納米材料前沿研究成果精選匯總一

1.Adv.Funct.Mater.: 氧化石墨烯新型納米復(fù)合材料

近日，來(lái)自日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所的Zheng-Ming Wang教授（通訊作者）報(bào)道了一種含有石墨烯氧化物(GO)和周期性介孔二氧化硅(PMS)的三明治型納米復(fù)合材料，并首次用同步輻射原位小角度X射線散射測(cè)量證實(shí)了GO和表面活性劑混合物中尺度有序結(jié)構(gòu)的存在。納米復(fù)合材料中PMS的通道深度和孔壁成熟度受硅酸四乙酯水解反應(yīng)時(shí)間的控制。通過(guò)改變烷基三甲基銨(CnTA +)模板的鏈長(zhǎng), 孔徑可以而在1-5nm的范圍內(nèi)變化，并且所有樣品都具有高比表面積。作者成功地從GO和PMS中構(gòu)建了一種新型的納米復(fù)合結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有均勻的孔隙、大的比表面積和孔體積，在吸附和催化劑領(lǐng)域具有更為廣闊的前景。

文獻(xiàn)鏈接：Sandwich-Type Nanocomposite of Reduced Graphene Oxide and Periodic Mesoporous Silica with Vertically Aligned Mesochannels of Tunable Pore Depth and Size(Adv.Funct.Mater., 2017, DOI:10.1002/adfm.201704066)

2.Adv.Funct.Mater.: 協(xié)同配體對(duì)混合納米結(jié)構(gòu)合成的影響機(jī)理研究

混合納米結(jié)構(gòu)(HN)材料，其設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于對(duì)選擇混合形成原理的理解，這不僅涉及到納米顆粒的尺寸與形狀，還關(guān)系到表面配體的界面現(xiàn)象。近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)楊明教授（通訊作者）報(bào)道了HN的形成機(jī)理，過(guò)組合實(shí)驗(yàn)和理論研究系統(tǒng)地解釋了HN形成中復(fù)雜的配體作用，成功建立了化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程中分子水平組織與納米尺度定位的聯(lián)系。研究結(jié)果表明，兩種“短”配體（檸檬酸鹽和沒(méi)食子酸）的存在可以誘導(dǎo)具有不同大小的Ag和CdxAg2-xS發(fā)生硫化作用來(lái)促使異二聚體的不斷形成;相比之下，當(dāng)僅存在檸檬酸鹽或沒(méi)食子酸時(shí)，形成核-殼結(jié)構(gòu)或偏心芯-殼結(jié)構(gòu)。

文獻(xiàn)鏈接:From Molecular-Level Organization to Nanoscale Positioning: Synergetic Ligand Effect on the Synthesis of Hybrid Nanostructures(Adv.Funct.Mater., 2017, DOI:10.1002/adfm.201703006）

3.Adv.Funct.Mater.: 耐疲勞生物石墨烯納米復(fù)合材料

近日，北京航空航天大學(xué)程群峰（通訊作者）報(bào)道了一種生物石墨烯復(fù)合材料(BGBN), 通過(guò)引入第二相誘導(dǎo)各種裂紋抑制機(jī)制，如裂紋釘扎，塑性變形，裂紋偏轉(zhuǎn)和裂紋橋接等，可以顯著提高石墨烯復(fù)合材料的抗疲勞性能。天然珍珠母由于在多個(gè)尺度上的復(fù)雜界面結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的斷裂韌性，因而可以有效抑制納米片平行和垂直方向上的裂紋擴(kuò)展。此外，BGBN還表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性，這為光電器件，超級(jí)電容器，納米發(fā)生器和致動(dòng)器等柔性電子器件的應(yīng)用提供了廣闊的前景。

文獻(xiàn)鏈接:Fatigue-Resistant Bioinspired Graphene-Based Nanocomposites(Adv.Funct.Mater., 2017, DOI:10.1002/adfm.201703459)

4.JACS: 金-鐵核殼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量活性的二氧化碳還原

近日，來(lái)自哈爾濱工業(yè)大學(xué)的王志江副教授和加州理工學(xué)院的William A. Goddard教授（共同通訊作者）報(bào)道了一種具有金-鐵核殼結(jié)構(gòu)的納米復(fù)合材料，能有效提高二氧化碳還原反應(yīng)的質(zhì)量活性。理論計(jì)算表明，與純金相比，金-鐵復(fù)合材料對(duì)應(yīng)的反應(yīng)中間體（-COOH）形成能更低，因此富有催化潛力。實(shí)驗(yàn)證明，在-0.4V條件下，金-鐵核殼結(jié)構(gòu)能將二氧化碳幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)镃O，極大地抑制了HER副反應(yīng)的發(fā)生。此外這種復(fù)合材料的質(zhì)量活性高達(dá)48.2 mA/mg，比純金催化劑高了近100倍。

