1. 自然光驅(qū)動金屬有機框架從空氣中收集水
　?。╓ater harvesting from air with metal-organic frameworks powered by natural sunlight） 　　大氣中的水大約相當于地球上所有淡水資源中的 10％。但目前尚未開發(fā)出來能夠從空氣中，特別是低濕度水平（低至20％）的空氣中捕獲和輸送水分的有效方法。Kim 等人報導了基于多孔金屬-有機框架 801[Zr6O4（OH）4（富馬酸）6] 裝置（MOF）的設計和演示。他們設計的設備利用一個太陽光照（1千瓦/平方米）的低熱量自然光條件，從大氣中捕獲水。該設備不需要額外的能量輸入，在相對濕度低至 20％ 的情況下，每天每公斤 MOF 可以收集 2.8 升水。（Science DOI: 10.1126/science.aam8743）

　　2. 可充電3D-鎳鋅電池：一種能量密集且更安全的鋰離子電池替代品
　　(Rechargeable nickel-3D zinc batteries: An energy-dense, safer alternative to lithium-ion) 　　下一代高性能電池應該會比非水系鋰基電池更安全。水系鋅基電池可以應對這一挑戰(zhàn)，因為單片鋅海綿陽極可以在鎳-鋅堿性電池中循環(huán)數(shù)百到數(shù)千次，而不會發(fā)生鈍化或形成宏觀枝晶。Parker 等人證明，三維（3D）鋅的形狀因素提高了鎳-鋅堿性電池在三種使用領域中的性能：（i）在原（一次使用）電池中理論放電深度（DODZn） >90％，（ii）以與鋰離子相當?shù)谋饶芰亢?>40％ 的 DODZn 下超過 100 的次高速循環(huán)，（iii）能夠起停微型混合動力汽車所需要的數(shù)以萬計的循環(huán)工作次數(shù)。（Science DOI: 10.1126/science.aak9991）

　　3. 用于立體選擇性組裝前體藥物的多功能催化劑
　?。ˋ multifunctional catalyst that stereoselectively assembles prodrugs） 　　以手性磷為中心的化合物的催化立體選擇性合成迄今仍然是未解難題。目前的方法依賴于分辨率或化學計量的手性助劑。磷酰胺酸前體藥物是用于治療病毒性疾病和癌癥的核苷酸（ProTide）療法的關鍵部分。在這里，DiRocco等發(fā)展了催化立體選擇性方法，通過動態(tài)立體選擇性方法將磷立體衍生的亞磷酰胺安裝到核苷上。詳細的機理研究和計算建模促成了多功能催化劑的合理設計從而使得立體選擇性高達 99：1。（Science DOI: 10.1126/science.aam7936）

　　4. 金紅石 TiO2 納米晶體間特定方向的范德華吸引力
　?。―irection-specific van der Waals attraction between rutile TiO2 nanocrystals） 　　相互晶格取向決定了晶粒之間的力的類型和大小。當晶格極化率是各向異性時，范德華色散力原則上可以有助于這種方向依賴性。Zhang 等人報導了對金紅石納米晶體之間這個吸引力的測量，是它們相互取向和表面水合程度的函數(shù)。在幾十納米的分離處，吸引力很弱，并且不依賴于方位取向或表面水合。在大約一個水合層的分離處，吸引力強依賴于方位對準，并隨著水密度的增加而系統(tǒng)地降低。測量的力與 Lifshitz 理論的預測密切相符，并表明色散力可以在溶液中相互作用的顆粒以及材料中的顆粒之間產(chǎn)生扭矩。（Science DOI: 10.1126/science.aah6902）

　　5. 二維范德華晶體中的內(nèi)在鐵磁性
　?。―iscovery of intrinsic ferromagnetism in two-dimensional van der Waals crystals） 　　在二維范德華晶體中實現(xiàn)長程鐵磁有序，再結合其豐富的電子和光學性能，有可能促成新的磁、磁電和磁光應用。在二維系統(tǒng)中，根據(jù) Mermin-Wagner 定理，長程磁有序被熱波動強烈地抑制著；但這些熱波動可以通過磁各向異性來抵消。此前的研究主要基于缺陷和結構工程，或鄰近效應，僅在局部或外部引入磁響應。Gong 等人報導了由掃描磁光 Kerr 顯微鏡所揭示的本征 Cr2Ge2Te6 原子層的內(nèi)在長程鐵磁有序。在這種軟磁性的二維范德瓦爾鐵磁體中，利用非常小的磁場（小于0.3特斯拉），實現(xiàn)了對前所未有的過渡溫度（鐵磁性和順磁性狀態(tài)）的控制。該結果與三維狀態(tài)下的轉(zhuǎn)變溫度對磁場的不敏感性形成對比。Gong 等人發(fā)現(xiàn)小的施加場導致了有效的各向異性，遠大于接近零的磁晶各向異性，打開了一個大的旋波激勵帶隙。Gong 等人使用重歸一化自旋波理論來解釋觀察到的現(xiàn)象并得出結論，轉(zhuǎn)換溫度的異常場依賴性是二維軟鐵磁范德華晶體的標志。Cr2Ge2Te6 是理想的二維海森堡鐵磁體，因此將有助于研究基礎自旋現(xiàn)象，開辟如超緊湊型自旋電子學的新領域。（Nature DOI: 10.1038/nature22060）

