《自然》《科学》一周(9.07-9.13)材料科学前沿要闻

来源:新材料在线

1.双极性溶液加工杂化钙钛矿光晶体管

    (Ambipolar solution-processed hybrid perovskite phototransistors)

    有机铅卤钙钛矿因其具有优异的物理性质而备受瞩目,它已作为活性层材料应用于杂化固态太阳能电池中。 Li 等人研究了基于杂化钙钛矿薄膜的光晶体管的性质,他们发现杂化钙钛矿薄膜具有双极性传输的优异特性。基于三碘钙钛矿的薄膜在室温下场效应空穴和电子迁移率分别为 0.18 和 0.17cm 2V-1s-1 。杂化钙钛矿器件的光响应度达到 320AW-1 ,是同类器件的最高水平。更重要的是,光晶体管还表现出极快的光响应速度(小于 10ms )。溶液加工和极佳的器件性能都说明杂化钙钛矿在光电应用方面有很大的潜力。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 9238 )

    2.通过烷基磷酸 ω-氯化铵的晶体交联作用提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性

    (Improved performance and stability of perovskite solar cells by crystal crosslinking with alkylphosphonic acid ω-ammonium chlorides)

    过去几年,有机-无机卤化钙钛矿在光伏器件应用方面展示了巨大的潜力,不过同时提高器件效率和稳定性是当下的研究难点。 Li 等人以磷酸胺为添加剂,采用一步溶液加工法,同时提升了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。他们通过向前驱体溶液中添加四丁基磷酸氯化铵,使得旋涂出来的薄膜表面质量改善。形貌、结构和元素分析结果表明,磷酸胺添加剂起到促使相邻晶粒交联的作用。最终,电池的效率由 8.8% 提升到 16.7% ,同时对湿度的稳定性也提高了。(Nature Chemistry DOI : 10.1038 / NCHEM. 2324 )

    3.纳米多孔金的电势依赖动态断裂

    (Potential-dependent dynamic fracture of nanoporous gold)

    当金属合金暴露于腐蚀性环境中时,会自发形成纳米级多孔结构,这反过来又会给合金的机械性能带来影响。这种应力腐蚀破裂常见于核电站中的黄铜和不锈钢。对此一种解释是,在多孔层中发生高速的断裂,接着会影响到非多孔的主体材料中。 Sun 等人使用高速摄像机和数字图像关联法,研究了纳米多孔金动态和静态的断裂过程。实验结果表明,在典型的形成多孔结构的电化学电势下,这些结构的断裂速度达到 200m s-1 。(Nature Materials DOI : 10.1038 / NMAT 4335 )

 

    4.包含钴卟啉的共价有机骨架用于在水相中催化 CO2

    (Covalent organic frameworks comprising cobalt porphyrins for catalytic CO2 reduction in water)

    将分子催化剂捆绑起来使其更容易纯化和回收是一种值得尝试的方法。 Lin 等人报道了一种共价有机骨架(COF)的组装结构,可以提高催化剂的性能。他们使用钴卟啉作为 COF 的一部分结构单元,可以在水中将 CO2 电化学还原为 CO 。结果这种材料展示出了更高的催化活性, Faradaic 效率达到 90% ,转换数达到 290000 次。(Science DOI : 10.1126 / science.aac 8343 )

    5.原位研究铝/氧化物界面间的氢气气泡的生成

    (In situ study of the initiation of hydrogen bubbles at the aluminium metal/oxide interface)

    在金属基底和保护性氧化物层的界面产生过量的氢气会导致部分区域起泡并碎裂。不过,目前还尚不明确纳米级的气泡在开始的位置是如何达到临界尺度的。 Xie 等人利用原位环境透射电子显微镜实验,在暴露于氢气的条件下,研究了金属铝/氧化物层界面的性质。他们发现,一旦界面间进入氢气,铝原子的表面扩散就会在金属表面上形成孔洞。孔洞的形貌和生长速率很大程度上受到铝基底晶向的影响。一旦孔洞增长至临界尺寸,内部的气压就足以是氧化物层破裂。作者称,他们的研究揭示了氢气对界面的破坏作用的原理。(Nature Materials DOI : 10.1038 / NMAT 4336 )

    6.石墨烯的正压电效应

    (The positive piezoconductive effect in graphene)

    作为最薄的导电材料和弹性材料,石墨烯在后摩尔时代被寄予厚望。除了应用于电子器件上,石墨烯在纳米机电系统方面也展示出潜力。尽管在调节层状材料电学性质时,层间的相互作用非常重要,但是对层间的电机械性质的研究尚处于空白。 Xu 等人发现并研究了双层和多层石墨烯材料的正压电效应。这种效应与石墨烯的层数高度相关,在层数为三层时响应最强烈。这种效应可以理解为层间耦合与层内传导的竞争作用的结构。他们的实验结果丰富了对石墨烯材料的认识,并证明层数是调节石墨烯机电性质的重要工具。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 9119 )

    7.具有类似异质结界面的单层 Bi2WO6 纳米片用于光催化

    (Monolayered Bi2WO6 nanosheets mimicking heterojunction interface with open surfaces for photocatalysis)

    近来,二维层状异质结因其在电子、光电子、太阳能器件中的优异性能而受到广泛关注。不过,层状异质结材料,特别是通过强化学键(而非分子间作用力)将不同组分单层结构连接起来的纳米片的制备是很困难的。 Zhou 等人制备了单层的 Bi2WO6 纳米片,其构型是 [BiO]+–[WO4]2-–[BiO]+ 的三明治结构。这种材料可以看作是依靠化学键将不同的氧化物层连接起来的层状异质结结构。在光照下,空穴可以在表面层产生,电子可以在中间层产生,这使得材料具有优异的太阳能转化特性。他们的工作提供了一种自下而上的合成方法,来设计制备新型的具有快速电荷转移及活性表面的新型单层材料。(DOI: 10.1038 / ncomms9340)

    8.氮嵌入的巴基碗以及它与 C60 的组装

    (Nitrogen-embedded buckybowl and its assembly with C60)

    弯曲的 p 共轭分子由于具有独特的性质而受到广泛的关注。不过,合成这种扭曲的分子常常需要苛刻的合成条件,这限制了在曲面中引入杂原子的可能。 Yokoi 等人报道了合成 p 共轭的 azacorannulene 分子,分子中心是氮原子。这种分子的给电子性质协同弯曲表面使得它无论在溶液还是在固态条件下,都能够与 C60 紧密贴合。 Azabuckybowl / C60 分子对具有很高的载流子迁移率。作者称这个化合物或许可以作为前驱体制备含氮的碳纳米材料。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 9215 )