1. 光致晶格膨脹提高鈣鈦礦太陽能電池效率

       （Light-induced lattice expansion leads to high-efficiency perovskite solar cells）

       材料名稱：鹵化物

       研究團(tuán)隊(duì)：美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室Mohite研究組

       光誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，在基于混合鈣鈦礦的光電子器件的物理性質(zhì)、器件性能和穩(wěn)定性方面發(fā)揮著重要作用。Tsai 等人報(bào)導(dǎo)了連續(xù)光照會(huì)導(dǎo)致混合鈣鈦礦薄膜中的均勻晶格膨脹，這是獲取高效光伏器件的關(guān)鍵。相關(guān)的原位結(jié)構(gòu)和器件表征揭示出，光誘導(dǎo)的晶格膨脹對(duì)混合陽離子純鹵化物平面器件的性能是有利的，能夠?qū)⒐β兽D(zhuǎn)換效率從 18.5％ 提高到 20.5％。晶格膨脹導(dǎo)致了局部晶格應(yīng)變的弛豫，這降低了鈣鈦礦-接觸界面處的能壘，從而改善了開路電壓和填充系數(shù)。即使在全光譜一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽（100毫瓦/平方厘米）照射下連續(xù)工作超過 1500 小時(shí)，光致晶格膨脹也不會(huì)損害這些高效光伏器件的穩(wěn)定性。（Science DOI: 10.1126/science.aap8671）

       2. 對(duì)范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)中分?jǐn)?shù) Chern 絕緣體的觀測(cè)

       （Observation of fractional Chern insulators in a van der Waals heterostructure）

       材料名稱：雙層石墨烯-六方氮化硼異質(zhì)結(jié)構(gòu)

       研究團(tuán)隊(duì)：加州大學(xué)圣芭芭拉分校Young研究組

       拓?fù)溆行蛳嗟奶攸c(diǎn)是長程量子糾纏和分?jǐn)?shù)統(tǒng)計(jì)，而不是對(duì)稱性破缺。拓?fù)溆行蚴状伟l(fā)現(xiàn)于分?jǐn)?shù)填充的連續(xù)朗道能級(jí)中，自此之后便被提出在拓?fù)浞瞧椒?Chern 能帶的分?jǐn)?shù)填充中會(huì)更普遍地出現(xiàn)。Spanton 等人報(bào)導(dǎo)了對(duì)于雙層石墨烯-六方氮化硼異質(zhì)結(jié)構(gòu)中由于磁場(chǎng)和超晶格電勢(shì)相互作用而產(chǎn)生的哈珀-霍夫斯塔特能帶分?jǐn)?shù)填充處的空隙態(tài)的觀測(cè)，并在 Chern 指數(shù) C = -1，±2 和 ±3 的能帶的分?jǐn)?shù)填充處觀測(cè)到了相。這些相中，有一些在 C = -1 和 C = 2 能帶中的，是以分?jǐn)?shù)霍爾電導(dǎo)為特征，也就是說，它們是被稱為分?jǐn)?shù) Chern 絕緣體，并且能夠構(gòu)成拓?fù)溆行虺嚼实滥芗?jí)的一個(gè)例子。（Science DOI: 10.1126/science.aan8458）

       3.利用人造界面實(shí)現(xiàn)碳酸鹽電解質(zhì)中的可逆鎂化學(xué)

       (An artificial interphase enables reversible magnesium chemistry in carbonate electrolytes)

       材料名稱：碳酸鹽電解質(zhì)

       研究團(tuán)隊(duì)：美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室Chunmei Ban研究組

鎂基電池與對(duì)應(yīng)的鋰基電池相比具有潛在的優(yōu)勢(shì)。但是，可逆的 Mg 化學(xué)需要低電位下熱力學(xué)穩(wěn)定的電解質(zhì)，而這通常需要通過腐蝕性組分和以抗氧化穩(wěn)定性為代價(jià)來實(shí)現(xiàn)。在鋰離子電池中，電解質(zhì)的陰極和陽極穩(wěn)定性之間的沖突，是通過形成防止電解質(zhì)被減少的陽極界面來解決的。這種策略不適用于鎂電池，因?yàn)槎r(jià) Mg2+ 無法穿透這樣的界面。Son 等人在 Mg 陽極表面上設(shè)計(jì)了一種人造 Mg2+ 導(dǎo)電界面，成功分離了電解質(zhì)對(duì)陽極和陰極要求，并在抗氧化電解質(zhì)中證實(shí)了高度可逆的 Mg 化學(xué)。這種人造界面促成了含水的基于碳酸鹽的電解質(zhì)中 Mg/V2O5 全電池的可逆循環(huán)。這種方法不僅為 Mg電池 ，也為面臨相同問題的其他多價(jià)陽離子電池提供了新的途徑，使它們朝著能量儲(chǔ)存應(yīng)用邁出了一大步。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/s41557-018-0019-6）

