北京科技大學緊隨其后，上海交大、浙江大學、中科大、中南大學和吉林大學發文量接近。 

來源出版物方面，近十年中國材料領域發文量排名前三的期刊是Advanced Materials Research、Applied Mechanics and Materials和Journal of Alloys and Compounds。而Advanced Materials Research和Journal of Alloys and Compounds也同樣位列21世紀材料發文量排名前三。

1.復旦大學張遠波教授&中科大陳仙輝院士Nat. Nanotech.：黑磷場效應晶體管 （被引4,687次）

隨著石墨烯的發現，二維晶體已經成為一類可能會影響未來電子技術的材料。然而石墨烯的電子結構中不具備能隙，限制了其更廣泛的應用。尋找可替代石墨烯的其他二維材料成為了研究者面臨的挑戰。在實驗上識別和表征新型二維功能材料非常具有挑戰性，但也可能會有所收獲。有鑒于此，復旦大學張遠波教授&中科大陳仙輝院士等人成功制備了基于少層二維黑磷單晶的場效應晶體管，所制備的黑磷晶體厚度低至幾納米。在室溫下，當黑磷厚度小于7.5 nm時，可以獲得可靠的晶體管性能，其漏電流調制幅度在105量級上，I-V特性曲線具有良好的電流飽和度。 作者還發現晶體管的電荷載流子遷移率與厚度有關，當二維黑磷材料厚度在10nm時，其最高的遷移率值可達~1,000 cm2·V-1·s-1。這些結果表明了二維黑磷晶體作為納米電子器件中新型二維材料的潛力。

Black phosphorus field-effect transistors. Nat. Nanotech. 9, 372–377 （2014）。

https://doi.org/10.1038/nnano.2014.35

2.中科院金屬研究所成會明院士Adv. Mater.：用于能源存儲的先進材料（被引3,246次）

便攜式電子設備和電動車輛在世界范圍內的普及刺激了諸如電池和超級電容器之類的能量存儲設備向更高功率密度和能量密度的發展，而這在很大程度上取決于這些設備中所使用的新材料的發展。此外，儲能材料在高效，清潔和多用途能源的使用中起著關鍵作用，對于開發可再生能源至關重要。因此，儲能材料涵蓋廣泛，并且從研發到工業化一直受到關注。有鑒于此，中科院金屬研究所成會明院士等人在這篇綜述文章中首先對幾種典型的能量存儲系統進行了概述，包括熱能，機械能，電磁能，氫能和電化學能存儲。然后詳細介紹了用于車載應用的高性能儲氫材料以及用于鋰離子電池和超級電容器的電化學儲能材料的現狀。討論了開發這些先進儲能材料的策略，包括納米結構化，納微結合，雜化，孔結構調控，構型設計，表面改性和成分優化。最后，作者重點介紹了先進儲能材料的發展趨勢和前景。

Advanced Materials for Energy Storage. Adv. Mater. 22, 28–62 （2010）。

https://doi.org/10.1002/adma.200903328

3.溫州醫科大學劉勇教授&北京理工大學曲良體教授&斯西儲大學戴黎明教授ACS Nano：氮摻雜石墨烯作為燃料電池中氧還原過程的高效無金屬電催化劑（被引3,035次）

石墨烯的發現開創了二維基礎科學和潛在技術的新時代。石墨烯在結構和性能上與碳納米管有很多相似之處，包括高縱橫比，大比表面，豐富的電子態和良好的機械性能，并且在許多領域，具有二維結構的單原子層石墨烯優于碳納米管，將進一步促進電子傳輸，因此是更有效的電極材料。關于碳納米管及其氮摻雜碳納米管的研究已有報道，但通過化學氣相沉積大規模制備石墨烯片只是最近的發展。近期，研究者們已經嘗試將雜原子（例如，氮）引入石墨烯片中以調節其電子性能。 然而，將氮摻雜石墨烯片用作燃料電池中ORR過程催化劑的可能性尚待驗證。有鑒于此，溫州醫科大學劉勇教授&北京理工大學曲良體教授&斯西儲大學戴黎明教授等人報道了一種通過甲烷化學氣相沉積法在氨存在的情況下合成氮摻雜石墨烯的方法。 結果證明，所制備的氮摻雜石墨烯可作為無金屬的電極，在堿性燃料電池四電子途徑氧還原過程中具有比鉑更好的電催化活性，長期運行穩定性和交叉效應耐受性。這是關于使用石墨烯及其衍生物作為無金屬氧還原催化劑的首次報告。氮摻雜對氧還原反應的重要作用可以應用于各種碳材料，以開發用于燃料電池的其他無金屬高效氧還原催化劑，甚至應用于可用于燃料電池以外的新催化材料。

Nitrogen-Doped Graphene as Efficient Metal-Free Electrocatalyst for Oxygen Reduction in Fuel Cells. ACS Nano 4, 1321–1326 （2010）。 https://doi.org/10.1021/nn901850u

