顶刊动态|4月份Science材料前沿科研成果精选


1

Science四月热点预览宾夕法尼亚大学仅用胶体纳米晶制成柔性场效应纳米晶体管;新罕布什尔州大学制备具有磁性的氢化石墨烯;丹麦科技大学通过镧系金属调节铂合金的电催化性能;荷兰奈梅亨大学研制出单原子存储器;荷兰纳米光子学研究所中心总结光伏发电系统研究进展。

1、宾夕法尼亚大学仅用胶体纳米晶制成柔性场效应纳米晶体

1

胶体纳米晶体材料可以制备出性能截然不同的器件,比如导体、半导体和绝缘体。虽然这种材料已经应用于电子设备,但现有设备里通常只会含有一种用该材料制备的组件。

宾夕法尼亚大学的Ji-Hyuk Choi、Cherie R. Kagan等人,采用基于溶液加工的方法,通过选择合适的材料、界面相容条件以及加工工艺,从而调节纳米晶体管的尺寸、形状和组成,以制成不用性能的组件。他们以此制备了塑料柔性场效应纳米晶体管所需的所有组件,该晶体管的电子迁移率为21.7cm2/vs。

这种柔性晶体管成本低、性能好、应用广泛,提高了胶体纳米晶体的竞争优势。

文献链接:Exploiting the colloidal nanocrystal library to conelectronic struct devices

2、新罕布什尔州大学制备具有磁性的氢化石墨烯

Science Magazine

研究最广泛的二维晶体就是石墨烯,性能优异,本身却没有磁性。引入磁性最好的方法是去掉个别碳原子,或者氢化。但由于其化学性质稳定,现在仍是一个难题。

新罕布什尔州大学Gonzales-Herrero等人,首先利用STM针尖去除了石墨烯上一个区域内所有的氢原子,随后有序地增加了14个氢原子。实验结果和模拟结果都显示,这种材料具有低磁性。

这种方法一旦实现工业化,借助石墨烯特异的结构,可以用于储存高密度的信息。S. M. Hollen评价这种方法类似于在画板上画画。

文献链接:Atomic-scale control of graphene magnetism by using hydrogen atoms

3、丹麦科技大学通过镧系金属调节铂合金的电催化性能

3-1

燃料电池汽车弥补了锂电汽车充电时间长,续航能力短,无法在低温下使用的缺点。铂作为聚合物膜燃料电池的阴极催化剂,具有很高的ORR催化性能。但由于铂为贵金属,因此减少铂的使用,同时获得高ORR催化性能就显得尤为必要。

丹麦科技大学Escudero-Escribano等人研究了一系列铂与镧系元素和碱金属组成的合金的ORR催化性能。相较于纯铂,性能最高提升了6倍。镧系金属与铂有着很好的协同作用,这使得铂合金的ORR催化性能优于纯铂。精心的调控合金组成加之合理的退火处理工艺,将会获得十分优异的催化活性和长久的稳定性。

文献链接:Tuning the activity of Pt alloy electrocatalysts by means of the lanthanide contraction

4、荷兰奈梅亨大学研制出单原子存储器

4-1

单原子磁铁集合存储信息是数据存储技术小型化的核心,每一个原子有两个方向可存储少量信息。然而,很难在单原子中保留剩磁,因为要削弱外界环境波动的影响,将不可避免地破坏磁区,使磁性存储器信息被擦除。Alexander Ako Khajetoorians等发现单一钬(Ho)原子具有剩磁性,温度上限可达40 K,且大小和稳定性远高于原子尺度为3-12个磁铁原子的现有记录。

单原子磁铁集合能够用作未来的存储设备,在工程上也可以为旋转磁场中心的磁力耦合器提供一个适宜的路径。

文献链接:Toward single-atom memory

5、荷兰纳米光子学研究所中心总结光伏发电系统研究进展

5-1

近几年的大型光伏发电系统高速发展。由于光伏发电系统的成本在一定程度上仅取决于太阳能电池的成本,因此需要提高电池效率以降低太阳能发电成本。目前有几个机构正在研究,以研制出高效率、低成本的光伏发电系统。Albert Polman等人,全面系统地回顾了领先的候选材料,提出了每个系统的局限性,并分析了如何克服这些困难,以使整体性能提高。

文献链接:Photovoltaic materials: Present efficiencies and future challenges

本文由材料人科普团队提供,我们持续跟踪国际学术动态,将材料相关高质量刊物中备受关注的学术成果进行整理和汇总,以周报或者月报的形式发布,欢迎关注。

欢迎加入材料人科普团队,点击获得报名表

分享到