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上個月，國內這些成果登上了Nature/Science

2022-06-06 11:55:48 作者：材料人來源：材料人分享至：

回望五月，有哪些研究進展讓你印象深刻？材料人為您精選五月以來材料領域中，中國學者（或通訊單位為國內機構）發表在頂級期刊Nature和Science上的優秀工作。

1. 通過可規模化的一步化學氣相沉積（CVD）策略合成的外延MoS2/WS2異質雙層中意外觀測到了OOP鐵電性和壓電性

香港理工大學的劉樹平、中國人民大學的季威和劍橋大學的Manish Chhowalla（共同通訊作者）等人合作發表了最新工作，在通過可規模化的一步化學氣相沉積（CVD）策略合成的無扭曲、相稱（commensurate）和外延MoS2/WS2異質雙層中，意外觀測到了OOP鐵電性和壓電性。研究顯示，該雙層的d33壓電常數為1.95-2.09皮米/伏，比單層In2Se3的自然OOP壓電常數還要大6倍左右。通過改變MoS2/WS2異質雙層的極化狀態，研究還證明了相應鐵電隧道結器件中隧穿電流可進行約三個數量級調制的行為。進一步的密度泛函理論顯示，一步化學氣相沉積策略可交替堆疊MoS2/WS2層，從而可在無需扭曲角或者摩爾疇的前提下進行對稱打破和層間滑動，最終獲得鐵電/壓電性能。香港理工大學的Lukas Rogée和中國人民大學的Lvjin Wang為共同第一作者，2022年5月26日，相關成果以題為“Ferroelectricity in untwisted heterobilayers of transition metal dichalcogenides”的文章發表在Science上。

2. 由芯上分布式反饋激光器（distributed feedback laser, DFB）直接泵浦的絕緣層上鋁砷化鎵（AlGaAsOI）微諧振器

北京大學王興軍教授和美國加州大學圣巴巴拉分校John E. Bowers（共同通訊作者）等人報道了由芯上分布式反饋激光器（distributed feedback laser, DFB）直接泵浦的絕緣層上鋁砷化鎵（AlGaAsOI）微諧振器，生成了一個暗脈微梳，其具有最先進的效率、操作簡單和長期穩定性。這種相干梳用于驅動基于CMOS鑄造的SiPh引擎，該引擎包含多種功能，應用廣泛。在這種方法的基礎上，針對兩個主要的集成光子學領域進行了系統級演示。作為通信演示，作者展示了一種基于微梳SiPh收發器的數據鏈路，具有100-Gbps脈沖幅度四級調制（pulse-amplitude four-level modulation, PAM4）傳輸和2-Tbps數據中心總速率。對于微波光子學，通過片上多抽頭延遲線處理方案展示了具有數十微秒級重構速度的緊湊型微波濾波器，其可調帶寬和靈活的中心頻率能夠支持第五代（5G）、雷達和片上信號處理。該工作為全面集成廣泛的光學系統鋪平了道路，并將顯著加速下一代集成光子學的微梳SiPh技術的發展。研究成果以題為“microcomb-driven silicon photonic systems”發布在國際著名期刊Nature上。

3. 通過實施鏈行走催化從易于獲得的取代亞甲基環己烷模塊化合成具有優異動力學立體控制的二取代環己烷的一般策略

武漢大學高等研究院陰國印教授團隊該研究報告了通過實施鏈行走催化從易于獲得的取代亞甲基環己烷模塊化合成具有優異動力學立體控制的二取代環己烷的一般策略。從機理上講，最初引入與環己烷相鄰的空間要求高的硼酯基團是指導立體化學結果的關鍵。這種方法的合成潛力在復雜生物活性分子的后期修飾以及與當前交叉偶聯技術的比較中得到了強調。即利用“金屬遷移”策略，解決了環己烷合成領域長期存在的難題。具體的成果以“Modular access to substituted cyclohexanes with kinetic stereocontrol”為題發布在Science上。西班牙拉里奧哈大學的博士后Ignacio Funes-Ardoiz為共同通訊作者，高等研究院2018級博士研究生李陽陽為第一作者。

