今天材料牛邀您一起來看看國際著名期刊JACS 2016年9月材料前沿科研成果十大精選：上海交通大學——NBN型鋸齒狀多環(huán)芳烴碳氫化合物的頂刊動態(tài)合成——以1,9-Diaza-9a-boraphenalene為結(jié)構(gòu)基元；蘭州大學——利用手性基元構(gòu)建晶狀共價有機框架（COFs）；中科院長春應化所——單分子納米催化作用揭示單晶納米催化劑的催化活化能；上海交通大學——二維手性多孔共價有機框架（COFs）的多相不對稱催化；廈門大學——通過離子配對法不對稱合成手性雙金屬納米團簇[Ag₂₈Cu₁₂(SR)₂₄]^4?；南開大學——Zn（CF₃SO₃）₂為電解質(zhì)的Zn離子電池中的陽離子型尖晶石LiMn₂O₄負極研究；北京大學——無氫化學氣相沉積法實現(xiàn)亞微米級單壁碳納米管陣列的選擇性生長；托萊多大學&東南大學——氟代甲脒碘化錫與甲基碘化鉛結(jié)合法構(gòu)建高效低帶隙鈣鈦礦太陽能電池；中科院北京理化技術(shù)研究所——有機鉑（II）金屬環(huán)的多級自組裝反應——具有導通熒光性的TMV合成物；復旦大學——膠束融合-聚集裝配法制備用于超靈敏氨氣傳感器的有序介孔碳材料。

1、月材沿科研成上海交通大學：NBN型鋸齒狀多環(huán)芳烴碳氫化合物的料前合成：以1,9-Diaza-9a-boraphenalene為結(jié)構(gòu)基元

圖1 NBN型鋸齒狀多環(huán)芳烴的結(jié)構(gòu)示意圖

近期，上海交通大學化學化工學院的精選張帆（通訊作者）和馮新亮（通訊作者）團隊以一種摻雜了兩個氮原子和一個硼原子的鋸齒狀多環(huán)芳烴為基礎(chǔ)，合成了多種新型鋸齒狀多環(huán)芳烴（三種NBN-DBP和一種NBN-DBHZ）。材料該項研究成果能夠應用于獲得π鍵共軛的頂刊動態(tài)NBN型二苯七嵌段聚合物（NBN-DBHZ），此外，月材沿科研成還能成為合成NBN型摻雜的料前鋸齒狀石墨烯納米帶的有效途徑。

文獻鏈接：Synthesis of NBN-Type Zigzag-Edged Polycyclic Aromatic Hydrocarbons: 1,9-Diaza-9a-boraphenalene as a Structural Motif （J. Am. Chem. Soc., 2016, ?DOI: 10.1021/jacs.6b04445）

2、精選蘭州大學：利用手性基元構(gòu)建晶狀共價有機框架（COFs）

圖2 手性基元構(gòu)建晶狀共價有機框架（COFs）的材料原理示意圖

近日，蘭州大學化學化工學院的頂刊動態(tài)王為（通訊作者）和丁三元（通訊作者）團隊報道了一種利用手性基元直接合成手性功能化COFs材料的方法。其中的月材沿科研成核心設計是使用具有剛性的支架4,4'-(1H-苯并[d]咪唑-4,7-二基)二苯胺用于支撐各種手性基團。進一步的料前實驗表明這些手性COFs材料具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性并且在異質(zhì)有機催化方面表現(xiàn)出高度的催化活性。該項研究成果為功能化COFs材料的精選建構(gòu)提供了新的研究途徑，并賦予其高度有用的材料應用價值。

文獻鏈接：Constructing Crystalline Covalent Organic Frameworks from Chiral Building Blocks （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b07516）

3、中科院長春應化所：單分子納米催化作用揭示單晶納米催化劑的催化活化能

圖3 兩序催化（即，產(chǎn)物形成和解構(gòu)）過程示意圖

近日，據(jù)中國科學院長春應用化學研究所的徐維林（通訊作者）團隊報道，通過監(jiān)測單體金納米催化劑在熒光反應中對溫度的依賴性，他們從基于單體納米催化劑的兩序催化（即，產(chǎn)物形成和解構(gòu)）的持續(xù)步驟中獲得了活化能信息。活化能在多個單體納米催化劑中的具有廣泛分布的特點，表明單體納米催化劑間存在巨大的靜態(tài)異質(zhì)性。在單顆粒水平上，催化反應中的補償效應和等動關(guān)系也能夠被觀察到。該項研究成果為其他的功能化單分子納米催化反應和多相催化反應提供了一些重要的理解。

