近十年中国学者材料科学领域被引用次数TOP10论文盘点

在全球技术创新和科技突破的过程中，材料的研发始终是至关重要的。通过过去几十年的努力，中国已经成为了名副其实的材料大国，材料领域论文发文数量全球第一，高被引论文数量位居世界前列，材料领域的专利数量位居世界第一，材料研究队伍规模也列世界首位。在这一过程中，中国涌现了非常多的材料学者引领着不同领域的发展，他们所发表的一些研究工作也成为了研究人员关注的焦点。下面我们就来盘点近十年中国学者材料科学领域被引用次数前十的论文。（注：本文统计数据通过Web of Science 检索，出版年为2010年到2021年， 国家/地区为CHINA，Web of Science分类为MATERIALS SCIENCE MULTIDISCIPLINARY）

发文分析

发文量方面，近十年中国材料领域发文量存在波动，自2010年到2012年中国材料领域发文量一直在稳步提升，随后2013年到2015年有所下降，自2016年又开始上涨，2020年相比2019年略有下降，看来疫情对材料领域科研工作者产生了一定影响。总体看来，这十年中国材料领域发文量增加了近两倍，高被引论文数从2010年的198篇提高到了2020年的716篇，可以说在质和量上都实现了飞跃。

发文机构方面，中科院发文量遥遥领先，中国科学院大学、清华大学、哈工大、北京科技大学紧随其后，上海交大、浙江大学、中科大、中南大学和吉林大学发文量接近。 

来源出版物方面，近十年中国材料领域发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也同样位列21世纪材料发文量排名前三。

1.复旦大学张远波教授&中科大陈仙辉院士Nat. Nanotech.：黑磷场效应晶体管 （被引4,687次）

随着石墨烯的发现，二维晶体已经成为一类可能会影响未来电子技术的材料。然而石墨烯的电子结构中不具备能隙，限制了其更广泛的应用。寻找可替代石墨烯的其他二维材料成为了研究者面临的挑战。在实验上识别和表征新型二维功能材料非常具有挑战性，但也可能会有所收获。有鉴于此，复旦大学张远波教授&中科大陈仙辉院士等人成功制备了基于少层二维黑磷单晶的场效应晶体管，所制备的黑磷晶体厚度低至几纳米。在室温下，当黑磷厚度小于7.5 nm时，可以获得可靠的晶体管性能，其漏电流调制幅度在10⁵量级上，I-V特性曲线具有良好的电流饱和度。 作者还发现晶体管的电荷载流子迁移率与厚度有关，当二维黑磷材料厚度在10nm时，其最高的迁移率值可达~1,000 cm²·V^-1·s^-1。这些结果表明了二维黑磷晶体作为纳米电子器件中新型二维材料的潜力。

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

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

2.中科院金属研究所成会明院士Adv. Mater.：用于能源存储的先进材料（被引3,246次）

便携式电子设备和电动车辆在世界范围内的普及刺激了诸如电池和超级电容器之类的能量存储设备向更高功率密度和能量密度的发展，而这在很大程度上取决于这些设备中所使用的新材料的发展。此外，储能材料在高效，清洁和多用途能源的使用中起着关键作用，对于开发可再生能源至关重要。因此，储能材料涵盖广泛，并且从研发到工业化一直受到关注。有鉴于此，中科院金属研究所成会明院士等人在这篇综述文章中首先对几种典型的能量存储系统进行了概述，包括热能，机械能，电磁能，氢能和电化学能存储。然后详细介绍了用于车载应用的高性能储氢材料以及用于锂离子电池和超级电容器的电化学储能材料的现状。讨论了开发这些先进储能材料的策略，包括纳米结构化，纳微结合，杂化，孔结构调控，构型设计，表面改性和成分优化。最后，作者重点介绍了先进储能材料的发展趋势和前景。

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

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

3.温州医科大学刘勇教授&北京理工大学曲良体教授&斯西储大学戴黎明教授ACS Nano：氮掺杂石墨烯作为燃料电池中氧还原过程的高效无金属电催化剂（被引3,035次）

石墨烯的发现开创了二维基础科学和潜在技术的新时代。石墨烯在结构和性能上与碳纳米管有很多相似之处，包括高纵横比，大比表面，丰富的电子态和良好的机械性能，并且在许多领域，具有二维结构的单原子层石墨烯优于碳纳米管，将进一步促进电子传输，因此是更有效的电极材料。关于碳纳米管及其氮掺杂碳纳米管的研究已有报道，但通过化学气相沉积大规模制备石墨烯片只是最近的发展。近期，研究者们已经尝试将杂原子（例如，氮）引入石墨烯片中以调节其电子性能。 然而，将氮掺杂石墨烯片用作燃料电池中ORR过程催化剂的可能性尚待验证。有鉴于此，温州医科大学刘勇教授&北京理工大学曲良体教授&斯西储大学戴黎明教授等人报道了一种通过甲烷化学气相沉积法在氨存在的情况下合成氮掺杂石墨烯的方法。 结果证明，所制备的氮掺杂石墨烯可作为无金属的电极，在碱性燃料电池四电子途径氧还原过程中具有比铂更好的电催化活性，长期运行稳定性和交叉效应耐受性。这是关于使用石墨烯及其衍生物作为无金属氧还原催化剂的首次报告。氮掺杂对氧还原反应的重要作用可以应用于各种碳材料，以开发用于燃料电池的其他无金属高效氧还原催化剂，甚至应用于可用于燃料电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.中科院金属研究所成会明院士Carbon：氧化石墨烯的还原（被引2,945次）

