顶刊封面: 4月材料领域优秀成果十大精选

evergreenw 7年前 (2017-05-05) 6253浏览

4月以来，材料领域的研究又有许多新进展，纳米材料、新能源以及电子等方向的研究成果百花齐放。五一小长假归来，让我们共享科研盛宴，一起来看看上个月材料牛为您精选的顶刊封面故事吧。

1、Nature封面: 通过石墨烯实现远距离外延生长，高效高质量的转移二维材料！

在衬底上外延生长晶体材料对于半导体行业来说至关重要，然而两种材料之间的晶格匹配严格限制了这一过程。

麻省理工学院 (MIT) Jeehwan Kim (通讯作者) 等研究发现，在石墨烯夹层存在下，仍可实现在GaAs基底上同质外延生长GaAs层。通过密度泛函理论计算发现在一定距离内，两GaAs晶面间隙中仍存在电子分布。且实验结果表明，石墨烯较弱的范德华势不能完全屏蔽基底和外延层间的相互作用，从而实现了在单层石墨烯夹层存在下远距离同质外延生长GaAs，InP和GaP。该方法生长的GaAs等材料为高质量单晶，且石墨烯夹层的存在使外延层可以快速完整的从基底剥离。用该方法制备的AlGaInP-GaInP 双异质结LEDs的性能也可与直接在GaAs基底上外延生长制备的LEDs相匹敌。

文献链接：Remote epitaxy through graphene enables two-dimensional material-based layer transfer(Nature, 2017, DOI: 10.1038/nature22053)

2、Nat. Nanotech. 封面: 首次成功合成单层三角形结构Triangulene

Triangulene是由6个六边形碳环组成的单原子厚度的类三角形结构材料，这种单双键交替的排列方式会使整个分子具有两个不成对电子，因此该材料极易氧化，难以稳定存在。

华威大学化学系的Niko Pavliček （通讯作者）及团队共同工作者通过原子操纵技术首次成功合成全新结构的石墨烯三角形分子。研究者通过使用兼具扫描隧道显微镜与原子力显微镜两种手段的特殊针头，使前屈体分子脱氢，从而成功制备结构稳定的triangulene。值得一提的是，这种应用于单分子层面的合成技术对于构建triangulene及其类似物具有借鉴性。

文献链接：Synthesis and characterization of triangulene (Nat. Nanotech., 2017, DOI:10.1038/nnano.2016.305)

3、Nat. Energy封面: 海水提铀新方法

海洋中存在有大量的可用于核燃料的铀元素，但是铀在海水中的浓度很低，导致当前的提取效果并不理想。

斯坦福大学的崔屹（通讯作者）等使用脉冲电场将铀离子迁移到聚合物功能化电极上，使其沉积在电极表面形成氧化铀，随后通过处理得到铀。聚合物功能化电极是一种偕胺肟基碳复合纤维材料，在电场力的作用下，更多的氧铀离子被吸附在纤维表面。经测试，该电极材料能吸附的铀容量多，吸附速度快，且可重复利用率高，对于海水提铀意义重大。

文献链接：A half-wave rectified alternating current electrochemical method for uranium extraction from seawater (Nat. Energy, 2017, DOI:10.1038/nenergy.2017.7)

4、Adv. Mater. 封面：基于温度感知多功能传感器的电子皮肤

近来，研究者们在具有类人感知能力的柔性人造电子皮肤方面的研究中做出了巨大努力，这些成果可应用在皮肤修复、类人机器人以及可穿戴的健康监控系统中。但是诸如多功能模块的集成、更简单的制作工艺以及大面积和低成本的应用等挑战依然摆在广大研究者的面前。

近日，清华大学的朱荣（通讯作者）等人报道了一种具备多重感知能力的类人多功能电子皮肤，具备感知外界温度和压力刺激的能力，同时还能区分物质的种类并感知风的吹动，从而达到了人类皮肤这样一个精巧的传感系统的程度。由于外部热传递和热导率的变化，沉积在电子皮肤上的热敏元素铂可以对外界的刺激做出反应并将其输出为可测量的电信号，这就使得这种电子皮肤虽然集成了多种功能，但是并没有增加器件的复杂程度。这为研究类人皮肤的电子皮肤提供了研究思路，并且结合柔性的印刷电路，这种器件的制作流程也使大规模、低成本地制作器件成为可能。

