1、Advanced Energy Materials 綜述：用于高穩(wěn)定性鋰硫電池的安全電解液系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1 鋰電池中的穿梭反應(yīng)示意圖

       安全性、無(wú)毒性和耐用性直接決定了鋰（Li）電池基本的適用性。特別是對(duì)于鋰硫電池，由于硫的起燃溫度低，作為負(fù)極材料的金屬鋰以及使用易燃的有機(jī)電解質(zhì)使得解決安全問(wèn)題的難度增加。在過(guò)去的幾年里，為了解決安全問(wèn)題，人們對(duì)兩種基本的電解質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)行了廣泛的研究。一個(gè)系統(tǒng)是傳統(tǒng)的有機(jī)液體電解質(zhì)，另一個(gè)是無(wú)機(jī)固態(tài)或準(zhǔn)固態(tài)復(fù)合電解質(zhì)。近日，電子科技大學(xué)的熊杰、何偉東教授，蘇州大學(xué)的晏成林教授（共同通訊）總結(jié)了工程液體電解質(zhì)的最新發(fā)展，介紹了固體電解質(zhì)在解決這些安全問(wèn)題時(shí)的設(shè)計(jì)考慮，以確保硫陰極材料和鋰金屬陽(yáng)極之間的電解質(zhì)體系的安全性。本文提出了設(shè)計(jì)和改進(jìn)液體電解質(zhì)的策略，包括引入氣體釋放、火焰、水和不含樹(shù)枝晶的電解質(zhì)。此外，文章還討論了高性能Li+導(dǎo)體、空氣穩(wěn)定的Li+導(dǎo)體以及用于開(kāi)發(fā)全固態(tài)電解質(zhì)的硫陰極和鋰陽(yáng)極之間穩(wěn)定的界面性能的考慮因素。最后，文章展望了鋰電池未來(lái)的發(fā)展方向，用以提供可靠的電解質(zhì)系統(tǒng)，將其用于開(kāi)發(fā)商業(yè)上可行的鋰硫電池。

       2、Advanced  Materials 綜述：碳納米管基熱電材料及器件

圖2 納米結(jié)構(gòu)材料的進(jìn)步

       熱能是一種豐富的低通量能源，可用于便攜式/可穿戴電子設(shè)備和遠(yuǎn)程離網(wǎng)位置的關(guān)鍵組件。因此，研究人員正在探索許多不同的無(wú)機(jī)和有機(jī)材料在熱電能量收集裝置中的應(yīng)用潛力。碳基熱電材料由于其無(wú)毒、源材料豐富，對(duì)高產(chǎn)量溶液相制造路線的順應(yīng)性以及由其低質(zhì)量所實(shí)現(xiàn)的高比能（即 W g-1）而特別具有吸引力。單壁碳納米管（SWCNTs）代表了一種獨(dú)特的一維碳同素異形體，其具有的結(jié)構(gòu)、電學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，可實(shí)現(xiàn)高效的熱電 - 能量轉(zhuǎn)換。近日，美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室的Jeffrey L. Blackburn、Andrew J. Ferguson，德克薩斯A&M大學(xué)的Chungyeon Cho、Jaime C. Grunlan教授（共同通訊）詳細(xì)介紹了在理解SWCNT、納米管基復(fù)合材料和由這些材料制備的熱電器件的基本熱電特性方面取得的進(jìn)展。這一進(jìn)展充分說(shuō)明了碳納米管材料和復(fù)合材料為生產(chǎn)高性能下一代熱電能量收集設(shè)備所帶來(lái)的巨大潛力。

       3、Advanced  Materials 綜述：生物彈性水下粘合劑的超分子工具箱

圖3 陽(yáng)離子Pc2和陰離子Pc3A中氨基酸的化學(xué)特征

       大自然已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了基于蛋白質(zhì)的粘合劑，其水下性能在過(guò)去幾十年中已經(jīng)引起了許多研究者的關(guān)注。粘性蛋白富含兒茶酚與兩親性和離子性的結(jié)合構(gòu)成了超分子工具箱，這提供了對(duì)粘合劑的刺激響應(yīng)處理，確保了對(duì)各種表面的強(qiáng)粘合，并可以控制材料的粘合性質(zhì)。近日，瓦赫寧根大學(xué)的Marleen Kamperman研究員（通訊作者）探討了沙堡蠕蟲(chóng)和貽貝分泌的膠粘劑中的多功能相互作用。文章將這些生物學(xué)原理放在更廣闊的角度，總結(jié)了基于不同類型的超分子相互作用的合成粘合劑體系。突出了可用于設(shè)計(jì)新的粘合劑體系的各種相互作用的組合。

