材料前沿最新综述精选(2017年8月第3周)
1、Advanced Energy Materials综述：钙钛矿太阳能电池界面
图1 常见的钙钛矿装置结构示意图
可溶液加工的有机金属杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）光转换效率（PCE）的快速提高给光伏（PV）产业带来了前所未有的发展，并可进一步将其应用于其他电子设备，如发光二极管，光电检测器和电池。典型的PSCs由夹在电子和空穴之间的钙钛矿膜组成，分别产生ESC /钙钛矿和钙钛矿/ HSC界面。 选择性接触及其界面决定了钙钛矿层的性质，并且还控制了PSCs的性能，光伏作用，开路电压，器件稳定性和PSC中的滞后。近日，康斯坦茨大学Azhar Fakharuddin、马来西亚彭亨大学Rajan Jose、海梅一世大学Ivan Mora-Sero（共同通讯）等人定义了理想的电荷选择性接触，并对于接口材料的选择如何影响电荷累积，传输，转移/复合，带对准和PSCs中的电稳定性进行了概述。文章还讨论了器件相关的问题，如选择性接触（平面或介孔）的形态，能量学和电学性质（绝缘和导电）及其化学性质（有机和无机）。 最后，作者展望了基于钙钛矿光伏技术的关键挑战和未来发展方向。
文献链接：Interfaces in Perovskite Solar Cells（Adv.Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201700623）
2 、Angewandte Chemie International Edition综述：镁电池背后的热烈宣传：对合成化学家关于电解质和阴极需求的公开选拔
图2 原子结构图
诸如锂离子电池的先进能量存储技术给便携式电子设备带来了福音，包括移动电话和微型计算机，并且对电动汽车的开发和应用至关重要。镁金属是优异的阳极，其具有锂金属体积容量的两倍，并且与标准氢电极相比具有-2.37V的负还原电位。 镁的主要优点是在充电期间可以明显减少枝晶形成。近日，来自北美丰田研究所的John Muldoon和Claudiu B. Bucur以及北欧化工技术解决方案公司的Thomas Gregory（共同通讯）等人阐述了电解质和阴极发展历程中的重要研究，并讨论了镁电池走向实际应用必须克服的一些重大挑战。
文献链接：Fervent Hype behind Magnesium Batteries: An Open Call to Synthetic Chemists—Electrolytes and Cathodes Needed（Angew. Chem. Int. Ed.,2017,DOI:DOI: 10.1002/anie.201700673）
3 、Progress in Polymer Science综述：电纺纳米纤维：聚合物基复合材料中新兴的填充物
图3 自2010年起基于纳米纤维型的电纺纳米纤维增强聚合物复合材料的科学出版物分布
自20世纪90年代以来，快速发展的静电纺丝技术因为能够产生直径为纳米级的连续纤维，因此获得了研究者越来越多的兴趣。尽管人们为探索电纺丝纳米纤维（如分离，催化，纳米电子学，传感器，能量转换/储存和生物医学）的应用做出了巨大的努力，但是在聚合物复合材料中增强这些纳米纤维性能的尝试是有限的。近日，来自西安交通大学的于德梅教授、美国北卡罗莱纳州农业技术州立大学的Lifeng Zhang（共同通讯）等人发表综述，论述了电纺纳米纤维具有通常其它纳米级复合填料/增强剂没有的综合优点，例如连续性，材料选择的多样化，可的控直径/结构，合理的对准/组装，批量生产能力等。 因此，电纺纳米纤维作为下一代聚合物复合材料的增强填料具有巨大的潜力。
文献链接：Electrospun Nanofiber: Emerging Reinforcing Filler in Polymer Matrix Composite Materials（Prog. Polym. Sci.,10.1016/j.progpolymsci.2017.08.002）
4、Chemical Reviews综述：太阳能转换中的超快电子动力学
图4 太阳能转换中电子动力学原理图
电子是太阳能转换的关键。 通过光催化过程将光能转化为光伏发电，或通过光催化过程转化为能量丰富的分子（太阳能燃料），总是以能量丰富的电子的光诱导开始。这些电子在实际装置中的获得取决于一系列电子传递过程，其动力学和效率决定了材料和器件的功能。为了捕获太阳能电池材料中的光电子-空穴对的能量，必须将相反电荷与静电吸引力分离，防止重新组合并将其通过活性材料输送到可以提取的电极。在光催化太阳能燃料生产中，这些电子过程耦合到化学反应，导致光的能量存储在化学键上。近日，瑞典隆德大学Villy Sundström（通讯作者）等人讨论了目前正在开发的用于染料或量子点敏化的太阳能电池，富勒烯聚合物太阳能电池，有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池以及一些光催化系统。