石墨烯以其优异的机械、电、热和光学性能吸引了研究者极大的兴趣。石墨烯可以通过对高度有序的热解石墨进行微机械剥落、外延生长、化学气相沉积以及氧化石墨烯的还原来生产。前三种方法可以生产具有相对完善的结构和优异性能的石墨烯，而相比之下，氧化石墨烯 (GO)具有两个重要特性。首先，可以使用廉价的石墨为原料，通过低成本的化学方法生产高产率的GO。其次，GO是高度亲水的，并且可以通过简单和廉价的溶液方法形成稳定的水性胶体，以促进宏观结构的组装，这对于石墨烯的大规模使用都是重要的。GO的研究和应用中的一个关键主题是还原，它部分恢复了石墨烯的结构和性能。不同的还原过程会导致还原氧化石墨烯(rGO)的特性不同，进而影响由rGO组成的材料或设备的最终性能。有鉴于此，中科院金属研究所成会明院士等人综述了氧化石墨烯还原的报道，主要包括GO的制备及特性、确定还原效果的标准、还原策略和还原机理。

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

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

5.中科院金属研究所成会明院士 Nat. Mater.：通过化学气相沉积生长的三维柔性和导电互连石墨烯网络（被引2,692次）

高质量石墨烯的大量制备以及把单一石墨烯片集成到宏观结构中对综合利用石墨烯众多的优异性质、实现其宏量应用具有重要的意义。使用化学法制备的石墨烯片可用于制造一系列基于石墨烯的复合材料和宏观结构。然而，由于化学法制备的石墨烯片的低质量和高片间接触电阻，这些复合材料和结构的导电性差。CVD方法可用于制备大面积高质量石墨烯，但是CVD方法多以铜箔、镍膜等平面型金属作为生长基体，只能得到二维平面的石墨烯薄膜，难以满足复合材料等宏量应用的要求。有鉴于此，中科院金属研究所成会明院士等人报告了通过模板定向化学气相沉积直接合成三维泡沫状石墨烯宏观结构，即石墨烯泡沫(GFs)。 石墨烯泡沫由石墨烯的互连柔性网络组成，作为电荷载流子的快速传输通道，可实现高电导率。作者制备了石墨烯泡沫/硅橡胶复合材料，发现即使石墨烯泡沫的负载量低至约0.5 wt％，复合材料仍具有约~10 S/cm的极高电导率，比化学法制备的的相同添加量的石墨烯复合材料的电导率高了约6个数量级。以这种独特的网络结构和石墨烯泡沫的出色电学和机械性能为例，作者证明了石墨烯泡沫/硅橡胶复合材料在柔性，可折叠和可拉伸导体中的巨大潜力。

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.清华大学李景虹院士ACS Nano：P25-石墨烯复合材料作为高性能光催化剂（被引2,462次）

TiO₂和碳的复合物 (TiO₂-C)是净化空气和水的潜在光催化剂。然而，一些问题仍然阻碍了TiO₂-C复合材料的效率的进一步提高。因此，获得具有高光催化活性且具有可再现性和可控性的TiO₂-C复合材料具有重要意义。石墨烯除具有独特的电子特性外，其二维平面结构还具有其他一些优异的属性，例如大的理论比表面积和由于其单原子厚度而具有的高透明度。因此，TiO₂和石墨烯的组合有望同时具有出色的吸附性、透明性、导电性和可控性，从而可以促进对有机污染物的有效光降解。有鉴于此，清华大学李景虹院士等人使用一种简便的一步水热法制备了化学键合TiO₂ (P25)-石墨烯纳米复合光催化剂。在水热反应过程中，既实现了氧化石墨烯的还原，又实现了P25的负载。所制得的P25-石墨烯光催化剂具有很高的染料吸附性，更宽的光吸收范围和同时有效的电荷分离特性，这在其他TiO₂-C光催化剂中很少见到。 因此，在亚甲基蓝的光降解过程中，与具有相同碳含量的裸P25和P25-CNT相比， P25-石墨烯的反应速率有显著提高。 总体而言，这项工作可以为制造作为高性能光催化剂的TiO₂-C复合材料提供新的见解，并促进其在环境保护方面的应用。