4. 使用可擴展的制造技術展示高效的全鈣鈦礦串聯太陽能模塊

南京大學譚海仁教授與牛津大學Henry J. Snaith課題組合作，使用可擴展的制造技術展示了一種高效的全鈣鈦礦串聯太陽能模塊。通過系統地調整不含甲基銨的1.8電子伏特混合鹵化物鈣鈦礦的銫比例，本工作提高了大面積刀片涂層薄膜的結晶均勻性。本工作在互連子電池之間引入導電共形的‘擴散勢壘’，以提高全鈣鈦礦串聯太陽電池組件的功率轉換效率（PCE）和穩定性。本工作的串聯模塊實現了21.7%的認證PCE，孔徑面積為20平方厘米，在模擬1-太陽光照下連續運行500小時后仍保持了75%的初始效率。相關論文以題為“Scalable processing for realizing 21.7%-efficient all-perovskite tandem solar modules”發表在Science上。

5. 探索可轉移的超高κ單晶鈣鈦礦鍶鈦氧化物膜作為二維場效應晶體管的柵極電介質

香港大學Lain-Jong Li教授團隊聯合澳大利亞新南威爾士大學Sean Li教授團隊探索可轉移的超高κ單晶鈣鈦礦鍶鈦氧化物膜作為二維場效應晶體管的柵極電介質。所制造的鈣鈦礦膜表現出理想的亞一納米級CET，具有低漏電流（在2.5兆伏/厘米時小于10-2?安培/平方厘米）。研究發現，鍶鈦氧化物電介質和二維半導體之間的范德華間隙減輕了由于使用超高κ電介質而導致的不利邊緣誘導的勢壘降低效應。由化學氣相沉積和氧化鍶鈦電介質制成的可擴展二硫化鉬薄膜的典型短溝道晶體管表現出陡峭的亞閾值擺幅低至每十倍頻約 70 毫伏，開/關電流比高達107，符合最新的《國際設備和系統路線圖》建議的低功耗規格。具體的成果以“High-κ perovskite membranes as insulators for two-dimensional transistors”為題發布在Nature。

6. 突破性的設計：鈦硅分子篩負載金鈀合金催化劑

卡迪夫大學卡迪夫催化中心（Cardiff University, Cardiff Catalysis Institute）的Graham Hutchings，Richard J. Lewis和上海交通大學化學化工學院物質科學原位中心的劉晰，陳立桅及其他單位合作，突破性的設計了鈦硅分子篩負載金鈀合金催化劑，實現在接近工業過氧化氫氨氧化條件（相同類型反應器和反應條件）下，直接從氫氣，氧氣，碳酸氫銨和環己酮一步法高選擇性制備環己酮肟，得到近100%的環己酮選擇性，近100%的氨選擇性和67%的氫氣選擇性，其環己酮肟產率與工業過氧化氫氨氧化獲取產率相同，驗證了原位H2O2合成與氨氧化耦合實現綠色化工生產的新路徑。

在這項工作中，研究者證明了AuPd合金與鈦硅分子篩（TS-1）作為雙功能催化劑的核心作用：優化金屬比例與載量的AuPd合金能夠有效的在加熱和弱堿性環境下生成H2O2，而TS-1可以有效利用原位生成的H2O2完成氨氧化反應。單組分Au對于該反應沒有催化活性，單組分Pd顯示一定的轉化率但是比較低的選擇性，簡單物理混合的催化劑也沒有催化活性，但是一旦形成AuPd合金之后，反應活性得到了極大的提升。負載AuPd合金有著優異的催化H2/O2生成H2O2的催化活性，但是沒有氨氧化催化能力；而TS-1在使用商業H2O2溶液作為氧化劑的時候能夠催化生成環己酮肟，但是選擇性較差。兩種催化劑的簡單物理混合卻得到了非常優異的催化表現，這證明可以利用原位生成H2O2的方式來高效，方便的完成這種重要聚合物單體的催化制備。

相關研究成果以“Highly efficient catalytic production of oximes from ketones using in situ-generated H2O2”為題發表在Science上。Richard J. Lewis，劉晰，Graham J. Hutchings為共同通訊作者，工作得到了上海交通大學物質科學原位中心和變革性分子前沿科學中心的大力支持。

7. 厘米級雙層MoS2制備

南京大學電子科學與工程學院李濤濤、王欣然和東南大學物理學院通過調控原子梯級高度，在藍寶石基底的c面上，利用外延生長，然后將形成的TMDs區域融合，實現了99%的均勻成核，制備了厘米級二硫化鉬薄膜。由此制備的短溝道場效應晶體管（FET）遷移率可達122.6 cm2·V?1·s?1，短溝道FET開態電流可達1.27 mA·μm?1。通過邊緣成核和外延生長法，作者首次在藍寶石基板上制備了大規模、高度取向的MoS2薄膜，對應的FET性能遠超單層MoS2器件。該成果以“Uniform nucleation and epitaxy of bilayer molybdenum disulfide on sapphire”發表在Nature。