1、Advanced Materials 綜述：神經(jīng)干細(xì)胞再生的納米材料醫(yī)學(xué)：神經(jīng)疾病的影像與治療

       神經(jīng)疾病的病人越來越多，由于受損組織的神經(jīng)元缺失，導(dǎo)致病人很少被治愈。這種情況使得受傷和帶病組織的有效恢復(fù)和重生需要選擇治療策略。神經(jīng)干細(xì)胞具有多功能性、自我更新能力和多向分化潛能。這提供了一種治療神經(jīng)疾病的有效方案。但是目前對于神經(jīng)干細(xì)胞的移植方案仍具有挑戰(zhàn)性，這包括追蹤它們的壽命、監(jiān)測它們與組織環(huán)境的相互作用和反應(yīng)性以及進(jìn)而評估它們的治療效果。納米材料作為創(chuàng)新材料可以提高神經(jīng)干細(xì)胞修復(fù)藥劑的功能效果，其特殊的物理化學(xué)性能能夠提供一種空前的方案，用來治療這種疾病。人們?yōu)槔眉{米材料的優(yōu)勢將其引入神經(jīng)元細(xì)胞的臨床治療研究做出了巨大努力。近日，同濟(jì)大學(xué)的陳炳地、朱融融和程黎明（共同通訊）等人總結(jié)了納米材料與神經(jīng)干細(xì)胞的結(jié)合對神經(jīng)疾病的治療中面臨的問題及其解決方案。文章總結(jié)了納米材料在神經(jīng)疾病上的應(yīng)用潛力及其在病變組織恢復(fù)的治療機(jī)理。這為神經(jīng)干細(xì)胞的壽命和病變組織的恢復(fù)提供了新的治療方法。

圖1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病細(xì)胞治療的主要問題

       2、Corrosion Science 綜述：316L不銹鋼的表面機(jī)械研磨處理對氧化的影響

       研究表明，高溫時(shí)，表面機(jī)械研磨對于316L不銹鋼的抗氧化性具有優(yōu)異效果。從700℃到750℃時(shí)，表面機(jī)械研磨處理后，樣品的氧化動力學(xué)與氧化鉻的擇優(yōu)生長具有相關(guān)關(guān)系。這主要是因?yàn)?16L不銹鋼的表面經(jīng)過機(jī)械研磨處理后，轉(zhuǎn)變了主要氧化物相，抑制了赤鐵礦的生長以及促進(jìn)氧化鉻的形成。近日，特魯瓦工程技術(shù)大學(xué)的B. Panicaud（通訊作者）等人總結(jié)了高溫下機(jī)械表面研磨處理對316L不銹鋼的影響。文章比較了不同氧化層的成分、形貌和氧化機(jī)理，未處理樣品的氧化機(jī)制。通過分析可知表面機(jī)械研磨處理對316L不銹鋼的抗氧化性具有很好的效果。機(jī)械處理細(xì)化晶粒尺寸能夠解釋處理后抗氧化性的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖2 316L不銹鋼橫截面的EBSD圖像

       3、Nature Reviews Materials 綜述：鈉離子電池的成本與資源分析

       由于鈉離子電子的成本較低，因此可以用來替代鋰離子電池。但是鈉離子電池的成本優(yōu)勢仍有爭論。因此本文采用電池性能和成分模型，去討論鈉離子電池和鋰電池的成本問題，即全電池中鈉替代鋰離子電池中的鋰負(fù)極集流體。本文比較了鋰電池和鈉電池的生產(chǎn)成本，發(fā)現(xiàn)鋰電池的正極原材料存在潛在的供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)楣?yīng)問題可能導(dǎo)致成本增加。同時(shí)鋰和鈷的資源供應(yīng)存在風(fēng)險(xiǎn)。本文提供了鈉離子電池廣泛和跨學(xué)科的視角及未來的發(fā)展方向。近日，來自卡爾斯魯厄理工學(xué)院的Daniel Buchholz和Stefano Passerini（共同通訊）等人分析發(fā)現(xiàn)，電池中鈉替換鋰并不能直接降低電池的成本。但是鋰資源短缺和價(jià)格有了很大的提升，相對來講，鈉資源豐富，價(jià)格低。因此，對于負(fù)極材料，鈉離子電池將銅集流體轉(zhuǎn)換成鋁集流體，最后降低了電池的價(jià)格。對于正極材料，容量具有進(jìn)一步提高的潛力。因此鈉離子電池是解決能源問題的有效方法之一。