4.中科院金屬研究所成會明院士Carbon：氧化石墨烯的還原（被引2,945次）

石墨烯以其優異的機械、電、熱和光學性能吸引了研究者極大的興趣。石墨烯可以通過對高度有序的熱解石墨進行微機械剝落、外延生長、化學氣相沉積以及氧化石墨烯的還原來生產。前三種方法可以生產具有相對完善的結構和優異性能的石墨烯，而相比之下，氧化石墨烯 （GO）具有兩個重要特性。首先，可以使用廉價的石墨為原料，通過低成本的化學方法生產高產率的GO。其次，GO是高度親水的，并且可以通過簡單和廉價的溶液方法形成穩定的水性膠體，以促進宏觀結構的組裝，這對于石墨烯的大規模使用都是重要的。GO的研究和應用中的一個關鍵主題是還原，它部分恢復了石墨烯的結構和性能。不同的還原過程會導致還原氧化石墨烯（rGO）的特性不同，進而影響由rGO組成的材料或設備的最終性能。有鑒于此，中科院金屬研究所成會明院士等人綜述了氧化石墨烯還原的報道，主要包括GO的制備及特性、確定還原效果的標準、還原策略和還原機理。

The reduction of graphene oxide. Carbon 50, 3210–3228 （2012）。

https://doi.org/10.1016/j.carbon.2011.11.010.

5.中科院金屬研究所成會明院士 Nat. Mater.：通過化學氣相沉積生長的三維柔性和導電互連石墨烯網絡（被引2,692次）

高質量石墨烯的大量制備以及把單一石墨烯片集成到宏觀結構中對綜合利用石墨烯眾多的優異性質、實現其宏量應用具有重要的意義。使用化學法制備的石墨烯片可用于制造一系列基于石墨烯的復合材料和宏觀結構。然而，由于化學法制備的石墨烯片的低質量和高片間接觸電阻，這些復合材料和結構的導電性差。CVD方法可用于制備大面積高質量石墨烯，但是CVD方法多以銅箔、鎳膜等平面型金屬作為生長基體，只能得到二維平面的石墨烯薄膜，難以滿足復合材料等宏量應用的要求。有鑒于此，中科院金屬研究所成會明院士等人報告了通過模板定向化學氣相沉積直接合成三維泡沫狀石墨烯宏觀結構，即石墨烯泡沫（GFs）。 石墨烯泡沫由石墨烯的互連柔性網絡組成，作為電荷載流子的快速傳輸通道，可實現高電導率。作者制備了石墨烯泡沫/硅橡膠復合材料，發現即使石墨烯泡沫的負載量低至約0.5 wt％，復合材料仍具有約~10 S/cm的極高電導率，比化學法制備的的相同添加量的石墨烯復合材料的電導率高了約6個數量級。以這種獨特的網絡結構和石墨烯泡沫的出色電學和機械性能為例，作者證明了石墨烯泡沫/硅橡膠復合材料在柔性，可折疊和可拉伸導體中的巨大潛力。

Three-dimensional flexible and conductive interconnected graphene networks grown by chemical vapour deposition. Nat. Mater. 10, 424–428 （2011）。 https://doi.org/10.1038/nmat3001.

 6.清華大學李景虹院士ACS Nano：P25-石墨烯復合材料作為高性能光催化劑（被引2,462次）

TiO2和碳的復合物 （TiO2-C）是凈化空氣和水的潛在光催化劑。然而，一些問題仍然阻礙了TiO2-C復合材料的效率的進一步提高。因此，獲得具有高光催化活性且具有可再現性和可控性的TiO2-C復合材料具有重要意義。石墨烯除具有獨特的電子特性外，其二維平面結構還具有其他一些優異的屬性，例如大的理論比表面積和由于其單原子厚度而具有的高透明度。因此，TiO2和石墨烯的組合有望同時具有出色的吸附性、透明性、導電性和可控性，從而可以促進對有機污染物的有效光降解。有鑒于此，清華大學李景虹院士等人使用一種簡便的一步水熱法制備了化學鍵合TiO2 （P25）-石墨烯納米復合光催化劑。在水熱反應過程中，既實現了氧化石墨烯的還原，又實現了P25的負載。所制得的P25-石墨烯光催化劑具有很高的染料吸附性，更寬的光吸收范圍和同時有效的電荷分離特性，這在其他TiO2-C光催化劑中很少見到。 因此，在亞甲基藍的光降解過程中，與具有相同碳含量的裸P25和P25-CNT相比， P25-石墨烯的反應速率有顯著提高。 總體而言，這項工作可以為制造作為高性能光催化劑的TiO2-C復合材料提供新的見解，并促進其在環境保護方面的應用。

P25-Graphene Composite as a High Performance Photocatalyst. ACS Nano 4, 380–386 （2010）。

https://doi.org/10.1021/nn901221k.

