1.Science綜述：電池電極的納米尺寸電路

圖1：電池電極、集成電路和生物電化學(xué)網(wǎng)絡(luò)

      發(fā)展高性能、經(jīng)久耐用的電池是新一代電池技術(shù)的關(guān)鍵任務(wù)。研究者一般從以下兩個方面提升電池電極性能：其一是發(fā)展新材料，其二是組裝新結(jié)構(gòu)。關(guān)于新材料的盤點(diǎn)已經(jīng)有一些綜述性的報道，新結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)的需求也可以通過開發(fā)空間計算工具來充分理解。然而，對于復(fù)合電極結(jié)構(gòu)的尺寸、形狀的設(shè)計和不同相位的排列等關(guān)鍵問題的相關(guān)報道卻不多。這一不足突出了以下三個重要方面：(1)對此類復(fù)合體系動力學(xué)的理解不夠深入；(2)對于許多材料，決定性的輸運(yùn)參數(shù)是無法測量或不確定的；(3)這個問題非常復(fù)雜，涉及多相和長度尺度。

      近日，馬克思普朗克固態(tài)研究所的Joachim Maier教授（通訊作者）等人在Science上發(fā)表了一篇關(guān)于電池電極材料的綜述。該綜述分為四個部分，首先討論了基于輸運(yùn)參數(shù)與涉及到相位維度的電極動力學(xué)優(yōu)化原理，接下來是用這些原理對近些年發(fā)展起來的新型納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行歸類，然后總結(jié)了必要的制備方法，最后一節(jié)重點(diǎn)介紹了在近些年實驗的最新結(jié)果。

      2.Adv. Mater.綜述：人造肌肉：機(jī)制、應(yīng)用與挑戰(zhàn)

      圖2：從尼龍中扭曲人造肌肉用于獲取熱量

      人造肌肉是一類可由外部刺激（電壓、電流、壓力、溫度和光等）而產(chǎn)生可逆地收縮、膨脹或旋轉(zhuǎn)的材料或器件的總稱。人造肌肉是一個高度跨學(xué)科的研究領(lǐng)域，與材料科學(xué)、化工、機(jī)械工程、電氣工程、化學(xué)等多種領(lǐng)域具有高度的交叉性和重疊性。由于近些年納米材料的興起，特別是碳納米管和納米線的迅速發(fā)展為人造肌肉的發(fā)展提供了重要的機(jī)遇。然而，現(xiàn)在研究者常常將驅(qū)動器與人造肌肉進(jìn)行串用，導(dǎo)致很少研究者去考慮人造肌肉究竟能不能用于人體中發(fā)揮人類肌肉的作用。

      近日，麻省理工大學(xué)Seyed M. Mirvakili教授（通訊作者）等人在Adv. Mater.上發(fā)表了一篇關(guān)于人造肌肉的綜述。該綜述首先介紹了關(guān)于人造肌肉的科學(xué)問題，然后具體討論了人造肌肉的結(jié)構(gòu)、致動機(jī)制、應(yīng)用和局限性。此外，該文章還定義了一些用于測量人造肌肉的性能參數(shù)。

      3.Prog. Polym. Sci.綜述：蛋白質(zhì)模擬肽納米纖維：基序設(shè)計、自組裝合成和序列特異性生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

圖3：自組裝PMP納米纖維在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景

      自組裝肽納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計和功能納米材料的制備為各種生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用提供了重要平臺。利用蛋白質(zhì)模擬肽(PMP)系統(tǒng)的機(jī)械和生物學(xué)優(yōu)勢，將自組裝的PMP納米纖維與納米粒子等納米材料相結(jié)合，所制備的PMP基混雜纖維納米結(jié)構(gòu)有望成為先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用基礎(chǔ)。

      近日，北京化工大學(xué)蘇志強(qiáng)教授，席勒耶拿大學(xué)的Klaus D. Jandt教授和不萊梅大學(xué)的Gang Wei教授（共同通訊作者）等人在Prog. Polym. Sci.上發(fā)表了一篇綜述。在該綜述中，研究者通過模擬幾種蛋白質(zhì)的性質(zhì)和功能，主要介紹了PMP的序列和結(jié)構(gòu)設(shè)計，以及PMP單體的設(shè)計與功能纖維生物材料的制備之間的關(guān)系。此外，還總結(jié)了各種肽基序的基本分類，并對基于功能的肽納米結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了一些指導(dǎo)，討論了肽基設(shè)計和功能剪裁中的一些問題。最后，詳細(xì)介紹了PMP納米纖維基功能納米材料在生物礦化、細(xì)胞培養(yǎng)、組織再生、藥物傳遞、止血、生物成像和生物傳感器等方面的研究進(jìn)展。