文獻(xiàn)鏈接：Ultrahigh Mass Activity for Carbon Dioxide Reduction Enabled by Gold–Iron Core–Shell Nanoparticles(JACS, 2017, DOI:10.1021/jacs.7b09251)

5.ACS Nano: 多重圖案納米球刻蝕制備周期性3D分層納米結(jié)構(gòu)

3D可控的分層納米結(jié)構(gòu)在電子、生物、光學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但是其可擴(kuò)展制備仍然面臨巨大挑戰(zhàn)。近日，美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的Paul S. Weiss (通訊作者)等人提出了一種制備周期性3D分層納米結(jié)構(gòu)的通用方法——多重圖案納米球刻蝕(MP-NSL)，具有優(yōu)秀的可擴(kuò)展性和可調(diào)控性。MP-NSL用于周期性垂直陣列狀Si納米管的制備，可以實(shí)現(xiàn)3D納米尺度的控制，包括內(nèi)/外徑、高度/孔深度、坡度等；該方法也可以擴(kuò)展到其他周期性3D分層雜化納米結(jié)構(gòu)的制備和應(yīng)用于其他一系列基體。

文獻(xiàn)鏈接：Multiple-Patterning Nanosphere Lithography for Fabricating Periodic Three-Dimensional Hierarchical Nanostructures(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b05472)

 6.ACS Nano: 過(guò)渡金屬修飾的鋁納米晶

最近，高豐度的Al元素替代Au、Ag元素在等離激元中的應(yīng)用得到了廣泛關(guān)注，特別是Al納米晶與催化性金屬或金屬氧化物耦合形成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)十分有望作為等離激元光催化劑。近日，英國(guó)劍橋大學(xué)的Rowan K. Leary和美國(guó)萊斯大學(xué)Naomi J. Halas、Emilie Ringe(共同通訊作者)等人通過(guò)乙二醇中金屬鹽的還原和異質(zhì)成核成功在Al納米晶表面制備了Pt族(Ru、Rh、Pd、Ir和Pt)和Fe族(Fe、Co、Ni)納米顆粒。這些修飾的納米顆粒與Al納米晶耦合表現(xiàn)出了更強(qiáng)的光吸收和強(qiáng)烈的熱點(diǎn)產(chǎn)生，可作為等離激元光催化、表面增強(qiáng)光譜和量子等離激元的理想材料平臺(tái)。

文獻(xiàn)鏈接：Transition-Metal Decorated Aluminum Nanocrystals(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04960)

7.ACS Nano: 碳納米管的固有手性起源

闡明碳納米管手性起源是實(shí)現(xiàn)其潛在應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，流行的觀點(diǎn)認(rèn)為催化劑結(jié)構(gòu)是碳納米管手性的起源。近日，本田研究院美國(guó)公司Avetik R. Harutyunyan(通訊作者)等人采用液態(tài)Ga滴催化碳納米管(CNTs)的生長(zhǎng)，排除了催化劑特征的影響來(lái)研究CNTs的手性起源，并和固態(tài)Ru納米顆粒做催化劑進(jìn)行了對(duì)比。經(jīng)過(guò)不同手性豐度的分析，他們認(rèn)為CNTs的手性選擇是碳原子簇固有偏好和催化劑誘導(dǎo)共同作用的結(jié)果。研究結(jié)果有助于CNTs生長(zhǎng)理論的構(gòu)筑，也為特定手性CNTs的合成提供了一種可能的途徑。

文獻(xiàn)鏈接：Intrinsic Chirality Origination in Carbon Nanotubes(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b03957)

8.ACS Nano: 手性無(wú)巰基羧酸功能化CdSe量子點(diǎn)：解密配體誘導(dǎo)手性的結(jié)構(gòu)要求

手性半胱氨酸衍生物通過(guò)相轉(zhuǎn)移配體交換進(jìn)行膠體量子點(diǎn)(QDs)的修飾是一種簡(jiǎn)單而有效的合成手性光學(xué)活性QDs的方法。近日，美國(guó)新罕布什爾大學(xué)Krisztina Varga、懷俄明大學(xué)Jan Kubelka和韓國(guó)延世大學(xué)Milan Balaz(共同通訊作者)等人采用無(wú)巰基的手性羧酸覆蓋配體(L-和D-蘋果酸和酒石酸)成功實(shí)現(xiàn)了CdSe QDs中手性的誘導(dǎo)，并研究了誘導(dǎo)產(chǎn)生手性和光活性的機(jī)理。研究結(jié)果拓寬了對(duì)膠體QDs中配體誘導(dǎo)手性產(chǎn)生的認(rèn)識(shí)，有助于手性半導(dǎo)體納米材料的“量身定制”。