文献链接：Electronic Skin with Multifunction Sensors Based on Thermosensation（Adv.Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201606151）

5、Angew. Chem. Int. Ed. 封面: 胶体微通道引导金纳米离子自组装

纳米材料的自组装技术是当前制备高阶结构，材料以及器件的有效方法。

乔治亚理工学院Zhiqun Lin（通讯作者）的研究表明，通过浮动蒸发自组装的方法来控制胶体悬浊液的干燥程度，从而获得间距可调的周期裂纹（微通道），这些均匀的微通道作为模版引导金纳米粒子的自组装，这样得到的胶体纳米颗粒薄膜中的裂纹可以有效的为研究者所用。这种方法简单易操作，在光学、电子、光电子学等众多领域具有应用价值。

文献链接：Harnessing Colloidal Crack Formation by Flow-Enabled Self-Assembly (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201700457)

6、Angew. Chem. Int. Ed. 封面: 金电极/水界面研究疏水性

水相中的电化学反应机理的定量描述需要电极/水局部水结构的实验表征，然而这一项工作难以实现。

德国马普学会弗里茨哈伯研究所的Yujin Tong（通讯作者）和R. Kramer Campen（通讯作者）在薄膜电化学电池中利用界面特定振动光谱分析具有羟基基团的界面水亚群的潜在依赖结构，研究表明，在分子水平扩展的疏水界面可观察到这样的自由羟基基团，该基团在任何电位下与金工作电极表面之间的相互作用力十分微弱，且在金电极氧化时这些基团就会消失。

文献链接：Hydrophobic Water Probed Experimentally at the Gold Electrode/Aqueous Interface (Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201612183)

7、Energy Environ. Sci. 封面: 高转换效率的有机薄膜太阳能电池

有机本体异质结太阳能电池因其光谱吸收范围宽，可操纵二元聚合物如富勒烯器件的重组行为等特点成为国内外研究热点之一。

埃尔朗根-纽伦堡大学的Nicola Gasparini（通讯作者）和Tayebeh Ameri（通讯作者）构建了一种新颖的有机太阳能电池。他们通过添加一种近红外聚合物，制备了有机活性薄膜厚度为300 nm的三层有机薄膜太阳能电池，能量转换效率高达11%。

文献链接：High-performance ternary organic solar cells with thick active layer exceeding 11% efficiency (Energy Environ. Sci., 2017, DOI: 10.1039/c6ee03599)

8、Adv. Energy Mater. 封面: 二维单层有机-无机杂化钙钛矿半导体太阳能电池

有机-无机杂化钙钛矿材料由于其低廉的制造成本和其在光伏（PV）和光电（OE）器件中优异的性能，在科学界和工业界引起了相当大的兴趣。

内布纳斯加大学林肯分校Xiaocheng Zeng（通讯作者）等利用用第一性原理对单层杂化钙钛矿半导体进行了一系列理论研究。他们研究了二维单层有机-金属-碘(I)杂化钙钛矿BA2MI4 (M：铅Pb, 锡Sn, 锗Ge)的电子/激子性质，并估算了这类材料中的电子空穴对的结合能和作用半径。研究表明，这种半导体的带隙在1.5-2.0 eV区间内，带隙相比于BA2PbBr4更加适中，载流子有效质量也大幅减小，载流子迁移率预计也将相应提高。该电池不仅具有在光电子和光伏应用领域具有理想的电子特性，还能够通过有效封装或与其他二维材料不均匀的堆积实现改进其稳定性和功能。

文献链接：Solar Cells: Two-Dimensional Single-Layer Organic–Inorganic Hybrid Perovskite Semiconductors (Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201601731)

9、Small封面: 壳核型高性能Co₉S₈/MoS₂钠/锂离子电池电极材料