      4.Adv. Energy Mater.綜述：低維鈣鈦礦:鈣鈦礦材料的合成及太陽能電池的穩(wěn)定性 

      圖4：原子級二維鈣鈦礦的表征

      近年來，鈣鈦礦已經(jīng)引起了各領(lǐng)域?qū)＜业膹?qiáng)烈興趣，包括太陽能電池、激光、發(fā)光二極管(LED)、水分離、光電探測器、場效應(yīng)管等。從2009年鈣鈦礦太陽電池問世以來，其效率以及從3.8%迅速提升至22%。這說明鈣鈦礦本身是一種極具前景的材料，因而鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)被譽(yù)為2016年最有前途的新興技術(shù)之一。盡管鈣鈦礦是迄今為止最吸引人的材料之一，但其存在的不穩(wěn)定性問題卻嚴(yán)重阻礙了鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)的商業(yè)化進(jìn)程。然而二維鈣鈦礦的問世，為解決鈣鈦礦太陽能電池的不穩(wěn)定性帶來了曙光。

      近期，洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的Abd. Rashid bin Mohd. Yusoff教授和Mohammad Khaja Nazeeruddin教授（共同通訊作者）等人在Adv. Mater.上發(fā)表了一篇關(guān)于低維鈣鈦礦的綜述。該綜述首先介紹了在合成低維鈣鈦礦和生長機(jī)制方面的最新進(jìn)展。隨后，重點(diǎn)介紹了鈣鈦礦太陽能電池的不穩(wěn)定性所導(dǎo)致其高成本的最佳解決方案。最后分析了鈣鈦礦型太陽能電池不穩(wěn)定的起因，并概述了這些低維鈣鈦礦的主要成就和未來的發(fā)展方向。

      5.Chem. Soc. Rev.綜述：鈣基生物材料用于診斷、治療

圖5：鈣基生物材料在生物領(lǐng)域的主要應(yīng)用

      鈣基生物材料，包括磷酸鈣、碳酸鈣、硅酸鈣和氟化鈣，由于具有良好的生物相容性和生物降解性，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。近年來，鈣基生物材料與成像造影劑和治療劑被戰(zhàn)略性地結(jié)合在一起，用于各種分子成像方式，包括熒光成像、磁共振成像、超聲成像或多模成像，以及化療、基因治療等多種治療方法。與其他無機(jī)材料如硅、碳、金基生物材料相較而言， 鈣基生物材料可以溶解成離子，參與生物體的正常代謝，因此對人體無毒。這也為人們提供了更安全的臨床疾病診療方案。

      近日，深圳大學(xué)黃鵬教授（通訊作者）等人在Chem. Soc. Rev.上發(fā)表了一篇關(guān)于鈣基生物材料的綜述。該綜述主要總結(jié)了鈣基生物材料的最新進(jìn)展，從種類、特性和制備方法到其在診斷、治療和熱療法等方面的生物應(yīng)用。最后還討論了鈣基生物材料的發(fā)展趨勢和其中的關(guān)鍵問題，并展望了鈣基生物材料的前景和面臨的挑戰(zhàn)。

      6.Chem. Soc. Rev.綜述：納米系統(tǒng)中的光致變色：照亮未來的納米世界 

      圖6：石墨烯-二芳烯-石墨烯結(jié)示意圖

      光致變色是一種通過外部光激發(fā)材料本身化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象，其具有高空間和時間分辨率，同時在數(shù)字可控性方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，在原位遠(yuǎn)程操控納米材料和納米系統(tǒng)方面具有極大潛力?，F(xiàn)已知的光致變色材料可在不同性質(zhì)的不同狀態(tài)之間經(jīng)歷可逆的光化學(xué)轉(zhuǎn)化,這些性質(zhì)已被廣泛地引入各種功能納米體系,例如納米晶、納米粒子、納米電子學(xué)、超分子中。