       4. 一種構(gòu)建不對(duì)稱催化劑的人造分子機(jī)器

       (An artificial molecular machine that builds an asymmetric catalyst)

       材料名稱：輪烷分子機(jī)器

       研究團(tuán)隊(duì)：英國曼徹斯特大學(xué)Leigh研究組

       生物分子機(jī)器能夠執(zhí)行人造分子機(jī)器所渴望達(dá)到的復(fù)雜的分子水平任務(wù)。例如，核糖體可以將來自橫貫其中的聚合物軌道的信息（信使 RNA）翻譯成其構(gòu)建的新聚合物（多肽）。其中讀取的密碼子的序列和數(shù)量決定了摻入生物機(jī)器合成聚合物中的構(gòu)件的序列和數(shù)量。然而，在人造大分子的合成中，既不能輕易控制序列，也無法輕易將長度信息從一種聚合物轉(zhuǎn)移到另一種（迄今為止只能在人造系統(tǒng)中通過模板合成完成）。開發(fā)出的基于輪烷的分子機(jī)器，通過沿著用氨基酸苯酚酯衍生的單分散低聚物軌道運(yùn)動(dòng)的大環(huán)的作用，能夠連續(xù)地將氨基酸（包括β-氨基酸）添加至生長中的肽鏈。帶螺紋的大環(huán)吸取阻斷其路徑的基團(tuán)，并通過連續(xù)的天然化學(xué)連接反應(yīng)連接它們從而形成對(duì)應(yīng)于軌道上構(gòu)件順序的肽序列。Bo 等人研究表明，作為翻譯序列信息的替代方式，輪烷分子機(jī)器可以將聚苯乙烯鏈的窄多分散性，轉(zhuǎn)移至分子機(jī)器制造的同型亮氨酸低聚物，其中，這種聚苯乙烯鏈?zhǔn)峭ㄟ^原子轉(zhuǎn)移自由基聚合合成的亮氨酸酯衍生的。所得到的窄分子量低聚物折疊成α-螺旋二級(jí)結(jié)構(gòu)，充當(dāng)用于查耳酮 Juliá-Colonna 環(huán)氧化的不對(duì)稱催化劑。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0105-3）

       5. 由相位相干超快速淬熄引起的銅酸鹽中超導(dǎo)電性崩潰

       (Collapse of superconductivity in cuprates via ultrafast quenching of phase coherence)

       材料名稱：銅酸鹽

       研究團(tuán)隊(duì)：加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)Damascelli研究組

       超疏水性是多種天然表面表現(xiàn)出的顯著的進(jìn)化適應(yīng)性。單獨(dú)分別具有良好機(jī)械堅(jiān)固性、基材附著力和化學(xué)穩(wěn)健性的人造超疏水涂料已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)了。但是，想要同時(shí)表現(xiàn)出這些特征并抵抗通過高速墜落或噴射撞擊的液體穿刺仍是具有挑戰(zhàn)性的。Peng 等人描述了一種全有機(jī)、柔性超疏水納米復(fù)合涂料，這些涂料在循環(huán)膠帶剝離和 Taber 磨損下表現(xiàn)出了強(qiáng)大的機(jī)械穩(wěn)定性，可持續(xù)暴露于高腐蝕性介質(zhì)，即王水和氫氧化鈉溶液中，并可通過可擴(kuò)展技術(shù)作為噴涂和刷涂應(yīng)用于表面。此外，這種涂層的機(jī)械靈活性使得對(duì)高速液滴和湍流噴嘴的抗穿刺性至少達(dá)到約 35 m?s-1，韋伯?dāng)?shù)達(dá)到約 43000。這些涂料具有多方面的堅(jiān)固性和可擴(kuò)展性，應(yīng)該能夠在苛刻的化學(xué)工程以及基礎(chǔ)設(shè)施、運(yùn)輸車輛和通信設(shè)備中發(fā)現(xiàn)其潛在的用途。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0044-2）

       6. 高相位純度的 1T'-MoS2 和 1T'-MoSe2 層狀晶體

       (High phase-purity 1T’-MoS2- and 1T’-MoSe2-layered crystals)