       4、Chemical Reviews 綜述：聚合物流動(dòng)誘導(dǎo)成核的多尺度和多步排序

圖4 流動(dòng)誘導(dǎo)結(jié)晶（FIC）模型

       流動(dòng)誘導(dǎo)結(jié)晶（FIC）是一種典型的非平衡相變，半結(jié)晶聚合物是最有前途的聚合物材料的核心工業(yè)品。對(duì)FIC的理解有益于對(duì)物質(zhì)體系中非平衡排序的研究，并有助于調(diào)整聚合物材料的最終性能。關(guān)于結(jié)晶過(guò)程，流動(dòng)可以使動(dòng)力學(xué)加速數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)，并且誘導(dǎo)形成像shish-kebab這樣的定向微晶，這與流動(dòng)對(duì)成核的主要影響，即提高的成核密度和取向的原子核有關(guān)。關(guān)于FIC的課題已經(jīng)研究了半個(gè)多世紀(jì)。近年來(lái)，人們?cè)趯?shí)驗(yàn)方法方面已經(jīng)有許多進(jìn)展，例如同步輻射X射線散射，時(shí)間分辨率可達(dá)毫秒量級(jí)的超快X射線探測(cè)器，以及用于模擬嚴(yán)重流場(chǎng)接近實(shí)際處理的新型實(shí)驗(yàn)室設(shè)備條件。通過(guò)這些先進(jìn)方法的結(jié)合，可以更精確地揭示FIC的演化過(guò)程（具有更高的時(shí)間分辨率和更長(zhǎng)的尺度）和定量展現(xiàn)。新的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了自靜止或輕度流動(dòng)條件的經(jīng)典解釋和理論，并且引發(fā)了對(duì)FIC基礎(chǔ)的重新考慮。近日，中國(guó)科技大學(xué)的李良彬和天津大學(xué)的馬哲（共同通訊）等人總結(jié)了近些年的主要實(shí)驗(yàn)結(jié)果、物理理解的進(jìn)展，以及強(qiáng)流引起的定向核的多尺度和多步性質(zhì)的討論。多尺度結(jié)構(gòu)包括節(jié)段構(gòu)象、構(gòu)象排序的堆積、整鏈尺度的變形和微晶的宏觀聚集。多步驟過(guò)程包括構(gòu)象轉(zhuǎn)變、各向同性向列相轉(zhuǎn)變、密度波動(dòng)（或相分離）、前體的形成和晶格微晶，它們可能是成核過(guò)程中的有序過(guò)程。此外，文章還包括一些理論上的進(jìn)步和建模的研究。

       5、Chemical Reviews 綜述：氧激活和細(xì)胞色素c氧化酶的能量守恒

圖5 A型細(xì)胞色素C氧化酶模型

       A型細(xì)胞色素C氧化酶（CcO）——一種在所有線粒體和幾種需氧細(xì)菌中都有發(fā)現(xiàn)的酶。 CcO通過(guò)一種有趣的機(jī)制催化氧氣（O2）呼吸作用降解為水。更有趣的是，膜結(jié)合的CcO將O2還原化學(xué)偶聯(lián)于質(zhì)子穿過(guò)膜的易位，從而有助于產(chǎn)生電化學(xué)質(zhì)子梯度。 近日，赫爾辛基大學(xué)的M?rten Wikstr?m教授（通訊作者）等人在回顧了CcO核心亞基的結(jié)構(gòu)、活性位點(diǎn)以及電子、質(zhì)子、氧氣和水的傳遞路徑之后，描述了催化循環(huán)的狀態(tài)，并指出了其余的不確定性。 最后，文章討論了質(zhì)子移位的機(jī)制。

       6、Chemical Society Reviews 綜述：物理凝膠釋放小生物活性分子

 圖6 文章主要內(nèi)容結(jié)構(gòu)