圖3 鈉電池與鋰電池的成本對比模型

       4、Chemical Society Reviews 綜述：納米纖維素在先進(jìn)電化學(xué)儲能中的應(yīng)用

       納米纖維素由于其具有的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，因此是一種很有潛力的納米材料。本文簡述了纖維素納米纖維的結(jié)構(gòu)特征。強(qiáng)調(diào)了使用一系列方法制備的納米纖維素的特定結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性能，及其在超電、鋰電、鋰-硫電池和鈉離子電池中的應(yīng)用。納米纖維材料在與其他材料整合后，作為混合基體，熱裂解后形成碳材料，可以活化增加官能團(tuán)，雜質(zhì)原子摻雜及其他活性物質(zhì)雜化。近日，哈爾濱工程大學(xué)的范壯軍（通訊作者）等人討論了近幾年來納米纖維素的特殊結(jié)構(gòu)和可持續(xù)的性能，及在電化學(xué)能源領(lǐng)域中納米纖維素的發(fā)展?？偨Y(jié)了纖維素結(jié)構(gòu)的合成、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、官能團(tuán)設(shè)計(jì)，及其在先進(jìn)能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。

圖4 納米纖維素的合成、結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)在能源領(lǐng)域的應(yīng)用

       5、Chemical Society Reviews 綜述：液態(tài)金屬的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用研究

       目前，液態(tài)金屬在許多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，例如：電子、工程和能源領(lǐng)域。在過去的十年里，材料的物理和化學(xué)性能得到了廣泛的理解，例如：低粘度、良好的流動性、高的電子導(dǎo)電性、生物相容性。其中，鎵、鎵基低熔點(diǎn)合金，在生物領(lǐng)域已經(jīng)獲得了廣泛的關(guān)注。本文介紹了液態(tài)金屬的獨(dú)特性能，討論了其在臨床應(yīng)用中的挑戰(zhàn)。近日，來自北卡羅來納大學(xué)教堂山分校、北卡羅萊納州立大學(xué)的Gu Zhen和江蘇省原子醫(yī)學(xué)研究所的楊敏（共同通訊）等人總結(jié)并重點(diǎn)介紹了液態(tài)金屬的組合的流動性、變形性、生物相容性，這些性能使它們在生物醫(yī)學(xué)上具有很好的應(yīng)用前景。同時(shí)，液態(tài)金屬因其具有很好的變形能力而能夠被用來制作軟體機(jī)器人，變形材料制備的機(jī)器人。但在微血管中，這種軟機(jī)器人的制備變得困難。根據(jù)最新的液態(tài)金屬研究成果，其具有高粘度、自我激勵(lì)的行為、持久的動力，由于它們的獨(dú)特性能和良好的流動性和變形性能，因此是制備血管機(jī)器人的潛力材料。

圖5 液態(tài)金屬及其鎵基液態(tài)金屬在生物醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用

       6、Chemical Society Reviews 綜述：光化學(xué)和光物理結(jié)構(gòu)：基于MOF的傳感功能的光化學(xué)和光物理研究

       MOF具有的高比表面積和結(jié)構(gòu)隧道性對于傳感器的發(fā)展特別重要。其中，MOF的捕光能力和光催化性能能夠增強(qiáng)材料的傳感性，此外，MOF的光物理性能能夠提高傳感器的有效性和選擇性。因此本文主要關(guān)注傳感器的最新研究進(jìn)展。近日，南卡羅來納大學(xué)的Natalia B. Shustova（通訊作者）等人總結(jié)了MOF在新型傳感器上的應(yīng)用潛力。目前MOF的光物理和光化學(xué)潛力，加速了光的捕捉、能量額轉(zhuǎn)換和光催化的研究，進(jìn)而揭示了此種傳感器的優(yōu)勢。自然光轉(zhuǎn)換模型能夠用來整合光物理過程，單個(gè)MOF基材料能夠創(chuàng)建傳感平臺。但是將所有討論的性能集成到一個(gè)材料中，制成一個(gè)傳感設(shè)備，仍然是一個(gè)無窮無盡的挑戰(zhàn)。