7.清華大學石高全教授ACS Nano：通過一步水熱法自組裝石墨烯水凝膠（被引2,352次）

二維石墨烯片的自組裝是制備用于實際應用的宏觀石墨烯體系結構（例如薄膜和層狀紙狀材料）的重要策略。然而，利用三維網絡構建石墨烯自組裝宏觀結構的研究尚未實現。有鑒于此，清華大學的石高全教授等人通過簡便的一步水熱法制備了自組裝石墨烯水凝膠（SGH）。SGH具有導電性、機械強度高、熱穩定性好、比電容高的特點。具有碳材料固有生物相容性的高性能SGH在生物技術和電化學領域，如藥物傳遞、組織支架、仿生納米復合材料、超級電容器等領域具有廣泛的應用前景。

Self-Assembled Graphene Hydrogel via a One-Step Hydrothermal Process. ACS Nano 4, 4324–4330 （2010）。 https://doi.org/10.1021/nn101187z.

8.香港大學崔曉東教授Nat. Nanotech.：光泵浦導致在MoS2單層中的波谷極化（被引2,146次）

大多數電子設備都利用電子的電荷，但是也有可能構建依賴電子其他特性的設備，例如利用電子的自旋的自旋電子器件。 谷電子學是一個較新的發現，它依賴于以下事實：某些材料的導帶具有相等的能量，但在動量空間中的不同位置處具有兩個或多個最小值。為了制造谷電子器件，必須控制這些波谷中的電子數量，從而產生波谷極化。單層MoS2對于谷電子器件來說是一種很有前途的材料，因為導帶和價帶邊緣在第一個布里淵區的拐角處都有兩個能量退化的谷。有鑒于此，香港大學崔曉東教授證明了圓偏振光的光泵浦可以在原始的單層MoS2中實現30%的谷底偏振。此結果證明了在MoS2單層中光谷控制以及基于谷的電子和光電應用的可行性。

Valley polarization in MoS2 monolayers by optical pumping. Nat. Nanotech. 7, 490–493 （2012）。

https://doi.org/10.1038/nnano.2012.95.

9.北京科技大學張勇教授Prog. Mater. Sci.：高熵合金的微結構和性能（被引2,137次）

高熵合金 （HEA）的定義大致上是指固溶合金，其中包含五個以上的主要元素，這些元素具有相等或接近相等的原子百分比。高熵的概念為開發具有獨特性能的先進材料開辟了一條新途徑，而傳統的僅基于一種主要元素的微合金化方法是無法實現的。迄今為止，已經報道了許多具有良好性能的HEA，例如高耐磨HEA，Co1.5CrFeNi1.5Ti和Al0.2Co1.5CrFeNi1.5Ti合金。此文中，北京科技大學張勇教授等人首先回顧了與HEA形成相關的熱力學，動力學和加工。然后討論了其物理、磁、化學和機械性能。從裂紋噪聲和巴克豪森噪聲測量的角度提供了有關塑性變形，斷裂和磁化的詳細信息，并分析了在特定應變率或測試溫度下應力-應變曲線上的鋸齒以及磁化磁滯回線的鋸齒。 從共晶組成，致密原子堆積和混合熵的角度分析了常規玻璃和高熵金屬玻璃的比較。還討論了高熵塊狀金屬玻璃的玻璃形成能力和塑性。介紹并討論了適用于HEA的建模技術，例如從頭算分子動力學模擬和CALPHAD建模。最后，作者提出了HEA的未來發展和潛在的新研究方向。

Microstructures and properties of high-entropy alloys Prog. Mater. Sci. 61, 1–93 （2014）。

https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2013.10.001.

10.中科院金屬研究所成會明院士ACS Nano：具有增強的可逆容量和循環性能的Co3O4納米顆粒錨固的石墨烯作為鋰離子電池陽極（被引2,042次）

此文中，中科院金屬研究所成會明院士等人報告了一種簡便的策略來合成由錨固在導電石墨烯上的Co3O4納米顆粒組成的納米復合材料，作為高性能鋰離子電池的先進陽極材料。 所制備的Co3O4納米粒子尺寸為10-30 nm，并均勻地錨定在石墨烯片上作為隔離物，以保持相鄰石墨烯片的分離。 這種Co3O4/石墨烯納米復合材料顯示出優異的鋰電性能，具有大可逆容量，出色的循環性能和良好的倍率性能，突出了將納米顆粒錨固在石墨烯片上對于最大限度地利用電化學活性Co3O4納米顆粒和石墨烯在高性能鋰離子電池中進行儲能應用的重要性。

Graphene Anchored with Co3O4 Nanoparticles as Anode of Lithium Ion Batteries with Enhanced Reversible Capacity and Cyclic Performance. ACS Nano 4, 3187–3194 （2010）。

https://doi.org/10.1021/nn100740x.

寫在最后

中國通過近十年的努力，已經成為了名副其實的材料大國，中國學者也在材料發展的最前沿不斷地取得新的突破，發表論文的數量與質量與十年前相比均取得了相當大的進步。近十年中國學者材料科學領域被引次數TOP10論文中，6篇與石墨烯，特別是石墨烯的改性和復合物相關，2篇與二維材料的性質研究與應用相關，1篇與能源存儲相關，還有一篇與高熵合金相關。石墨烯的研究無疑是21世紀最熱門的方向， 而中國學者在進一步調控石墨烯的性能上，推動石墨烯更廣泛的應用上做出了突出貢獻。在發文作者方面，成會明院士獨占鰲頭，排名前五的文章中成會明院士占了三席，其他作者也都是各自領域的領軍人物。