文獻(xiàn)鏈接：CdSe Quantum Dots Functionalized with Chiral, Thiol-Free Carboxylic Acids: Unraveling Structural Requirements for Ligand-Induced Chirality(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b03555)

9.ACS Nano: 病毒納米顆粒的結(jié)晶、重入熔化和再增溶

原子或者小分子的結(jié)晶是非常清晰的過(guò)程，但是結(jié)晶過(guò)程在納米顆?；蛘叽蠓肿又袇s難以預(yù)測(cè)。通過(guò)多價(jià)離子控制病毒納米顆粒形成一系列3D超分子結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)藥、生物傳感、生物納米材料和催化劑等領(lǐng)域具有廣泛的研究興趣。近日，以色列耶路撒冷希伯來(lái)大學(xué)Uri Raviv(通訊作者)等人觀察了野生猴病毒40(wt-SV 40)納米顆粒在MgCl2溶液中的緩慢透析行為，研究了其結(jié)晶、重入熔化和再增溶過(guò)程和機(jī)理。熱力學(xué)模型分析顯示Mg2+的熵是整個(gè)過(guò)程的主要驅(qū)動(dòng)力。

文獻(xiàn)鏈接：Crystallization, Reentrant Melting, and Resolubilization of Virus Nanoparticles(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b03131)

10.Adv.Funct.Mater.: 量子點(diǎn)發(fā)光二極管（QLED）摻雜的NiO膜作為空穴注入層（HIL）

PEDOT:PSS是目前量子點(diǎn)LED（QLED）中廣泛運(yùn)用的空穴注入材料。然而，PEDOT:PSS的吸濕性和酸性特征會(huì)導(dǎo)致銦錫氧化物(ITO)電極腐蝕從而嚴(yán)重的降低器件的穩(wěn)定性。相比于有機(jī)材料的器件，無(wú)機(jī)界面緩沖層具有更高的熱穩(wěn)定性，而且，溶液過(guò)程的金屬氧化物薄膜作為界面緩沖層因其與QD層更好的界面相容性通常比通過(guò)真空沉積制備的金屬氧化物塊體薄膜更有效。近日，上海大學(xué)楊旭勇（通訊作者）等人提出了一種金屬摻雜NiO薄膜的策略提高QLEDs的效率和穩(wěn)定性：他們采用Li、Mg、Cu分別做為摻雜元素，結(jié)果顯示，Cu:NiO HIL基的器件相比于采用PEDOT:PSS的器件表現(xiàn)出更加優(yōu)良的性能，器件的最大電流效率和內(nèi)量子效率分別達(dá)到了45.7 cd A?1和10.5%， 這是迄今為止所報(bào)道的無(wú)PEDOT: PSS的 QLEDs最高值，與此同時(shí),器件表現(xiàn)出在5000 cd?2初始亮度下87h的半衰期時(shí)間,比PEDOT:PSS基器件要長(zhǎng)4倍。這項(xiàng)工作為高性能穩(wěn)定的QLED器件提供了PEDOT:PSS的替代品。

文獻(xiàn)鏈接：High-Effciency and Stable Quantum Dot Light-Emitting Diodes Enabled by a Solution-Processed Metal-Doped Nickel Oxide Hole Injection Interfacial Layer(Adv.Funct.Mater., 2017, DOI: 10.1002/adfm.201704278)