文献链接：Ultrafast Electron Dynamics in Solar Energy Conversion（Chem.Rev.,2017,DOI:10.1021/acs.chemrev.6b00807）
5、Accounts of Chemical Research综述：四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯——从偶然发现到有希望的杂环光电材料
图5 四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯杂环光电材料结构示意图
有机光电子学的发展需要具有光物理和电子性质合适组合的化合物。芳族醛，芳香胺和丁烷-2,3-二酮的多组分反应可以直接获得以前不可用的1,2,4,5-四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯。通常，芳族核心的构造仅仅是长期进行多步骤官能化的第一阶段。相反，1,2,4,5-四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯的合成会影响带有C2的对称性框架中预先安置的取代基，从而有了大量的结构可能性。此外，醛组分的空间位阻有利于提高产物的产率。近日，波兰科学院Daniel T. Gryko（通讯作者）等人详细讨论了四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯从发现到成熟的历程，并叙述了其在杂环光电材料的应用。
文献链接：The Tetraarylpyrrolo[3,2-b]pyrroles—From Serendipitous Discovery to Promising Heterocyclic Optoelectronic Materials（Acc.Chem.Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00275）
6、Accounts of Chemical Research综述：RNA切割DNA酶的发现和生物传感应用
图6 8-17的二级结构和序列变化
基于DNA的酶或DNA酶不存在于自然界中，但可以使用试管技术从随机序列DNA库分离。 自1994年第一个DNA酶的报道以来，人们已经分离和研究了许多用于化学转化的催化性DNA分子。近日，麦克马斯特大学的李应福（通讯作者）等人首先描述了当“进行16个并行选择”以寻找针对每个可能的RNA二核苷酸连接点进行切割的DNA酶时，对“8-17”小DNA酶序列适应性的意外发现。这项研究还揭示了8-17对嘧啶-嘧啶接头活性差的事实。根据这些信息，作者发现在生理条件下表现出强烈催化活性的多种非8-17 DNA酶。最后结果还表明DNAzymes与DNA复制的相容性可以有利于扩增机制的设计，其可将RNA切割DNA酶的作用与滚动循环扩增（等温DNA扩增技术）联系起来。
文献链接：Discovery and Biosensing Applications of Diverse RNA-Cleaving DNAzymes（Acc.Chem.Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00262）
7、Chem综述：用于太阳能技术的胶体量子点
图7 胶体量子点的应用
胶体量子点（QDs）因为它们具有优异的光电性质，例如尺寸依赖吸收光谱，有效的电荷分离和运输以及良好的光稳定性，因此作为各种太阳能技术的吸收剂已被广泛研究。 在过去十年中，为了阐明以结构为主的光电子特性，人们已经开展了许多研究工作，目的是最大限度整体地提高太阳能装置的功率转换效率。近日，魁北克大学Federico Rosei（通讯作者）等人讨论了这些量子点的化学合成方法和性质，并强调其在太阳能电池，太阳能驱动产氢和发光太阳能集中器设备中的应用。作者通过强调合成具有不同结构和组成的量子点的各种策略叙述了近期在这个领域的研究进展。文章还讨论了用于调整量子点和金属氧化物中电荷动力学的可用方法。 此外，作者还介绍了几种基于量子点的太阳能设备，并讨论了其制造和性能。最后，文中阐述了量子点控制合成要解决的挑战。
文献链接：Colloidal Quantum Dots for Solar Technologies（Chem,2017,DOI:10.1016/j.chempr.2017.07.007）
本文由材料人编辑部生物材料组Allen供稿，材料牛整理编辑。
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