      近日，肯特州立大學(xué)的Quan Li教授（通訊作者）等人在Chem. Soc. Rev.上發(fā)表了一篇關(guān)于光致變色的綜述。在這篇文章中，研究者綜述了光致變色材料的結(jié)構(gòu)和功能以及可逆光控納米技術(shù)原理及其應(yīng)用的近期進(jìn)展。具體討論了這類先進(jìn)材料的重要設(shè)計概念，并且強(qiáng)調(diào)了它們的制備方法，著重介紹了它們的應(yīng)用。最后簡要概述了該領(lǐng)域還需要解決的挑戰(zhàn)和以及可開發(fā)的潛力。

      7.Acc. Chem. Res.綜述：“巨型”半導(dǎo)體納米晶的結(jié)構(gòu)/性能關(guān)系：光子學(xué)和電子學(xué)領(lǐng)域的機(jī)遇

圖7：巨型量子點(diǎn)的光致發(fā)光

      半導(dǎo)體納米晶表現(xiàn)出了許多優(yōu)異的性能，如：尺寸調(diào)控吸收峰和發(fā)射峰、高吸收系數(shù)和高光致發(fā)光量子產(chǎn)率。量子點(diǎn)(QDs)可以通過生長另一種半導(dǎo)體材料的外殼來實現(xiàn)有效的表面鈍化，這種核殼量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是最有效的模型系統(tǒng)。比如可以在量子點(diǎn)上生長厚厚的外殼(1.5到數(shù)十納米)，以產(chǎn)生“巨型”量子點(diǎn)(g-QDs)。這種巨型結(jié)構(gòu)可以擴(kuò)大吸收光譜和發(fā)射光譜的光譜分離，改善光生載流子與表面缺陷的隔離，提高電荷載流子壽命和遷移率。然而，大多數(shù)穩(wěn)定的系統(tǒng)受到一個厚殼層的限制，強(qiáng)烈地吸收低于500 nm的輻射，覆蓋了紫外線和可見光的一部分。另外，g-QDs的帶隙和能帶對準(zhǔn)可以通過適當(dāng)?shù)某煞诌x擇來進(jìn)行調(diào)控。在大多數(shù)情況下，電子和空穴的準(zhǔn)Ⅱ型局域化機(jī)制已經(jīng)實現(xiàn)。在這種類型的量子點(diǎn)中，電子可以泄漏到殼層區(qū)域，而空穴仍然局限在核心區(qū)域。這種電子空穴的空間分布有利于光電子器件在保持良好穩(wěn)定性的同時，有效地實現(xiàn)了電子空穴的分離。

      近日，電子科技大學(xué)Federico Rosei教授、王志明教授和青島大學(xué)趙海光教授（共同通訊作者）等人在Acc. Chem. Res.上發(fā)表了一篇關(guān)于“巨型”納米晶量子點(diǎn)的綜述。本文對膠體g-QDS的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了總結(jié)，通過濕法化學(xué)合成對其光電性能進(jìn)行了精細(xì)調(diào)整，描述了其電子和空穴定位以及電荷動力學(xué)。這對g-QDS的光學(xué)和電學(xué)行為有著深刻的影響。此外研究者重點(diǎn)突出了優(yōu)化結(jié)構(gòu)的潛力，這可以顯著提高g-QD光電器件的效率和穩(wěn)定性。

      8.Acc. Chem. Res.綜述：鋰離子電池中層狀鋰過渡金屬氧化物正極材料的電化學(xué)特性：表面、本體行為和熱學(xué)性質(zhì)

圖8：鋰離子電池示意圖與電極材料

      層狀鋰過渡金屬氧化物，特別是NMCs (LiNixCoyMnzO2)，是一種具有提高能量密度和壽命、降低成本、提高電動汽車和電網(wǎng)存儲安全性的重要鋰離子電池正極材料。研究者主要通過包括改變材料組分，陽離子替代等策略來提升電極材料的性能。并且通過了解這些策略對材料表面和體積的影響及其相關(guān)的結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系，來提升對NMCs材料的理解。

      近日，勞倫斯伯克利國家實驗室的Marca M. Doeff教授（通訊作者）等人在Acc. Chem. Res.上發(fā)表了一篇關(guān)于鋰過渡金屬氧化物鋰離子負(fù)極材料的綜述。該綜述首先將廣泛用于商業(yè)化電池的NMCs與同結(jié)構(gòu)的LiCoO2正極進(jìn)行比。并且簡要討論了改變金屬含量(Ni，Mn，Co)對NMCS結(jié)構(gòu)和性能的影響。