11.Adv.Funct.Mater.: 熱控乳液自組裝有序量子點(diǎn)（QD）超微粒子用于光降解和太陽(yáng)能光催化

隨著納米粒子自組裝的發(fā)展，一個(gè)主要的問(wèn)題是超晶體結(jié)構(gòu)是否能產(chǎn)生集體性質(zhì)，如相鄰的納米晶之間的耦合，三維空間中激子離域?qū)崿F(xiàn)能帶式的電子傳輸。一般來(lái)說(shuō)，納米晶體的表面具有有機(jī)配體絕緣層鈍化，阻礙鄰近的電子轉(zhuǎn)移并在納米顆粒自組裝過(guò)程中形成墻，配體去除或者交換對(duì)于促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移是一種可行的策略，但通常會(huì)改變表面態(tài)，導(dǎo)致性能改變或無(wú)法控制的團(tuán)聚。近日，中科院化學(xué)所王鐵（通訊作者）團(tuán)隊(duì)通過(guò)熱控制的仿真自組裝，獲得了具有良好的超晶格域的三維超晶格。超晶格間的粒子間距縮小了≈0.3 nm,有機(jī)配體在納米顆粒表面,有利于克服電子轉(zhuǎn)移勢(shì)壘。有序緊密的超晶格可以促進(jìn)CdSSe量子點(diǎn)之間的耦合和電子能量轉(zhuǎn)移，因此,QD超晶格與單個(gè)QDs相比具有不同的光學(xué)性質(zhì)和增強(qiáng)的光電特性。

文獻(xiàn)鏈接：Ordered Superparticles with an Enhanced Photoelectric Effect by Sub-Nanometer Interparticle Distance(Adv.Funct.Mater.，2017，DOI/10.1002/adfm.201701982)

12.Adv.Funct.Mater.: 1D或2D多孔Mo2C納米結(jié)構(gòu)的合成與產(chǎn)氫應(yīng)用

過(guò)渡金屬碳化物(TMCs)是一大類材料，包括Mo2C,WC,Ti2C3,NbC,NiC3等，由于良好的熱穩(wěn)定性，高電導(dǎo)率，機(jī)械性能，超導(dǎo)性能等，在各種領(lǐng)域中有潛在的應(yīng)用，如儲(chǔ)能，環(huán)境治理。TMCs在催化方面也很有前景，因?yàn)樗鼈兊拇呋阅芸梢耘c貴金屬媲美，也可以作為貴金屬催化劑的支撐支架。值得一提的是，Mo2C由于產(chǎn)氫反應(yīng)的低成本和高活性而引起不少人關(guān)注。近日，華中科技大學(xué)黃亮（通訊作者）等人提出了一種可控合成Mo2C多孔納米結(jié)構(gòu)的方法，包括2D納米片材料和1D納米線。該方法通過(guò)碳化鈷或鋅 (MOF) (ZIF-67或ZIF-8)并在高溫下添加MoO3納米片或納米線，這些結(jié)構(gòu)在很大程度上保留了前體形態(tài)，由此產(chǎn)生周期性地多孔納米結(jié)構(gòu)。多孔Mo2C可以提供大量的活性區(qū)域。例如, 2D Mo2C納米片在一個(gè)大的pH范圍內(nèi)的產(chǎn)氫反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)良的催化性能 (0.1 M HClO4 and 0.1 M KOH),包括一個(gè)低起始電位(η= 25 和36 mV vsRHE),小的塔菲爾斜率(40 和 47 mV dec?1),和良好的的穩(wěn)定。

文獻(xiàn)鏈接：Structure Confned Porous Mo2C for Effcient Hydrogen Evolution(Adv.Funct.Mater.，2017，DOI/ 10.1002/adfm.201703933)

13.ACS Nano: 利用?近零的雙曲超材料進(jìn)行等離激元刻蝕

迄今，光刻蝕仍是半導(dǎo)體工業(yè)最廣泛使用的圖案技術(shù)，但是其分辨率受到光衍射的嚴(yán)重限制，因此應(yīng)用雙曲超材料(HMMs)來(lái)提升其分辨率得到了廣泛關(guān)注。近日，美國(guó)密歇根大學(xué)L. Jay Guo(通訊作者)等人采用了一種介電常數(shù)切向分量(?||)趨于零的II型HMM(Al/Al2O3多層結(jié)構(gòu))實(shí)現(xiàn)了周期性重復(fù)圖案的等離激元刻蝕。這是因?yàn)樵摬牧暇哂懈叨雀飨虍愋裕辉试S一種等離激元模式(?近零的HMM作為核)在波導(dǎo)體系中水平傳播?；谠撔再|(zhì)，這種刻蝕體系也可擴(kuò)展到其他金屬和其他波長(zhǎng)的光。

文獻(xiàn)鏈接：Plasmonic Lithography Utilizing Epsilon Near Zero Hyperbolic Metamaterial(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b03584)

14.ACS Nano: 微波增強(qiáng)納米金屬自催化生長(zhǎng)