圖6 自然光作用的示意圖，可用于提高效率的下一代基于MOF的傳感裝置示意圖

       7、Chemical Reviews 綜述：二維納米材料在電催化中的最新進(jìn)展

       在過去的幾十年里，先進(jìn)催化材料的設(shè)計(jì)和發(fā)展對于能源轉(zhuǎn)換效率的影響，得到了廣泛的研究。隨著石墨烯的發(fā)現(xiàn)，二維納米材料的興起，出現(xiàn)了許多具有獨(dú)特物理結(jié)構(gòu)、化學(xué)性能和電性能的催化材料。因此，本文總結(jié)了二維催化劑的催化過程，包括：水循環(huán)、碳循環(huán)和氮循環(huán)，及其多功能應(yīng)用。本文關(guān)注不同二維納米材料的合成策略，及其對材料本身性能的影響。文章還提出了二維納米材料在催化領(lǐng)域的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。近日，阿德萊德大學(xué)的喬世璋和Zheng Yao（共同通訊）等人重點(diǎn)介紹了燃料電池和（光電）電催化水裂解，下一代的動力和燃料生產(chǎn)工藝。由于這些技術(shù)的商業(yè)化，快速反應(yīng)和高產(chǎn)率需要一系列的高性能催化劑。因此需要對基礎(chǔ)理論、概念和催化的知識有更深的理解。這對于迫切需要這些催化劑的分子設(shè)計(jì)具有重要意義。展望未來，理論理算和實(shí)驗(yàn)電化學(xué)測試方法相結(jié)合能夠促進(jìn)先進(jìn)光譜表征并幫助新催化劑的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。

圖7 二維納米材料的特點(diǎn)和應(yīng)用

       8、Chemical Reviews 綜述：體異質(zhì)結(jié)有機(jī)太陽能電池的非富勒烯受體分子的研究

       體異質(zhì)結(jié)中電子給體和電子受體的混合是溶液處理有機(jī)光伏器件的重要成分。在過去的10年里，P型的共軛聚合物和N型的富勒烯衍生物是最廣泛的電子給體和電子受體。但是新聚合物給體的設(shè)計(jì)決定了材料的性能，富勒烯衍生物通常作為有機(jī)太陽電池的電子受體。最近，非富勒烯受體材料，尤其是小分子和低聚物在替代富勒烯材料方面具有很好的應(yīng)用。相對于富勒烯材料，這些新受體具有合成多元化、成本低、很好的化學(xué)性能、熱力學(xué)性能和光學(xué)穩(wěn)定性。最近的5年里，有超過100種非富勒烯受體被合成，制成的有機(jī)太陽能電池效率，從2012年的小于2%，增長到2017年的高于13%。本文總結(jié)了這個(gè)過程，分析了其設(shè)計(jì)思路，揭示了結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，提出了該領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)，展望了有機(jī)太陽能電池的前景。近日，香港科技大學(xué)的顏河（通訊作者）等人重點(diǎn)介紹了非富勒烯受體在有機(jī)太陽能電池上的應(yīng)用。多樣的合成方法提供了分子設(shè)計(jì)戰(zhàn)略，提供了低成本的合成路線，獲得了100多種非富勒烯材料。這種材料結(jié)合其他聚合物或者分子給體，形成了多樣的有機(jī)太陽能電池，包括：二元、三元的單異質(zhì)結(jié)和多異質(zhì)結(jié)的電池。這不僅提高了轉(zhuǎn)換效率，也提高了其化學(xué)、熱力學(xué)和光學(xué)穩(wěn)定性。

圖8 非富勒烯受體分子的應(yīng)用領(lǐng)域

       9、Accounts of Chemical Research 綜述：鹵化鉛鈣鈦礦太陽能電池中小分子作為空穴傳輸材料的研究進(jìn)展

       目前，已經(jīng)有超過100種新的有機(jī)半導(dǎo)體分子被合成，鈣鈦礦太陽能電池中的并作為空穴傳輸材料（HTMS）。但是，截止目前，spiro-OMeTAD仍然是鈣鈦礦電池最好的選擇。但是，spiro-OMeTAD材料存在不穩(wěn)定、使用成本較高的問題。HTMs的新型合成路線應(yīng)該是合成步驟較少，最高的自用分子軌道和最低的非占用分子軌道的化學(xué)合成方法，同時(shí)能夠擴(kuò)大商業(yè)用途。當(dāng)前的工作聚焦于芳胺、咔唑和噻吩等優(yōu)異化學(xué)結(jié)構(gòu)的有機(jī)半導(dǎo)體性能。近日，巴塞羅那科學(xué)技術(shù)學(xué)院的Anton Vidal -Ferran和Emilio Palomares（共同通訊）等人討論了HTMs的設(shè)計(jì)和合成在鈣鈦礦太陽能電池中的迫切需求。盡管HTMs的顯性材料是spiro-OMeTAD，但本文總結(jié)了幾種分子，與spiro-OMeTAD相比，它們具有更高的穩(wěn)定性。文章同時(shí)總結(jié)了鈣鈦礦材料與HTM界面的作用。當(dāng)spiro-OMeTAD在太陽能電池中的表現(xiàn)與HTMs不同時(shí)，HOMO存在能級的差異問題。同時(shí)載流子損耗的研究是非常重要的。幸運(yùn)的是，官能團(tuán)數(shù)量的增多，有助于新材料的快速增長。在未來鈣鈦礦電池的研究中，關(guān)于spiro-OMeTAD的取代是一個(gè)有意義的研究。

圖9 鈣鈦礦電池的層狀結(jié)構(gòu)示意圖