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

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

7.清华大学石高全教授ACS Nano：通过一步水热法自组装石墨烯水凝胶（被引2,352次）

二维石墨烯片的自组装是制备用于实际应用的宏观石墨烯体系结构（例如薄膜和层状纸状材料）的重要策略。然而，利用三维网络构建石墨烯自组装宏观结构的研究尚未实现。有鉴于此，清华大学的石高全教授等人通过简便的一步水热法制备了自组装石墨烯水凝胶(SGH)。SGH具有导电性、机械强度高、热稳定性好、比电容高的特点。具有碳材料固有生物相容性的高性能SGH在生物技术和电化学领域，如药物传递、组织支架、仿生纳米复合材料、超级电容器等领域具有广泛的应用前景。

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

8.香港大学崔晓东教授Nat. Nanotech.：光泵浦导致在MoS₂单层中的波谷极化（被引2,146次）

大多数电子设备都利用电子的电荷，但是也有可能构建依赖电子其他特性的设备，例如利用电子的自旋的自旋电子器件。 谷电子学是一个较新的发现，它依赖于以下事实：某些材料的导带具有相等的能量，但在动量空间中的不同位置处具有两个或多个最小值。为了制造谷电子器件，必须控制这些波谷中的电子数量，从而产生波谷极化。单层MoS₂对于谷电子器件来说是一种很有前途的材料，因为导带和价带边缘在第一个布里渊区的拐角处都有两个能量退化的谷。有鉴于此，香港大学崔晓东教授证明了圆偏振光的光泵浦可以在原始的单层MoS₂中实现30%的谷底偏振。此结果证明了在MoS₂单层中光谷控制以及基于谷的电子和光电应用的可行性。

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

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

9.北京科技大学张勇教授Prog. Mater. Sci.：高熵合金的微结构和性能（被引2,137次）

高熵合金 (HEA)的定义大致上是指固溶合金，其中包含五个以上的主要元素，这些元素具有相等或接近相等的原子百分比。高熵的概念为开发具有独特性能的先进材料开辟了一条新途径，而传统的仅基于一种主要元素的微合金化方法是无法实现的。迄今为止，已经报道了许多具有良好性能的HEA，例如高耐磨HEA，Co_1.5CrFeNi_1.5Ti和Al_0.2Co_1.5CrFeNi_1.5Ti合金。此文中，北京科技大学张勇教授等人首先回顾了与HEA形成相关的热力学，动力学和加工。然后讨论了其物理、磁、化学和机械性能。从裂纹噪声和巴克豪森噪声测量的角度提供了有关塑性变形，断裂和磁化的详细信息，并分析了在特定应变率或测试温度下应力-应变曲线上的锯齿以及磁化磁滞回线的锯齿。 从共晶组成，致密原子堆积和混合熵的角度分析了常规玻璃和高熵金属玻璃的比较。还讨论了高熵块状金属玻璃的玻璃形成能力和塑性。介绍并讨论了适用于HEA的建模技术，例如从头算分子动力学模拟和CALPHAD建模。最后，作者提出了HEA的未来发展和潜在的新研究方向。

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.中科院金属研究所成会明院士ACS Nano：具有增强的可逆容量和循环性能的Co₃O₄纳米颗粒锚固的石墨烯作为锂离子电池阳极（被引2,042次）

此文中，中科院金属研究所成会明院士等人报告了一种简便的策略来合成由锚固在导电石墨烯上的Co₃O₄纳米颗粒组成的纳米复合材料，作为高性能锂离子电池的先进阳极材料。 所制备的Co₃O₄纳米粒子尺寸为10-30 nm，并均匀地锚定在石墨烯片上作为隔离物，以保持相邻石墨烯片的分离。 这种Co₃O₄/石墨烯纳米复合材料显示出优异的锂电性能，具有大可逆容量，出色的循环性能和良好的倍率性能，突出了将纳米颗粒锚固在石墨烯片上对于最大限度地利用电化学活性Co₃O₄纳米颗粒和石墨烯在高性能锂离子电池中进行储能应用的重要性。

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.

写在最后

中国通过近十年的努力，已经成为了名副其实的材料大国，中国学者也在材料发展的最前沿不断地取得新的突破，发表论文的数量与质量与十年前相比均取得了相当大的进步。近十年中国学者材料科学领域被引次数TOP10论文中，6篇与石墨烯，特别是石墨烯的改性和复合物相关，2篇与二维材料的性质研究与应用相关，1篇与能源存储相关，还有一篇与高熵合金相关。石墨烯的研究无疑是21世纪最热门的方向， 而中国学者在进一步调控石墨烯的性能上，推动石墨烯更广泛的应用上做出了突出贡献。在发文作者方面，成会明院士独占鳌头，排名前五的文章中成会明院士占了三席，其他作者也都是各自领域的领军人物。

本文由踏浪供稿。

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