1. Rh催化甲烷為甲醇或乙酸

       （Mild oxidation of methane tomethanol or acetic acid on supported isolated rhodium catalysts）

       將甲烷催化轉(zhuǎn)化為液態(tài)甲醇和其它含氧化物的有效且直接的方法具有很大實用價值。然而，在催化過程中，這一問題尚未解決，因為這一問題通常涉及昂貴的或者腐蝕性的氧化物或者反應(yīng)媒介，從而不能實現(xiàn)商業(yè)化。盡管在氣相時溫和條件下利用分子氧能夠直接將甲烷轉(zhuǎn)換為甲醇，但是這一過程或者是按化學(xué)計量比的（因此，需要水提取步驟）或者太慢和產(chǎn)率低以致于不夠?qū)嵱谩han等人研究表明：在水溶液中，附著于莫來石或者TiO2支撐物上的單核Rh能夠利用氧氣和一氧化碳在溫和條件下直接將甲烷催化為甲醇和乙酸。他們發(fā)現(xiàn)兩種產(chǎn)物能夠通過獨立地不同路徑來形成，從而可以調(diào)節(jié)其轉(zhuǎn)化：150攝氏度下長達三小時的批反應(yīng)器測試，使用莫來石支撐或者TiO2支撐的催化劑能夠產(chǎn)生每克催化劑約22000微摩爾的乙酸或者230微摩爾的甲醇，而且選擇性達到60-100%。預(yù)計這些不同尋常的高活性，盡管能夠不注意實現(xiàn)商業(yè)應(yīng)用，但是或許可以指導(dǎo)直接轉(zhuǎn)換甲烷為甲醇、乙酸和其它化學(xué)藥品的催化劑的開發(fā)。（Nature DOI:10.1038/nature24640）

       2. 有機電解液中Ca的電鍍和剝離

       （Selective increase in CO2 electroreduction activity at grain-boundary surface terminations）

       改變材料催化性質(zhì)需要確定產(chǎn)生活性表面的結(jié)構(gòu)特征。通過穩(wěn)定位錯多晶材料中的晶界產(chǎn)生應(yīng)變區(qū)域，或許可以提供高能量表面從而成為催化表面。盡管晶界密度之前曾與某些反應(yīng)的催化活性產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，但是缺乏直接證據(jù)。Mariano等人利用塊體電化學(xué)材料和具有微米分辨率的掃描電化學(xué)顯微鏡相結(jié)合，研究表明金的境界表面的終止區(qū)域比晶粒表面在CO2電還原為CO時具有更高的活性，但是對于氫氣析出反應(yīng)卻沒有可比擬的活性。晶界的催化特性與位錯導(dǎo)致的應(yīng)變場相當，為更廣泛地研究異質(zhì)催化中境界效應(yīng)提供了策略。（Science DOI：10.1126/science.aao3691）

       3.高 Tc 銅酸鹽超導(dǎo)體正常狀態(tài)下波動條紋的數(shù)值證據(jù)

       (Numerical evidence of fluctuating stripes in thenormal state of high-Tc cuprate superconductors)

       摻雜情況下，Mott 絕緣體經(jīng)常表現(xiàn)出對稱破缺，其中載流子和它們的自旋組成條紋狀的圖樣。對于高轉(zhuǎn)變溫度的銅酸鹽超導(dǎo)體，這種條紋被廣泛懷疑是以波動的形式存在的。Huang 等人使用數(shù)值確切的行列式量子蒙特卡羅計算來演示三帶 Hubbard 模型中的動態(tài)條帶相關(guān)性，其中三帶Hubbard 模型表示銅-氧平面的局部電子結(jié)構(gòu)。得到的結(jié)果對不同參數(shù)、團簇尺寸和邊界條件都很有效，并且這些結(jié)果支持實驗觀察的解釋，例如沙漏狀磁性彌散和與摻雜不相稱的 Yamada 圖在波動條紋物理學(xué)方面的關(guān)系。這些發(fā)現(xiàn)為由銅正常狀態(tài)出現(xiàn)的交織有序提供了一個不同的觀點。（Science DOI: 10.1126/science.aak9546）   

       4. 超導(dǎo)量子比特中相互作用光子局域化的光譜特征

       (Spectroscopic signatures of localizationwith interacting photons in superconducting qubits)

       量子化的本征能量及其相關(guān)的波函數(shù)為預(yù)測量子多體系統(tǒng)的物理性質(zhì)提供了廣泛的信息。Roushan等人利用一個由 9 個超導(dǎo)量子比特組成的鏈，實現(xiàn)了一種解決相互作用光子能級的技術(shù)。通過在磁場中捕獲用以預(yù)測二維電子復(fù)雜能量譜的主要特征，即霍夫斯塔德蝴蝶（Hofstadter butterfly）來對此方法進行基準測試。并引入了無序來研究系統(tǒng)經(jīng)歷從熱化到局域化階段過程中的能級統(tǒng)計。這一工作引入了多體光譜技術(shù)來研究物質(zhì)的量子相位。（Science DOI: 10.1126/science.aao1401） 

