JACS：8月材料前沿科研成果十大精选

今天材料牛邀您一起来看看国际著名期刊JACS 2016年8月材料前沿科研成果十大精选：上海交通大学——具优异加工性能的聚环氧乙烷功能化石墨烯纳米带的研究；埃因霍芬理工大学——在有机太阳能电池电荷产生过程中供体或受体受激发的二分作用研究；京都大学——孔隙率和导电性可调的聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）/多孔配位聚合物复合材料；中科院长春应用化学研究所——线性Co₄N和缠绕性的N-C纤维的原位耦合及其在稳健、高效及灵活的Zn/空气电池双功能化阴极中的应用研究；宾夕法尼亚大学——polycatenar配体控制的胶体纳米晶的合成与自组装；中山大学——利用杂家荧光探针在活体细胞中手术刀式地检测NRAS RNA的四链体结构；南京工业大学等——纳米螺丝：银纳米线的不对称刻蚀；中科院大连化学物理研究所——揭示强碱条件下CoPy/CdS体系中半导体光催化剂中单步两电子转移的机理；韩国基础科学研究所等——利用第一性原理揭示CVD法中石墨烯在Cu基底退耦化过程中O₂和H₂O的作用；香港科技大学等——超过10纳米的共轭分子导线中的共振电荷传输。

1、上海交通大学：具优异加工性能的聚环氧乙烷功能化石墨烯纳米带的研究

图1 GNRs的结构示意图（上）、分散性实验数码图（左下）以及AFM图（右下）

近日，据上海交通大学化学化工学院的冯新亮（通讯作者）和麦亦勇（通讯作者）等人报道，他们利用溶剂中的“自下而上”合成法首次合成了结构明确的聚合物功能化的石墨烯纳米带（GNRs）。该种GNEs在常见有机溶剂中表现出非常优异的分散性。该成果不仅为更好地理解GNRs的物理化学性质，从而发展一些基于溶液的表征手段提供了可能，而且为发展一些前瞻性的应用提供了一个突破口。

文献链接：Poly(ethylene oxide) Functionalized Graphene Nanoribbons with Excellent Solution Processability （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b07061）

2、埃因霍芬理工大学：在有机太阳能电池电荷产生过程中供体或受体受激发的二分作用研究

图2 供体和受体受激后能量偏移示意图

近日，荷兰埃因霍芬理工大学复杂分子系统研究所的René A. J. Janssen（通讯作者）及其团队报道，他们在研究光激发供体和受体在产生电荷的差异性时，意外发现，要使电荷转移高效进行，供体和受体的受体激发后最高能级的电荷转移之间的能量偏移必须比同样状态下两者最低能级的能量偏移大~0.3 eV。这项成果为解释有机太阳能电池电荷产生过程中供体或受体受激发的二分作用提供了可能。

文献链接：Dichotomous Role of Exciting the Donor or the Acceptor on Charge Generation in Organic Solar Cells （J. Am. Chem. Soc., 2016,  DOI: 10.1021/jacs.6b05868）

3、京都大学：孔隙率和导电性可调的聚乙烯二氧噻吩（PEDOT）/多孔配位聚合物复合材料

图3 EDOT在PCPs中聚合形成多孔导电复合物

日本京都大学的Susumu Kitagawa（通讯作者）和Takashi Uemura（通讯作者）等人通过将3,4-乙烯二氧噻吩（EDOT）在MOF材料MIL-101(Cr)的孔洞中聚合，合成了一系列多孔导电性复合材料。该成果有望用来合成能够捕获小气体分子的纳米导电聚合物，从而用于制备可检测NO₂的化学阻抗传感器。

文献链接：Nanostructuration of PEDOT in Porous Coordination Polymers for Tunable Porosity and Conductivity （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b05552）

4、中科院长春应用化学研究所：线性Co₄N和缠绕性的N-C纤维的原位耦合及其在稳健、高效及灵活的Zn/空气电池双功能化阴极中的应用研究

图4 该Zn/空气电池的结构原理示意图

近日，中科院长春应用化学研究所的张新波（通讯作者）及其团队首次设计了一种实现线性Co4N和缠绕性的N-C纤维的原位耦合的方案，即通过热解植根于碳层的珍珠状ZIF-67/聚吡咯纳米纤维网络，源于Co₄N和Co-N-C的协同效应和稳定的三维骨架网络导电结构，该方案所得到的自由化和高弹性的双功能性的氧电极表现出十分优异的电催化活性和稳定性。进一步的研究表明，该Zn/空气电池完美的弯曲性和可充电性使得便携式电池和可穿戴式电子装置将成为可能。

文献链接：In Situ Coupling of Strung Co₄N and Intertwined N–C Fibers toward Free-Standing Bifunctional Cathode for Robust, Efficient, and Flexible Zn–Air Batteries （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b05046）