       材料名稱：1T'-MoS2 和 1T'-MoSe2 層狀晶體

       研究團(tuán)隊(duì)：新加坡南洋理工大學(xué)張華研究組

       因?yàn)橄辔唤Y(jié)構(gòu)對(duì)諸如電導(dǎo)率和化學(xué)穩(wěn)定性等性質(zhì)具有深遠(yuǎn)影響，所以相位控制在無機(jī)材料的精確合成中起著重要作用。金屬相 VI-族過渡金屬硫族化合物（過渡金屬是 Mo 和 W，硫族元素是 S，Se 和 Te）在電催化方面表現(xiàn)出的性能比其半導(dǎo)體對(duì)應(yīng)物還要好，但相控制劑卻一直面臨著挑戰(zhàn)。Yu 等人報(bào)告了高純度的微米尺寸金屬相 1T'-MoX2（X = S，Se）層狀體單晶的大規(guī)模制備，并發(fā)現(xiàn) 1T'-MoS2 晶體具有畸變的八面體配位結(jié)構(gòu)，在熱退火或激光照射后可轉(zhuǎn)變?yōu)?2H-MoS2。電化學(xué)測(cè)量表明，在酸性介質(zhì)中，對(duì)于電催化析氫反應(yīng) 1T'-MoS2 的基面比 2H-MoS2 的基面更有活性。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/s41557-018-0035-6）

       7. 利用分層納米結(jié)構(gòu)凝膠實(shí)現(xiàn)高效太陽能水蒸發(fā)

       (Highly efficient solar vapour generation via hierarchically nanostructured gels)

       材料名稱：納米結(jié)構(gòu)凝膠（HNG）

       研究團(tuán)隊(duì)：德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校余桂華研究組

       太陽能水蒸發(fā)是收集太陽能來凈化污染水或含鹽水的有效方式。然而，水蒸發(fā)受到太陽能利用效率低下或需要復(fù)雜昂貴的光集中配件的影響。Zhao 等人展示了一種基于聚乙烯醇（PVA）和聚吡咯（PPy）的分層納米結(jié)構(gòu)凝膠（HNG），用作獨(dú)立的太陽能蒸汽發(fā)生器。它可以原位地利用轉(zhuǎn)化的能量，來驅(qū)動(dòng) PVA 網(wǎng)絡(luò)的分子網(wǎng)格中包含的水進(jìn)行蒸發(fā)，而其中水凝膠的骨架則可以促進(jìn)水分的蒸發(fā)。漂浮的 HNG 樣品可以利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽照射的 94％ 的能量實(shí)現(xiàn) 3.2kg·m-2·h-1 的破紀(jì)錄的蒸發(fā)量，置于純凈鹽水時(shí)每平米每天可以蒸發(fā)純化 18-23 升的鹽水。而之所以能實(shí)現(xiàn)如此高的水蒸發(fā)速率，主要得益于在太陽光照射下，分子級(jí)網(wǎng)孔中水蒸發(fā)的潛熱大幅降低。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0097-z）

       8. III-V 族硅基太陽能電池在雙端配置下達(dá)到 33％ 的光轉(zhuǎn)換效率

       (III–V-on-silicon solar cells reaching 33% photoconversion efficiency in two-terminal configuration)

       材料名稱：III-V 族硅基太陽能電池

       研究團(tuán)隊(duì)：德國弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所Cariou研究組

       硅在光伏產(chǎn)業(yè)占主導(dǎo)地位，但硅單結(jié)太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率固有地限制在了 29.4％，并實(shí)際上限制在了 27％ 左右。在多結(jié)器件中，通過將硅與高帶隙材料（如 III-V 半導(dǎo)體）相結(jié)合，可以克服此限制。但與這種材料結(jié)合相關(guān)的重大挑戰(zhàn)卻阻礙了高效 III-V/Si 太陽能電池的發(fā)展。Cariou 等人展示了一種能夠達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn) III-V/Ge 三結(jié)太陽能電池類似性能的 III-V/Si 電池。這種器件采用晶片鍵合技術(shù)制造，將 GaInP/GaAs 頂電池與硅底電池永久地連接在一起。利用了多晶硅/SiOx 鈍化觸點(diǎn)和用于硅底電池的新型后側(cè)衍射光柵來解決 III-V/Si 的界面重組和硅的弱吸收兩個(gè)關(guān)鍵問題。依靠這些綜合特性，Cariou 等人展示了一款雙端 GaInP/GaAs//Si 太陽能電池，其在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽照射下 AM1.5G 轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 33.3％。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0125-0）