實(shí)現(xiàn)重要工業(yè)納米材料的高效合成必然要求對(duì)生長(zhǎng)機(jī)理的深入了解，從而選擇適宜的現(xiàn)代合成手段，如微波合成。微波合成可以提高合成速率和產(chǎn)物品質(zhì)，但是其作用機(jī)理和微波場(chǎng)的影響卻知之甚少。近日，美國(guó)佛羅里達(dá)州立大學(xué)Geoffrey F. Strouse(通訊作者)等人分別采用微波場(chǎng)和傳統(tǒng)的自催化方法生長(zhǎng)金屬納米顆粒，并研究了微波在納米顆粒形核、生長(zhǎng)中的作用，顯示其仍然遵循經(jīng)典的Finke-Watzky模型，建立了生長(zhǎng)速率與微波功率之間的聯(lián)系。

文獻(xiàn)鏈接：Microwave Enhancement of Autocatalytic Growth of Nanometals(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04040)

15.ACS Nano: 離子液滴修飾氧化石墨烯制備高能量密度、高電壓超級(jí)電容器

研發(fā)高能量密度的石墨烯基超級(jí)電容器的一大難點(diǎn)是兼顧大的離子可接觸表面積(SSA)和高的電極密度。近日，加拿大滑鐵盧大學(xué)Michael A. Pope(通訊作者)等人開(kāi)發(fā)了一種離子液體/表面活性劑微乳液體系(EMImTFSI/t吐溫20/水)，可以實(shí)現(xiàn)離子液體微膠粒在氧化石墨烯(GO)表面的自發(fā)吸附，形成致密的GO/離子液體/表面活性劑納米復(fù)合膜，低溫?zé)崽幚砗螳@得rGO電極具有高的SSA，從而獲得了很高的質(zhì)量比電容(302F/g)和封裝密度(0.76g/cm3)，最終實(shí)現(xiàn)了非常優(yōu)異的體積比電容(室溫：144F/cm3，60℃：218F/cm3)。該電極制備方法簡(jiǎn)單易行，消除了超級(jí)電容器制造過(guò)程中來(lái)自電極方面的阻礙。

文獻(xiàn)鏈接：Decorating Graphene Oxide with Ionic Liquid Nanodroplets: An Approach Leading to Energy-Dense, High-Voltage Supercapacitors (ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b04467)

16.ACS Nano: 雙層圖法用于復(fù)雜環(huán)境下單壁碳納米管手性的精確測(cè)定

單壁碳納米管(SWNTs)的手性直接決定其結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，因此準(zhǔn)確而方便的測(cè)定其手性對(duì)納米管的研究與應(yīng)用至關(guān)重要。目前，研究者們主要采用Kataura法來(lái)進(jìn)行手性相關(guān)的研究，但是在復(fù)雜環(huán)境中難以方便而準(zhǔn)確地進(jìn)行手性測(cè)定。近日，北京大學(xué)楊娟(通訊作者)等人考慮到SMNTs與復(fù)雜環(huán)境的相互作用，提出了雙層圖法來(lái)精確測(cè)定SWNTs 的手性，比Kataura法更為簡(jiǎn)潔；可廣泛用于碳納米管手性相關(guān)的研究，特別是其方便、精確測(cè)定。

文獻(xiàn)鏈接：Bilayer Plots for Accurately Determining the Chirality of Single-Walled Carbon Nanotubes Under Complex Environments(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b05860)

17.ACS Nano: 單個(gè)納米顆粒的三維超高分辨成像

對(duì)納米顆粒進(jìn)行可控的3D定位對(duì)研究其構(gòu)效關(guān)系及應(yīng)用至關(guān)重要。近日，美國(guó)天普大學(xué)Katherine A. Willets(通訊作者)等人利用納米滴管和帶電基板實(shí)現(xiàn)了單個(gè)納米顆粒運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)時(shí)操控(平衡納米滴管壓力驅(qū)動(dòng)流的力和帶電基板的靜電吸引力)，并通過(guò)電阻脈沖電化學(xué)裝置、光學(xué)顯微鏡和超高分辨熒光成像實(shí)現(xiàn)了其運(yùn)動(dòng)軌跡的3D可視化(精度高達(dá)數(shù)十納米)，有望應(yīng)用于膠體納米顆粒表面圖案化和藥物輸運(yùn)等研究領(lǐng)域。

文獻(xiàn)鏈接：Three-Dimensional Super-resolution Imaging of Single Nanoparticles Delivered by Pipettes(ACS Nano, 2017, DOI: 10.1021/acsnano.7b05902)

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