文獻鏈接：Single-Molecule Nanocatalysis Reveals Catalytic Activation Energy of Single Nanocatalysts （J. Am. Chem. Soc., 2016,?DOI: 10.1021/jacs.6b05600）

4、上海交通大學：二維手性多孔共價有機框架（COFs）的多相不對稱催化

圖4 合成過程原理及所得COFs結(jié)構(gòu)示意圖

近日，上海交通大學化學化工學院的崔勇（通訊作者）和劉燕（通訊作者）團隊使用對映異構(gòu)體二甲醇和4,4′-二胺交聯(lián)劑，成功合成了具有手性功能的二維嵌段式共價有機框架（COFs）。經(jīng)結(jié)構(gòu)表征和計算機模擬后發(fā)現(xiàn)，該種CCOF材料具有雙重的互穿型網(wǎng)格。通過對帶有Ti(O`Pr)4的二甲醇單元的手性二羥基組進行后改性，材料成為具有高對映選擇性的二乙基鋅對醛的不對稱加成的非均相催化劑。該研究將會為創(chuàng)造新型多孔材料拓寬材料設計與工程的范圍。

文獻鏈接：Homochiral 2D Porous Covalent Organic Frameworks for Heterogeneous Asymmetric Catalysis （J. Am. Chem. Soc., 2016, ?DOI: 10.1021/jacs.6b07714）

5、廈門大學：通過離子配對法不對稱合成手性雙金屬納米團簇[Ag₂₈Cu₁₂(SR)₂₄]^4?

圖5 BCNC和BCDC的結(jié)構(gòu)差異示意圖與相應圓二色譜圖

近日，廈門大學化學化工學院的鄭南峰（通訊作者）和Boon K. Teo（通訊作者）合作報道了一種利用離子配對法首次不對稱合成了手性雙金屬納米團簇[Ag₂₈Cu₁₂(SR)₂₄]^4?，質(zhì)譜測試顯示在陰陽離子團簇之間具有相對較強的離子配對相互作用。進一步的研究表明，光學活性的旋光對映體[Ag₂₈Cu₁₂(SR)₂₄]^4?的直接不對稱合成是通過使用團簇中適當?shù)氖中凿@陽離子（例如，N-benzylcinchoninium和N-benzylcinchonidinium）實現(xiàn)的。這項以離子配對使對映體分離和使用了手性抗衡方式實現(xiàn)直接不對稱合成的簡潔方案，可能會成為制備手性金屬納米顆粒的一般性方法。

文獻鏈接：Asymmetric Synthesis of Chiral Bimetallic [Ag₂₈Cu₁₂(SR)₂₄]^4?Nanoclusters via Ion Pairing （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b08100）

6、南開大學： Zn（CF₃SO₃）₂為電解質(zhì)的Zn離子電池中的陽離子型尖晶石LiMn₂O₄負極研究

圖6Zn離子電池中在ZnMnO尖晶石負極中的充放電原理示意圖

近日，據(jù)南開大學化學系的程方益（通訊作者）團隊報道，他們成功證明了陽離子型缺陷ZnMn₂O₄尖晶石能夠作為一種新型負極材料用于水溶性Zn離子二次電池之中。在以Zn(CF₃SO₃)₂為電解質(zhì)的情況下，所得ZMO/C含有非常豐富的空位陽離子，在電流密度為50 mA/g下呈現(xiàn)出高達150 mAh/g能量密度。該項研究同時表明，從二元過渡金屬氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)閺秃霞饩趸镆约半娊赓|(zhì)鹽的使用包括笨重的陰離子（如CF₃SO₃^-），也許能夠為發(fā)展高安全性、低成本和環(huán)保型的水溶性Zn離子二次電池打開一個新的途徑。

文獻鏈接：Cation-Deficient Spinel ZnMn₂O₄Cathode in Zn(CF₃SO₃)₂Electrolyte for Rechargeable Aqueous Zn-Ion Battery （J. Am. Chem. Soc., 2016, ?DOI: 10.1021/jacs.6b05958）

7、北京大學：無氫化學氣相沉積法實現(xiàn)亞微米級單壁碳納米管陣列的選擇性生長

圖7 無氫CVD法實現(xiàn)SWNT選擇性生長的原理示意圖

近日，北京大學化學與分子工程學院的張錦（通訊作者）團隊報道了一種神奇的選擇性生長單壁碳納米管（SWNT）陣列的方法，得到的陣列在石英表面的密度為0.3—0.5 tubes/μm，約84%的直徑在0.75—0.95 nm之間。進一步的實驗和分析表明小尺寸的Mo催化劑選擇性成核可以通過在無氫CVD中使用低的碳源供給速率短時間內(nèi)的生長來實現(xiàn)。更進一步來說，這種方法可以為小尺寸SWNT陣列以窄化的手性分布的選擇性生長用于藍寶石上。這項成果為SWNTs的選擇性生長機理提供了更多有價值的思路，同時也可以發(fā)展為一種一般性的合成其他結(jié)構(gòu)可控的一維納米材料的方法。

