學術頂級期刊Advanced Materials2016年9月材料前沿科研成果十大精選新鮮出爐：中科院化學所等—可使聚合物太陽能電池效率超過12%的頂刊動態能量水平調制型小分子電子受體；北航—RuO2/CNT幫助提高Li–O2電池陰極表面Li2O2的產生與沉積；北京大學—CuSCN孔導體和鈣鈦礦層共沉淀簡化鈣鈦礦太陽能電池制備；中科院化學所—S/(G-GCNs)，致力提高Li-S電池的頂刊動態新武器；中科院理化所—半導體光催化中碳量子點的巧妙應用；南開大學—rGO–S復合薄膜—Li-S電池發展的潛力股；中科院深圳先進院—pAl/C—提高雙離子電池特性新方案；電子科技大學&國立清華大學—有效催化析氫反應的核-殼狀3D多級MoSe2/Mo；中山大學—具高催化活性的八足納米架誕生；哈爾濱工業大學—具有超彈性和可調泊松比行為的自然干燥石墨烯氣凝膠。下面就讓我們一起走進曼妙的頂刊動態材料前沿成果吧。
1、頂刊動態中科院化學所等—可使聚合物太陽能電池效率超過12%的頂刊動態能量水平調制型小分子電子受體
圖1 電子受體的結構與性能測試
中科院化學所的侯劍輝（通訊作者）和北卡羅萊納州立大學的Harald Ade（通訊作者）等人通過在小分子受體強吸電子的端基處（SMAs）進行細微的化學調制，成功實現對SMAs能量水平的頂刊動態調控。對兩種新型SMAs（IT-M和IT-DM）的頂刊動態端基，1-1-氰乙烯基處進行甲基修飾，頂刊動態進一步降低了空分子軌道的頂刊動態能量水平，相應的頂刊動態會觀測到較高的開路電壓。最終聚合物太陽能電池實現12.05%的頂刊動態最高能量轉換效率。
文獻鏈接：Energy-Level Modulation of Small-Molecule Electron Acceptors to Achieve over 12% Efficiency in Polymer Solar Cells（Adv. Mater.，頂刊動態2016，頂刊動態DOI: 10.1002/adma.201602776）
2、頂刊動態北航—RuO2/CNT幫助提高Li–O2電池陰極表面Li2O2的頂刊動態產生與沉積
圖2RuO2/CNT的制備及性能表征
北航張瑜（通訊作者）的研究團隊等在Adv. Mater.上帶來新的研究成果，制備出高穩定，無粘性表面的RuO2/CNT陰極，可極大提高Li-O2電池中表面誘導、溶劑調制、微米級的放電產物Li2O2的產生與沉積。因而顯著提高了電池的比容量、過電位和循環壽命。這個研究方向將幫助我們理解陰極表面是如何控制Li-O2的電化學活性。
文獻鏈接：Cathode Surface-Induced, Solvation-Mediated, Micrometer-Sized Li2O2 Cycling for Li–O2 Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603454）
3、北京大學—CuSCN孔導體和鈣鈦礦層共沉淀簡化鈣鈦礦太陽能電池制備
圖3 設備結構及能帶圖
由北京大學化學與分子工程學院劉志偉、卞祖強（共同通訊作者）領導的科研團隊，首次在鈣鈦礦前體處理中采用低成本無機孔導體CuSCN作為孔傳輸添加劑，并通過一步法直接旋轉涂覆CuSCN與MAPbI3-xClx（MA= CH3NH3）的混合前體溶液，成功共沉淀出孔導體和鈣鈦礦層，從而簡化了鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝。并通過參數優化，最終獲得最大18.1%的PCE，以及零滯后的J-V曲線。
文獻鏈接：A Strategy to Simplify the Preparation Process of Perovskite Solar Cells by Co-deposition of a Hole-Conductor and a Perovskite Layer（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603850）
4、中科院化學所—S/(G-GCNs)，致力提高Li-S電池的新武器
圖4S/(G-GCNs)復合材料的制備示意圖
中科院化學所的郭玉國研究員（通訊作者）等人證實具sp2雜化碳的石墨烯骨架和石墨碳納米籠（G-GCNs）結構是作為Li-S電池中S的理想宿主體。因其充當了一個高效的電化學納米反應器和聚硫化物儲箱。得到的攜帶高S含量的S/(G-GCNs)復合材料表現出極佳的高倍率放電性能（5 C下765 mA h g-1）及超過1000次的長循環壽命。
文獻鏈接：Sulfur Encapsulated in Graphitic Carbon Nanocages for High-Rate and Long-Cycle Lithium–Sulfur Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201602913）
5、中科院理化所—半導體光催化中碳量子點的巧妙應用
圖5 CDs在多種光催化領域的應用
近年來，碳量子點（CDs）在作為新一代非金屬光催化劑展現了其無限潛力，表現出類半導體的光電性。因其合成簡單、結構特殊、成分可控、表面易功能化、優異的電子傳輸效率及可調節的光吸收頻率等優點，在多種光電化學和光催化領域表現出極佳的性能。近期，中科院理化所張鐵銳（通訊作者）等人在Adv. Mater.上發表綜述，介紹了CDs基的光催化劑的合理設計及在光催化環境修復、水解離、CO2還原及有機合成等方面的最新進展。