5、宾夕法尼亚大学：polycatenar配体控制的胶体纳米晶的合成与自组装

图5 不同种polycatenar配体的合成原理示意图

美国宾夕法尼亚大学的C. B. Murray（通讯作者）和B. Donnio（通讯作者）等人利用polycatenar化合物配体实现了对单分散纳米晶的直接合成。该项工作中，利用这些组分不同的配体研究人员成功合成了氧化锌、金、三氧化二铁等纳米晶。进一步研究表明，该方法能够将有机功能与无机纳米晶相结合，从而也许就能够实现对这些纳米晶的粒子间距、溶解性以及自组装行为的调控。

文献链接：Polycatenar Ligand Control of the Synthesis and Self-Assembly of Colloidal Nanocrystals （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b04979）

6、中山大学：利用杂家荧光探针在活体细胞中手术刀式地检测NRAS RNA的四链体结构

图6 GTFH探针用于检测NRAS RNA的G-四链体结构示意图

近日，中山大学药学院的黄志纾（通讯作者）和谭嘉恒（通讯作者）等人合作，首次制备出了一种G-四链体引发的杂交荧光（GTFH）探针——ISCH-nrasl。在进一步的研究中表明，该探针可以不论是离体还是细胞活检状态下，都能直接靶向检测其中的NRAS RNA四链体结构。因此，该成果中的GTFH探针不仅可以是检测RNA中缠绕的G-四链体结构的有力工具，而且还能在设计新型智能RNA方面拓展新的研究方向。

文献链接：Visualization of NRAS RNA G-Quadruplex Structures in Cells with an Engineered Fluorogenic Hybridization Probe （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b04799）

7、南京工业大学等：纳米螺丝：银纳米线的不对称刻蚀

图7 微刻蚀法得到的银纳米线的图示

南京工业大学、江苏先进生物与化学制造协同创新中心的陈虹宇（通讯作者）课题组携手新加坡科技研究局的Jun Wei（通讯作者）、Ming Lin（通讯作者）获得了突破性研究成果，合作合成了世界上最小的纳米“螺丝”。在相对温和的刻蚀条件下，对PVP（聚乙烯吡咯烷酮）稳定的五次孪晶银纳米线进行了微刻蚀，从而制备出了世界上最小的“螺丝”，并对其形成螺旋结构的成因进行了研究。这项工作的意义不仅仅在于得到了一种新颖有趣的复杂纳米结构。更重要的是为手性纳米结构的合成提供了一种新的研究途径。

文献链接：Nanoscrews: Asymmetrical Etching of Silver Nanowires （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b06250）

8、中科院大连化学物理研究所：揭示强碱条件下CoPy/CdS体系中半导体光催化剂中单步两电子转移的机理

图8 热力学驱动力分析图

近日，中科院大连化学物理研究所的李灿（通讯作者）和韩洪宪（通讯作者）团队发现了半导体光催化剂中单步两电子转移机理。该发现不仅揭示了半导体与分子催化剂之间可能的多电子转移过程，而且为基于多电子转移机理构建高效光催化体系提供了新的研究思路。

文献链接：Unraveling a Single-Step Simultaneous Two-Electron Transfer Process from Semiconductor to Molecular Catalyst in a CoPy/CdS Hybrid System for Photocatalytic H2 Evolution under Strong Alkaline Conditions （J. Am. Chem. Soc., 2016,  DOI: 10.1021/jacs.6b04080）

9、韩国基础科学研究所等：利用第一性原理揭示CVD法中石墨烯在Cu基底退耦化过程中O₂和H₂O的作用

图9 石墨烯在Cu基底上退耦化过程原理示意图

近日，韩国基础科学研究所和韩国蔚山国立科技大学的Rodney S. Ruoff（通讯作者）和Kwak Sang Kyu（通讯作者）团队利用第一性原理计算研究了氧气和水分子在被石墨烯覆盖的铜表面上的化学反应和电子结构，揭示了石墨烯纳米带不同边缘结构对铜表面上的氧化反应和水解反应的影响，从而揭示CVD法中石墨烯在Cu基底退耦化过程中O₂和H₂O的作用。该研究成果有助于人们理解O₂和H₂O对石墨烯从铜表面退耦化的影响，从而通过改进CVD法来合成高质量的石墨烯。

文献链接：First-Principles Study of the Role of O₂ and H₂O in the Decoupling of Graphene on Cu(111) （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b05333）

10、香港科技大学等：超过10纳米的共轭分子导线中的共振电荷传输

图10 共振电荷的远程运输示意图（左）以及bp-ppo线和Fe-bp-ppo线的微分电导图（右）

近日，香港科技大学的林念（通讯作者）和华东理工大学的刘培念（通讯作者）等人借助超高真空隧道扫描显微镜（UHV-STM），检测了长度在1.3~13nm的单个聚卟啉分子线的高偏电导系数，并对大量的金属-分子-金属结上进行了第一性原理模拟，显示通过定域分子轨道，检测结果的电导系数与共振传输是相一致的。可以预见的是，该发现将进一步促使人们利用卟啉低聚物线对单分子电子学的构建。

文献链接：Resonant Charge Transport in Conjugated Molecular Wires beyond 10 nm Range （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b07416）

本文由材料人编辑部学术组Carbon供稿，材料牛编辑整理。

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