顶刊动态｜ACS Nano/Nature子刊/JACS等一周中国学术进展汇总（6.2-6.8）

摘要：中科院北京纳米能源与系统研究所研发出自驱动植入式摩擦纳米发电机实现对心脏进行无线监测；中科院苏州纳米所研发出基于rGO/ n-Si垂直异质结的自供电近紫外线红外光电探测器；中科大设计自支撑铜纳米线网络集流体可显著提升锂电池性能；南京大学制备出具备独立电活性的深共晶体系环保型电解液，可用于锂电池中；北京理工大学制备出用于锂电的三维核-壳型氧化铜纳米线/氮化碳纳米阵列结构阳极材料；北京化工大学通过荧光显微镜实现有机-无机复合材料中无机填料的微尺度 三维成像；东南大学研究单层MoS2的缺陷设计助力析氢反应；江苏大学研究多孔超薄石墨相氮化碳（ g-C3N4）薄膜在光催化方面的应用。

1、 人体移动电源？中科院北京纳米能源与系统研究所研发出自驱动植入式摩擦纳米发电机实现对心脏进 行无线监测

在体内获得生物力学能量以维持植入式医疗设备所需持续的电能是当今研究者面临的一大问题。

近日，中科院北京纳米能源与系统研究所的研究团队研发出一种用于体内生物力学能量采集的植入式摩擦纳米发电机。该研究中，驱动力由成年猪的心跳产生，该研究结果与报道的生物力学能量转换装置的输出性能相比 ，输出电压和相应的电流分别提高了3.5和25，并且该结果是由植入式摩擦纳米发电机在生物体内连续 工作72小时后所得。鉴于其在体内的输出和稳定性突出，该植入式摩擦纳米发电机不仅可以应用于植 入式医疗设备，还有可能借此制造出自供电式无线医疗监护系统。

该研究成果发表于：ACS Nano。

2、 中科院苏州纳米所研发出基于rGO/ n-Si垂直异质结的自供电近紫外线红外光电探测器

众所周知，理想的光电探测器应具备高灵敏度、快速响应和恢复时间、零偏操作、宽或选择性检测光谱 、低制造成本等特性。

近日，中科院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研制出基于还原氧化石墨烯（rGO）/N型硅（n-Si）垂直 异质结的自供电式高灵敏度、快速时间响应近紫外线红外光电探测器。n-Si与rGO之间形成的内建电场 为光生载流子快速高效分离创造驱动力，且半导体层（rGO、n-Si）与源漏极Ti/Au金属电极的接触有 助于光生载流子的有效传输。研究结果显示，自供电式近紫外线红外探测器可检测的光谱范围约为 365~1200nm，可见其灵敏度之高；波长为600nm光照下，器件的光响应达到1.52AW-1，最快响应 和恢复时间达到2ms、3.7ms，且当功率密度达到2.5mWcm-2时，开关比超过104。由于可单独用于 外部电源中，因此该器件适用于微纳电子器件，并在紫外线辐射监测、火焰检测、通信和生物医学成像等领域中具有应用前景。

该成果发表于：Small。

3、 中科大设计自支撑铜纳米线网络集流体可提升锂电池性能

锂金属由于具有高比容量和低电化学势，在下一代锂电池电极材料中占有一席之地。然而，由于锂枝晶造成的循环性能不好以及安全性问题，一直是金属锂电极快速发展的“拦路虎”。

近日，中科大的研究人员设计出自支撑式铜纳米线（CuNWs）网络包覆锂电极的三维结构，有助于抑制枝晶的生长，从而显著提高电池性能。该结构的制备途径并不困难，铜纳米线由溶剂辅助蒸发辅助技术制备，经450℃退火后的铜纳米线网络具有最高的电导率，随后将金属Li沉积在多孔网络中，形成Li/CuNWs复合材料集流体。实验结果显示，200次充放电循环后库伦效率仍达到98.6%，该研究结果有助于研究者将其用于全固态锂电池等锂金属基电池中，以进行更加深入的研究。

该研究成果发表于：NANO Letters。

4、 绿色可持续，南京大学制备出具备独立电活性的深共晶体系环保型电解液用于锂电中

随着绿色能源产业春天的来临，近年来人们对环保电池的关注度不断提高，这其中最为关键性的挑战在 于环保电极和电解质材料。深共晶溶剂因具有低成本、易于制备、无毒性等优点作为最有前途的绿色介 质离子液体而备受关注。

近日，南京大学的研究团队制备出具备独立电活性的深共晶体系电解液，该体系由FeCl3·6H2O组成， 用作电解液时兼具绿色、低成本、容量高等优点。经测试，该体系下电池可逆性能良好，体积容量达到 144.72Ah/l，能量密度达到480Wh/l（380Wh/kg）可与当前的锂离子电池相媲美。