       水溶性低的藥物一直受到科學(xué)界的高度重視，生物利用度的降低和頻繁給藥的需要促使了對(duì)新的給藥系統(tǒng)的研究。在這種情況下，需要持續(xù)釋放有效載荷的藥物載體，從而降低管理率。滿足這些要求的一個(gè)有趣的策略是將藥物包埋在凝膠中。到目前為止，用于這種載藥凝膠的研究最多的材料是從聚合物衍生而來(lái)并基于共價(jià)鍵得到。然而，在過(guò)去的十年中，由低分子量化合物衍生的物理（或超分子）凝膠的使用在該領(lǐng)域經(jīng)歷了強(qiáng)勁的增長(zhǎng)，這主要是由于重要的性質(zhì)如可注射性，刺激響應(yīng)性和易于合成的緣故。近日，雷根斯堡大學(xué)的David Díaz Díaz教授（通訊作者）等人總結(jié)了超分子凝膠用于小治療分子的包封和控釋的用途。

       7、Chemical Society Reviews 綜述：電化學(xué)過(guò)程中具有特定晶面的固體形狀的納米顆粒

圖7 單位面心立方金屬

       固體表面上的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程包括對(duì)電化固液界面的基本理解以及對(duì)催化活性、結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)非平衡泰勒型微小部分的操作的研究越來(lái)越受到人們的重視。同時(shí)證據(jù)表明，雖然在某些情況下可以作為結(jié)構(gòu)替代物，但是定義明確的納米固體表面的催化結(jié)構(gòu)敏感性的概念仍然是形狀控制納米晶科學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵組織原則。近日，柏林工業(yè)大學(xué)的Peter Strasser教授（通訊作者）等人在闡述了成形納米催化劑濕化學(xué)合成的關(guān)鍵方面和最新進(jìn)展之后，詳細(xì)討論了當(dāng)前科學(xué)優(yōu)先的固體形狀控制的納米晶體上的三個(gè)電催化過(guò)程區(qū)域：形狀受控的Pt-Ni多面體上的氧電還原與低溫燃料電池的技術(shù)關(guān)聯(lián)；Cu多面體上的碳?xì)浠衔锏碾娺€原以及化學(xué)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)之間的相互作用以及水在成型過(guò)渡金屬氧化物上的電催化氧析出反應(yīng)。

       8、Accounts of Chemical Research 綜述：超薄形狀改變智能材料

圖8 超薄材料微觀圖

       超薄材料的低彎曲剛度，表明它們可以容易地彎曲折疊成3D形狀。近日，約翰霍普金斯大學(xué)的David H. Gracias教授（通訊作者）等人回顧了超薄材料的2D到3D形狀轉(zhuǎn)換的新興領(lǐng)域。超薄薄膜的彎曲和扭曲會(huì)引起原子分子的應(yīng)變，從而改變它們的物理和化學(xué)性質(zhì)，并導(dǎo)致與其平面前體表現(xiàn)出非常不同的新型3D形式的物質(zhì)。形狀變化也可以導(dǎo)致具有顯著更小形狀因子的新型3D架構(gòu)。例如，3D超薄材料在片上器件上將占據(jù)較小的空間，或者可能通過(guò)曲折的介質(zhì)滲透，這對(duì)于小型化機(jī)器人和智能灰塵應(yīng)用是重要的。文章突出了超薄和傳統(tǒng)形狀變化材料之間的幾個(gè)區(qū)別。后者通常與水凝膠，液晶或形狀記憶彈性體相關(guān)聯(lián)。與散裝材料相比，由于彎曲模量顯著降低，超薄材料可以更容易地彎曲和折疊。因此，改變超薄材料的形狀需要更少的能量，即使小的環(huán)境刺激也能引起較大的反應(yīng)。此外，不同配置之間的能量障礙很小，允許各種構(gòu)造并增強(qiáng)可編程性。最后，由于其超薄的性質(zhì)，形狀變化通常不會(huì)由于滯后的質(zhì)量或熱傳輸而減慢，因此響應(yīng)可能比散裝材料的響應(yīng)快得多。

       9、Accounts of Chemical Research 綜述：功能應(yīng)用的分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖9 超分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖

       將分子單元組織在所需和受控配置中，以開(kāi)發(fā)用于材料和生物應(yīng)用的先進(jìn)功能系統(tǒng)的方法已經(jīng)在分子構(gòu)建學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛研究。這種設(shè)計(jì)非共價(jià)系統(tǒng)的概念使人們能夠?qū)Ｗ⒂谠O(shè)計(jì)分子在生物學(xué)和非生物學(xué)應(yīng)用中的不同功能方面，同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)控制分子自組裝領(lǐng)域的掌握力度。對(duì)具體功能進(jìn)行復(fù)雜的分子相互作用和組裝的編程已經(jīng)成為當(dāng)代最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一。精細(xì)有序的分子組裝可以在跨越能源、健康和環(huán)境的幾個(gè)領(lǐng)域中發(fā)展。近日，賈瓦哈拉爾·尼赫魯高級(jí)科學(xué)研究中心的Thimmaiah Govindaraju（通訊作者）等人展示了由該課題組和其他研究者開(kāi)發(fā)的精美設(shè)計(jì)師分子，旨在掌握分子識(shí)別和功能應(yīng)用自組裝技術(shù)。通過(guò)使用生物分子如氨基酸和核堿基作為助劑來(lái)證明分子自組裝的定制能力。萘二酰亞胺（NDI），苝二酰亞胺（PDI）和其他幾個(gè)分子系統(tǒng)可以作為功能模塊。文章對(duì)在超分子相互作用的分子設(shè)計(jì)中的立體化學(xué)和微小結(jié)構(gòu)修飾的影響以及自組裝零維（OD）、一維（1D）和二維（2D）納米和微米結(jié)構(gòu)如顆粒以及球、杯、碗、纖維、帶、螺旋帶、超螺旋螺旋、片、分形和蜂窩狀陣列進(jìn)行了討論。此外，文中介紹了分子系統(tǒng)、模板組裝、分層裝配、瞬態(tài)自組裝、手性變性、保留螺旋記憶、自我復(fù)制、超分子調(diào)節(jié)、超分子形態(tài)、超非線性、動(dòng)態(tài)路徑復(fù)雜性、超分子異質(zhì)結(jié)、活體超分子聚合和分子機(jī)器，并描述了多年來(lái)獲得的分子工程學(xué)原理。

       10、Accounts of Chemical Research 綜述：快速充放電循環(huán)和加熱過(guò)程中鋰離子電池層狀氧化物陰極材料結(jié)構(gòu)變化的復(fù)雜性探討

圖10 鋰離子電池應(yīng)用圖

       可充電鋰離子電池（LIB）是能量密度高、循環(huán)壽命長(zhǎng)的電動(dòng)車輛最有前途的儲(chǔ)能系統(tǒng)。但是，為了滿足用戶對(duì)快速充電的需求，目前LIB的功耗表現(xiàn)需要改進(jìn)。從陰極方面看，層狀結(jié)構(gòu)的陰極材料在當(dāng)今市場(chǎng)上被廣泛使用，并將在不久的將來(lái)繼續(xù)發(fā)揮重要作用。層狀正極材料在充放電過(guò)程中的高倍率性能對(duì)于整個(gè)電池的功率性能至關(guān)重要，其中熱穩(wěn)定性與安全性問(wèn)題密切相關(guān)。因此，深入了解高倍率充放電過(guò)程中層狀正極材料的結(jié)構(gòu)變化以及加熱時(shí)的熱穩(wěn)定性，對(duì)于開(kāi)發(fā)新材料和改進(jìn)現(xiàn)有材料至關(guān)重要。由于結(jié)構(gòu)變化是從原子級(jí)到整個(gè)電極級(jí)發(fā)生的，涵蓋多級(jí)尺度的表征技術(shù)的組合非常重要。在許多情況下，這意味著使用包括衍射、光譜學(xué)和成像在內(nèi)的全面工具來(lái)區(qū)分表面與大塊，并獲得具有不同空間分辨率級(jí)別的結(jié)構(gòu)/化學(xué)信息。近日，布魯克黑文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Xiao-Qing Yang和中科院物理研究所的禹習(xí)謙研究員（共同通訊）等人介紹了近年來(lái)研究層狀結(jié)構(gòu)陰極材料的動(dòng)力學(xué)和熱性能，特別是高速循環(huán)過(guò)程中的結(jié)構(gòu)變化和加熱過(guò)程中的熱穩(wěn)定性。比較了高速循環(huán)陰極材料和低循環(huán)陰極材料的不同結(jié)構(gòu)演化行為，并討論了個(gè)別過(guò)渡金屬的不同反應(yīng)和化學(xué)分布的不均勻性。對(duì)于熱穩(wěn)定性，文章著重指出結(jié)構(gòu)變化與氧釋放之間的關(guān)系。在所有這些正在進(jìn)行的研究中，先進(jìn)的表征技術(shù)被批判應(yīng)用于揭示具有多層結(jié)構(gòu)的層狀結(jié)構(gòu)陰極材料的復(fù)雜性。