       5. 一種能夠降低鈣鈦礦太陽能電池中效率與穩(wěn)定性以及成本之間差距的通用界面      

      (A generic interface toreduce the efficiency-stability-cost gap of perovskite solar cells)

       基于混合有機鹵化鉛鈣鈦礦的薄膜太陽能電池，之所以其進一步商業(yè)化被延遲，主要瓶頸在于先進器件中的界面損失。Hou 等人提出了一種通用的界面架構(gòu)，結(jié)合了溶液處理、穩(wěn)定可靠、以及高成本效益的空穴傳輸材料，而且這種材料不會影響鈣鈦礦太陽能電池的效率、穩(wěn)定性或可擴展性。鉭摻雜的氧化鎢（Ta-WOx）/共軛聚合物多層膜具有小得驚人的界面勢壘，并且能夠與各種可擴展的共軛聚合物一起形成準歐姆接觸。在具有常規(guī)平面結(jié)構(gòu)和自組裝單層的簡單器件中，Ta-WOx 摻雜的基于界面的鈣鈦礦太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)的最大效率為 21.2％，并能夠維持超過 1000 小時的光穩(wěn)定性。通過消除額外的離子摻雜物，這些發(fā)現(xiàn)能夠?qū)⒄惖挠袡C物作為用于鈣鈦礦太陽能電池的可擴展的空穴傳輸材料。（Science DOI10.1126/science.aao5561）

       6. 手性液晶膠體

       (Chiral liquid crystal colloids)

       膠體微粒能夠干擾液晶的棒狀分子的排列，引起長程相互作用從而使扭曲區(qū)域的自由能最小化。已知是微粒形狀和拓撲結(jié)構(gòu)引導(dǎo)了這種自組裝過程。但是，這些長程相互作用的膠體包裹體的手性如何卻尚不清楚。Yuan 等人利用光鑷、粒子跟蹤和光學(xué)成像研究了手性彈簧和螺旋線對其引起的向列型液晶膠體中的自組織扭曲的影響。膠體粒子的手性與向列彈性相互作用，從而預(yù)定義了向列膠體中手性的或外消旋的膠體超結(jié)構(gòu)。這些發(fā)現(xiàn)與基于朗道-德讓納自由能最小化的數(shù)值模擬是一致的。這一研究揭示了手性在定義液晶膠體的介觀有序性中的作用，表明這一特征可能是調(diào)節(jié)這些系統(tǒng)中整體定向自組織的潛在工具。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT5032）

       7. 原子偏析促進位錯成核

       (Dislocationnucleation facilitated by atomic segregation)

       表面偏析（相對于整體材料，某種元素在材料表面發(fā)生富集）現(xiàn)象在多組分材料中是普遍存在的。以 Cu-Au 固溶體為例，Zou 等人證明了由表面偏析引起的組分變化，伴隨著失配應(yīng)力和通過表面擴散與捕獲過程在亞表面區(qū)域形成的位錯。由此產(chǎn)生的化學(xué)有序的表面區(qū)域作為一個有效的屏障，抑制了自由表面的位錯湮滅。Zou 等人利用原子尺度分辨率動態(tài)電子顯微鏡的觀察和理論建模，展示了位錯的高度活躍，并描繪了在升高溫度的過程中與位錯成核、滑動、攀移以及湮滅有關(guān)的特定的原子尺度機理。這些觀察結(jié)果為異構(gòu)材料系統(tǒng)中異質(zhì)界面上的位錯如何成核和遷移提供了機理細節(jié)。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT5034）

       8. 有機電解液中Ca的電鍍和剝離

       (Plating and stripping calcium in an organic electrolyte)

       多價陽離子電池，例如那些基于Mg、Ca和Al的電池，吸引了研究人員很大的興趣。很多注意力集中在Mg電池。在這些例子中，金屬負極具有很大挑戰(zhàn)性。最近研究表明Ca能夠被電鍍或者剝離，但是只能在高溫下才可以，約75-100 oC，具有很小的容量，約0.165 mAh/cm2，并且伴隨很多副反應(yīng)。Wang等人研究表明Ca能夠在室溫下被電鍍和剝離，并在1 mA/cm2的倍率下表現(xiàn)出1 mAh/cm2的容量，而且50循環(huán)后的極化僅有100 mV。反應(yīng)的主要產(chǎn)為為Ca，伴隨有少量因電解液與Ca反應(yīng)產(chǎn)生的CaH2。這優(yōu)于在大部分電解液形成的CaCO3、Ca(OH)2和鈣的醇鹽，因為這些產(chǎn)物通常會終止電化學(xué)反應(yīng)。CaH2能夠在開路下保護Ca金屬。盡管這一工作沒能解決鈣離子電池中Ca作為負極的諸多問題，但是它表明在室溫下低極化情況下Ca能夠被電鍍和剝離。

（Nature Materials DOI:10.1038/nature24640）