文獻鏈接：Smart Utilization of Carbon Dots in Semiconductor Photocatalysis（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201602581）
6、南開大學—rGO–S復合薄膜—Li-S電池發展的潛力股
圖6 rGO–S復合薄膜的制備及表征圖示
南開大學的牛志強（通訊作者）等人同步的在金屬表面還原并組裝GO薄片和S納米顆粒，制備出柔性的還原氧化石墨烯-硫（rGO–S）復合薄膜。這種復合薄膜的納米結構不僅為電子傳輸提供了有效的通道，而且還抑制了聚硫化物的擴散。進一步的，rGO–S復合薄膜可作為柔性Li-S電池的陰極材料并在該領域大展身手。
文獻鏈接：Reduced Graphene Oxide–Sulfur Composite for High-Performance Lithium–Sulfur Batteries with Unconventional Configurations（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201602262）
7、中科院深圳先進院—pAl/C—提高雙離子電池特性新方案
圖7 pAl/C陽極材料的制備圖示
中科院深圳先進院唐永炳（通訊作者）帶領的研究團隊制備出具碳層包覆的3D多孔Al箔（pAl/C），可用作雙離子電池（DIB）的陽極和集流器。構成的pAl/C-石墨DIB經測試表現出優異的循環穩定性和高倍率特性，在2C，超過3.0-4.95V的電壓范圍內，經1000次循環后，依然表現出較高的可逆容量，達到93 mAh g-1。另外，在3084W kg-1的大功率密度下，這種DIB可達到大約204 mAh g-1的能量密度。
文獻鏈接：Carbon-Coated Porous Aluminum Foil Anode for High-Rate, Long-Term Cycling Stability, and High Energy Density Dual-Ion Batteries（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603735）
8、電子科技大學&國立清華大學—有效催化析氫反應的核-殼狀3D多級MoSe2/Mo
圖8 核-殼狀3D多級MoSe2/Mo的制備及在析氫反應中電荷轉換圖示
電子科技大學的王志明教授（通訊作者）和國立清華大學闕郁倫（通訊作者）帶領研究團隊首次制備出核-殼狀3D多級的MoSe2/Mo納米結構，這是在3D雜化Mo納米結構基礎上，通過低溫等離子輔助的硒化過程，并利用掠射角沉積系統控制形貌生長獲得材料。這種材料在催化析氫反應表現出優異的催化活性，從而推動清潔能源的發展。
文獻鏈接：Wafer Scale Phase-Engineered 1T- and 2H-MoSe2/Mo Core–Shell 3D-Hierarchical Nanostructures toward Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution Reaction（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201602697）
9、中山大學—具高催化活性的八足納米架誕生
圖9 OFAs制備結構圖示
中山大學沈培康教授（通訊作者）的研究團隊通過溫和的一步合成法，合成了由3D催化表面及多活性面組成原子尺度的八足納米架結構（OFA）。基于一定的原料配比和通用的手段，合成了復雜的納米架。所合成的PtCu OFAs在氧還原反應中表現出出乎意料的高活性及穩定性，并且可以按比例提高其質量。
文獻鏈接：Atomic-Scale Preparation of Octopod Nanoframes with High-Index Facets as Highly Active and Stable Catalysts（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201601687）
10、哈爾濱工業大學—具有超彈性和可調泊松比行為的自然干燥石墨烯氣凝膠
圖10 石墨烯氣凝膠制備及性能表征
哈爾濱工業大學的徐翔（通訊作者）和李惠教授（通訊作者）等人通過加強樣品初始框架的剛度和減少溶劑蒸發毛細管壓力，使制備過程中不發生明顯的體積收縮或結構開裂，從而實現石墨烯氣凝膠自然干燥。得到的自然干燥石墨烯氣凝膠（NDGA）表現出了優良的性能，包括超大可逆壓縮率（99%）、高的電導率（≈1.3S?cm-1）、低的熱導率（0.018Wm-1 K-1）和大范圍的可調泊松比行為（?0.3＜μ＜0.46）。這種廉價、高效、簡單、大規模的制備方法，將擴大高性能石墨烯氣凝膠（GA）的商業化生產，并進一步推動石墨烯材料在軟驅動器、柔性電子器件、傳感器、藥物釋放、熱絕緣體及防護材料等方面的應用。
文獻鏈接：Naturally Dried Graphene Aerogels with Superelasticity and Tunable Poisson's Ratio（Adv. Mater.，2016，DOI：10.1002/adma.201603079）
以上列舉的僅為Adv. Mater. 期刊9月份材料前沿科研成果的代表，由于篇幅所限，還有不少優秀成果沒有列入。整理過程中難免存在疏忽，還望各位讀者諒解并誠摯歡迎大家提出寶貴的意見/建議。
本文由材料人編輯部學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。
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