文獻鏈接：Selective Growth of Subnanometer Diameter Single-Walled Carbon Nanotube Arrays in Hydrogen-Free CVD （J. Am. Chem. Soc., 2016,?DOI: 10.1021/jacs.6b06477）

8、托萊多大學&東南大學：氟代甲脒碘化錫與甲基碘化鉛結(jié)合法構(gòu)建高效低帶隙鈣鈦礦太陽能電池

圖8 該種鈣鈦礦太陽能電池的縱向SEM圖和J—V曲線圖

近日，美國托萊多大學的Yanfa Yan（通訊作者）、Dewei Zhao（通訊作者）和東南大學的熊仁根（通訊作者）報道，他們團隊開發(fā)了一種新型的FASnI₃和MAPbI₃結(jié)合型前驅(qū)體。該種前驅(qū)體可以用于制備高質(zhì)量的混合型Pb—Sn低帶隙鈣鈦礦薄膜，并能夠用于構(gòu)建高效低帶隙混合型Sn—Pb鈣鈦礦太陽能電池。其中，性能最好的電池的帶隙只有約1.2 eV，并實現(xiàn)了功率轉(zhuǎn)換效率（PCE）15%，遠高于之前報道的類似帶隙寬度的鈣鈦礦太陽能電池的效率。這就為低帶隙、高轉(zhuǎn)換效率以及高可重復性的鈣鈦礦太陽能電池研究提供了新的思路。

文獻鏈接：Fabrication of Efficient Low-Bandgap Perovskite Solar Cells by Combining Formamidinium Tin Iodide with Methylammonium Lead Iodide （J. Am. Chem. Soc., 2016, ?DOI: 10.1021/jacs.6b08337）

9、中科院北京理化技術(shù)研究所：有機鉑（II）金屬環(huán)的多級自組裝反應——具有導通熒光性的TMV合成物

圖9 棒狀煙草花葉病毒TMV與有機鉑（Ⅱ）金屬環(huán)作用示意圖

近日，中國科學院北京理化技術(shù)研究所的牛忠偉（通訊作者）和美國猶他大學的Peter J. Stang（通訊作者）合作報道了他們的最新成果。他們首次描述了棒狀煙草花葉病毒TMV與離散四苯乙烯（TPE）有機鉑（Ⅱ）金屬環(huán)通過靜電作用進行多級自組裝的機制。這種病毒可以通過與一個正電荷分子“膠”之間的多重靜電相互作用組裝成三維微米尺寸的超結(jié)構(gòu)，即一個四苯乙烯（TPE）基的離散有機鉑(II)金屬環(huán)錯合物（TPE-Pt-MC）。該項研究成果在動態(tài)光學材料或生物填料的研究中具有非常客觀的吸引力。

文獻鏈接：Hierarchical Self-Assembly of Responsive Organoplatinum(II) Metallacycle–TMV Complexes with Turn-On Fluorescence （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b07402）

10、復旦大學：膠束融合-聚集裝配法制備用于超靈敏氨氣傳感器的有序介孔碳材料

圖10 OMCs的形貌以及用于傳感器時的性能測試結(jié)果

近日，復旦大學鄧勇輝（通訊作者）和趙東元（通訊作者）團隊提出了一種溶劑揮發(fā)誘導膠束聚集與自組裝結(jié)合的新型方法，成功制備了具有二維（2D）六方介孔結(jié)構(gòu)及獨特屈曲大孔結(jié)構(gòu)的有序介孔碳（OMCs）。所得有序介孔碳材料具有纖維狀結(jié)構(gòu)，高達571—880 m²/g的比表面積、0.54 cm³/g的孔體積以及豐富的活性位點。基于該種材料的氣體傳感器在對NH₃的靈敏度檢測中表現(xiàn)出非常優(yōu)異的檢測靈敏性能，低溫下快速響應（<2 min）、超低的檢出限（<1 ppm）以及較好的選擇性。該項研究成果在便攜式微型氨傳感器件中具有非常好的應用前景。

文獻鏈接：A Micelle Fusion–Aggregation Assembly Approach to Mesoporous Carbon Materials with Rich Active Sites for Ultrasensitive Ammonia Sensing （J. Am. Chem. Soc., 2016, DOI: 10.1021/jacs.6b07355）

本文由材料人編輯部學術(shù)組Carbon供稿，材料牛編輯整理。

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