《自然》《科学》一周(8.13-8.19)材料科学前沿要闻(共8页).docx

精选优质文档-倾情为你奉上1. 用于脱盐的 3D 打印聚酰胺膜材料名称：聚酰胺薄膜 研究团队：美国康涅狄格大学 Jeffrey R. McCutcheon 研究组原标题：3D printed polyamide membranes for desalination聚酰胺的厚度和粗糙度已被确定为影响复合膜反渗透性能的关键属性。传统的构造方法缺乏以高分辨率或高精度独立控制这些属性的能力。Chowdhury 等人提出了一种添加剂方法，使用电喷雾将单体直接沉积在基材上，在基材上它们反应形成聚酰胺。液滴的微小尺寸加上单体的低浓度使得聚酰胺薄膜比传统的聚酰胺更光滑且更薄，而且这种添加方法的性质使得能够控制其厚度和粗糙度。形成的聚酰胺薄膜的厚度可控制至 4 纳米增量，粗糙度低至 2 纳米，同时相对于商业基准薄膜仍具有良好的选择渗透性。（Science DOI: 10.1126/science.aar2122） 2. 具有动态可旋转异质结构的可扭卷电子器件材料名称：氮化硼封装的石墨烯 研究团队：美国哥伦比亚大学 Cory R. Dean 研究组原标题：Twistable electronics with dynamically rotatable heterostructures在二维材料的异质结构中，电子特性可以随着相对层间角度的变化而显着变化。这种效果使得理论上可以实现一类新的可扭卷电子器件，并可以通过旋转来按需求操纵特性。Ribeiro-Palau 等人展示了一种器件架构，其中分层异质结构可以原位动态扭卷。 研究了氮化硼封装的石墨烯，其中在小旋转角度下，器件特性通过耦合到长波长 Moiré 超晶格来主导。在单个装置中研究任意旋转角度的这一能力，揭示了在静态旋转研究中未捕获的该系统中的光学、机械和电子响应的特征。该研究结果确立了制造具有动态可调属性的可扭卷电子器件的能力。（Science DOI: 10.1126/science.aat6981） 3. 用于催化氧化 C-H 键的支架铜材料名称：铜组氨酸研究团队：美国圣路易斯华盛顿大学 William B. Tolman 和英国约克大学 Paul H. Walton 研究组原标题：Bracing copper for the catalytic oxidation of CH bonds在一些铜蛋白的活性位点中发现的结构单元（即组氨酸支架），是由 N-末端的组氨酸组成的，其通过氨基末端 NH2 和咪唑侧链的 -N 与单个铜离子相螯合。通过另一组氨酸侧链的 -N 完成配位，以在铜离子处形成总体 N3 T-形配位。组氨酸支架出现在多种蛋白质中，包括溶解性多糖单加氧酶 LPMOs 和颗粒甲烷单加氧酶 pMMO，两者都催化具有强 C-H 键的底物氧化（键解离焓约 100 kcal·mol-1）。因此，铜组氨酸支架是研究的焦点，旨在了解自然如何催化未活化的 C-H 键的氧化。Ciano 等人评估了这些研究，这些研究进一步为配位化学家提供了生物学上的指导方向，用于设计和制备小分子铜氧化催化剂。（Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0110-9） 4. 量子衍生计算成像材料名称：量子衍生计算成像研究团队：英国格拉斯哥大学 Daniele Faccio 研究组原标题：Quantum-inspired computational imaging计算成像结合了测量和计算方法，即使在测量条件较弱、数量较少或非直接时也能形成图像。最近量子衍生成像传感器的大量涌现，再加上允许片上、可扩展和强大数据处理的新一波算法，引起了低光通量成像和传感领域取得的显著成果激增。Altmann 等人概述了低照度成像（例如超快速成像）中遇到的主要挑战，以及最近如何针对极端条件下的成像应用解决这些问题。这些方法为待开发的未来成像解决方案提供了示例，最佳结果预计将由传感器和数据分析工具的有效协同设计实现。（Science DOI: 10.1126/science.aat2298） 5. 通过铈光催化的甲烷、乙烷和高级烷烃的选择性官能化材料名称：铈盐 研究团队：上海科技大学左智伟研究组原标题：Selective functionalization of methane, ethane, and higher alkanes by cerium photocatalysis随着近来天然气产量的飙升，尽管仍有化学挑战性，但使用甲烷和其它轻质烃原料作为合成转化的起始材料开始在经济上变得越来越有吸引力。