该研究成果发表于：Energy Environment & Science。

5、 北京理工大学制备出用于锂电的三维核-壳型氧化铜纳米线/氮化碳纳米阵列结构阳极材料

锂离子电池中过渡金属氧化物的结构退化和低电导率导致严重的容量衰减，针对这一问题，目前的解决方法主要集中于使用纳米复合材料或混合纳米金属氧化物与导电添加剂。

近日，来自北京理工大学的研究者设计出独立的氧化铜纳米线/氮化碳薄膜三维阵列核–壳纳米结构，并将其应用于复杂、大面积阳极组件中。该研究通过在铜基板上生长氧化铜纳米线，随后射频溅射氮化碳薄膜，形成独立的三维阵列核–壳纳米结构，呈三明治结构。该结构可以容纳锂嵌入脱出过程中的体积 膨胀，提供丰富的电活性区域以及电子/离子传输通道，不需额外的粘接剂和导电剂，从而提高电极的 能量和功率密度。该电极结构在先进锂离子电池、以及灵活的储能装置的应用中将有广泛前景。

该研究成果发表于：Nature Communications。

6、 北京化工大学通过荧光显微镜实现有机-无机复合材料中无机填料的微尺度三维成像

无机分散对于有机-无机复合材料先进性能的实际应用来说至关重要。电子显微镜是目前对于纳米级有机-无机复合材料中无机填料进行分散性研究的最常见方法。然而，使用高对比度的荧光成像方法直接观察有机-无机复合材料中的无机填料粗粒分散体似乎并不顺利。

近日，北京化工大学的研究团队设计并合成了一种具有聚集诱导发光的两亲性荧光表面活性剂，并将其用于聚合物基体中蒙脱土粗粒分散体和层状双氢氧化物填料进行三维成像。荧光显微镜成像技术相比于主要观察样品表面形貌的电子显微镜成像技术，在对样品内部成像、灵敏度等方面更胜一筹，有助于研究者对有机无机复合材料–无机填料中无机填料的粗粒分散体直接进行三维观察。

该研究成果发表于：Nature Communications。

7、 东南大学研究单层MoS2的缺陷设计助力析氢反应

纳米尺度MoS2作为析氢反应最有前途的非贵重催化剂因而受到广泛关注。然而，纯MoS2除了位于边缘的活性位点，其余大面积的基底面几乎是无用的。

近日，来自东南大学的研究者总结了16类包括点缺陷和晶界在内的结构缺陷以激活单层MoS2基面。第一性原理表明，六类缺陷（Vs, VMoS3, MoS2PDs; 4|8a, S bridge, and Mo−Mo bond GBs）可显著提高MoS2平面域的氢化反应。Vs, MoS2PDs; 4|8a, S bridge这些缺陷在海洛夫斯基反应和塔菲尔反应具有很高的活性，并且研究者可以通过修正的带中心模型分析不同析氢反应中的缺陷活性，这种方法广泛适用于具有局部缺陷态的系统。通过该研究成果，研究者更容易全面了解析氢反应中单层MoS2的缺陷设计，有望在未来的氢能利用方面借助二维硫化物开启新的篇章。

该研究成果发表于：JACS。

8、 江苏大学研究多孔超薄石墨相氮化碳（g-C3N4）薄膜在光催化方面的应用

在光催化领域，相比于块体材料，原子厚度的超薄材料具有优异的光催化性能。然而，迁移到材料表面的光生载流子将会发生重组，从而限制载流子的充分应用。最近，半导体的表面缺陷作为活性位点，以提高载流子的分离效率，从而实现提高光催化效率相关报道层出不穷。因此，表面的缺陷可以被引入到半导体作为表面光生载流子的分离中心。

近日，江苏大学的研究团队研究了具有碳缺陷的原子级别厚度超薄材料在光催化方面的应用。在该研究中，具有表面碳缺陷的多孔超薄石墨相氮化碳（g-C3N4）薄膜可通过两次热处理工艺获得。所制备的该薄膜厚度约为0.9nm，用于对于块体和表面的载流子双向加速分离。在可见光的照射下，该材料的光催化活性可用于降解罗丹明。光催化过程中的自由基的测定和分析由电子自旋共振和X射线光电子能谱价带谱技术实现，其中主要的自由基会从块状石墨相氮化碳的超氧阴离子自由基向超薄多孔超薄石墨相氮化碳的超氧阴离子自由基和羟基自由基和羟基自由基转变。这种理想的材料模型从原子级别分析了具有有限碳缺陷的多孔超薄结构在增强的光催化活性方面的作用：增强的光催化活性是来自g-C3N4-2独特的结构，从而具有更高的载流子迁移率和较低的价带顶端。

该研究成果发表于：Carbon。

以上我们列举的仅为过去一周内（6.2-6.8）我国先进材料研究的最新进展的代表。整理过程中难免存在疏忽，还望各位读者谅解并诚挚欢迎大家提出意见/建议，或推荐最新的国内材料研究新闻线索给我们：tougao@cailiaoren.com。

本期周报由国内材料周报小组吴长青撰写，材料牛编辑整理。