　　6.背接觸硅異質(zhì)結太陽能電池
　?。⊿imple processing of back-contacted silicon heterojunction solar cells using selective-area crystalline growth） 　　對于晶體硅太陽能電池，通過鈍化接觸可以很容易地實現(xiàn)接近理論極限的電壓。相反，要想產(chǎn)生最大電流需要在太陽能電池背面集成電子和空穴接觸，從而使其正面避免任何陰影損失。最近，結晶硅單結太陽能電池效率的世界紀錄是通過將這兩種方法融入單一器件中實現(xiàn)的；但制造這類設備的復雜性引起了人們對其商業(yè)前景的擔憂。Tomasi 等人展示了一種接觸方法，大大簡化了背面接觸的硅太陽能電池的架構和制造。開發(fā)了等離子體工藝沉積的硅薄膜表面依賴性生長，來消除摻雜載流子聚集層中單一層的圖案化。然后，僅使用了一個對準步驟進行電極定義，便制造了出了一個 9cm2 隧道交叉背面接觸太陽能電池，轉(zhuǎn)換效率 >22.5％。（Nature Energy DOI: 10.1038/nenergy.2017.62）

　　7. 光照對金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜形成的影響
　　（The effect of illumination on the formation of metal halide perovskite films） 　　對金屬鹵化物鈣鈦礦薄膜的形態(tài)優(yōu)化是將這些材料用于光收集器時提高太陽能電池性能的重要途徑，因為薄膜的均勻性與光伏性能是相關的。以實現(xiàn)高性能器件為目的，目前已經(jīng)探索了許多器件架構和處理技術，包括單步沉積、順序沉積和反溶劑法。早期的研究已經(jīng)探索了反應條件對膜質(zhì)量的影響，如反應物的濃度和反應溫度。但是對反應的確切機制和主導因素的了解卻很少。隨之而來的缺乏控制是觀察到的鈣鈦礦形態(tài)和相關太陽能電池性能變化較大的主要原因。Ummadisingu 等人研究表明，光線對當前使用的主要沉積方法（順序沉積和反溶劑法）中的鈣鈦礦形成速率和膜形態(tài)有很大的影響。其中使用共聚焦激光掃描顯微鏡和掃描電子顯微鏡對金屬鹵化物（碘化鉛）與有機化合物（甲基碘化銨）的反應進行了研究。在乙基碘化銨插入之前，碘化鉛結晶，產(chǎn)生甲基胺碘化鉛鈣鈦礦。Ummadisingu 等人發(fā)現(xiàn)通過這種順序沉積形成鈣鈦礦的過程可以通過光來加速。光對晶體形態(tài)的影響反映在太陽能電池效率提升了一倍上。相反，使用反溶劑法從相同的起始材料從單一步驟中形成甲基銨碘化鉛鈣鈦礦，發(fā)現(xiàn)當在黑暗中生產(chǎn)膜時獲得的光伏性能最佳。光激發(fā)結晶的發(fā)現(xiàn)不僅鑒別出了以前未知的光電子性質(zhì)的變異性來源，而且開辟了新的為各種應用需要調(diào)整鈣鈦礦形態(tài)和構造的方法。（Nature DOI: 10.1038/nature22072）

　　8. 一維能量收集和存儲器件綜述
　?。‥nergy harvesting and storage in 1D devices） 　　體積大且是剛性的電力系統(tǒng)和電子設備在需要靈活性和透氣性的可穿戴應用中很不實用。為了解決這個問題，迄今已經(jīng)制作出了一系列的一維能量收集和存儲器件，與二維和三維對應器件相比，它們顯示出了很好的應用前景。這些一維器件基于柔性纖維，且可以適應通過扭轉(zhuǎn)和拉伸產(chǎn)生的變形。纖維可以編織成各種紡織品，即可以透氣且可以整合到適應人體曲面的不同材料中去。Sun 等人對基于光纖的能量采集和存儲設備的發(fā)展，特別是染料敏化太陽能電池、鋰離子電池、超級電容器及其集成器件等進行了綜述。重點強調(diào)了一維器件中活性材料與電極或電解質(zhì)之間的界面。與二維和三維器件相比，這些界面的不同特性源于一維電極中的曲面和長電荷傳輸路徑。（Nature Reviews Materials DOI: 10.1038/natrevmats.2017.23）