Hu 等人报导了在环境温度可见光照射下光催化 C-H 胺化、烷基化和甲烷、乙烷和高级烷烃的芳基化的发展。使用储量丰富、廉价的铈盐作为光催化剂，实现了高催化效率（甲烷的转化数高达 2900，乙烷的转化数为 9700）和选择性。配体到金属的电荷转移激发了由简单醇产生烷氧自由基，其又作为氢原子转移催化剂。混合相气/液反应适合于连续流动光化学反应，这使得能够在可扩展的光催化转化中高效地使用气态原料。（Science DOI: 10.1126/science.aat9750） 6. 拓扑网络生物衍生材料中的可调谐热传输和可逆热导率转换材料名称：拓扑网络生物衍生材料 研究团队：美国宾夕法尼亚州立大学 Melik C. Demirel 和 美国弗吉尼亚大学 Patrick E. Hopkins 研究组原标题：Tunable thermal transport and reversible thermal conductivity switching in topologically networked bio-inspired materials对固体中热传输特性的动态控制必定与声子本身是宽带的事实相竞争。因此，为实现可逆热导率转换所做的努力仅得到了并不大的开/关比，因为只有相对窄的声子谱部分会受到影响。Tomko 等人通过操纵原子振动的位移幅度，报导了水合后能够调节接近四分之一拓扑网络材料的热导率。并通过串联重复 DNA 序列改变基于鱿鱼齿环的生物聚合物的网络拓扑结构或交联结构，表明该热转换比可以被直接编程。这种导热开关的开/关比比目前最先进的热开关大三倍，从而可以设计具有热动态响应的导热生物材料。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0227-7） 7. 调节电解质网络结构来引起准固态硫转化并抑制 Li-S 电池中的锂枝晶形成材料名称：Li-S 电池研究团队：加拿大滑铁卢大学 Linda F. Nazar 研究组原标题：Tuning the electrolyte network structure to invoke quasi-solid state sulfur conversion and suppress lithium dendrite formation in Li-S batteries由于硫和锂金属电极具有高能量密度，使得锂-硫电池有望作为传统锂离子技术的替代品。已经证明了具有更长的寿命，但要实现其全部潜力仍然存在两个显着的挑战：克服统治了大多数电池构型的阴极电解质型机制必要但不希望有的高电解质/硫比，并抑制锂枝晶生长及其与电解质的寄生反应（导致电池降解）。Pang 等人证明了通过调整电解质结构，可以同时解决两个电极的挑战。具体来说，在低溶剂活性和延长电解质网络的存在下，硫形态通路从溶解-沉淀途径转变为准固态转化，从而减少了对高电解质体积的需求。从头计算揭示了网络结构的本质。通过这种优化的结构，电解质可以允许无枝晶的锂电镀的实现，并且与锂的寄生反应减少了 20 倍，从而避免了电解质消耗并大大延长了低电解质/硫（5l·mg-1）硫电池的使用寿命。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0214-0） 8. 原子级超薄 Fe3GeTe2 中的二维流动铁磁性材料名称：Fe3GeTe2 研究团队：美国华盛顿大学 Jiun-Haw Chu 和 Xiaodong Xu 研究组原标题：Two-dimensional itinerant ferromagnetism in atomically thin Fe3GeTe2范德华（vdW）晶体中固有的二维（2D）铁磁性的发现，为研究基本二维磁性和采用局部自旋的器件提供了一个引人关注的舞台。然而，表现出固有 2D 流动磁性的可剥落 vdW 材料仍未出现。Fei 等人证明了 Fe3GeTe2（FGT），这种可剥落的 vdW 磁体，在稀薄成单层时表现出强大的 2D 铁磁性，且具有很强的垂直各向异性。层数相关性研究中，随着单层中居里温度（TC）从 207 K 快速下降到 130 K ，厚度小于 4 nm（5层）的 3D 到 2D Ising 铁磁性显示出了交叉。对于厚度大于 15nm 的 FGT 薄片，在中间温度范围内出现了明显的磁性特征，Fei 等人表明这是由于形成的复杂结构域图案造成的。该研究工作介绍了一种原子级薄的铁磁金属，可用于研究可控的二维流动铁磁性和工程自旋电子 vdW 异质结构。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0149-7）专心-专注-专业