《自然》《科学》一周(10.12-10.18)材料科学前沿要闻

来源:新材料在线

1.柔性、高效全聚合物太阳能电池

(Flexible, highly efficient all-polymer solar cells)

 

全聚合物太阳能电池作为柔性和可移动发电器具有很大潜力。为能满足商业应用,这类电池需要有良好的机械寿命和高能量转化效率。 Kim 等人开发了一种基于 PBDTTTPD 聚合物给体和 P(NDI2HD-T)聚合物受体的高效全聚合物太阳能电池。电池展示出 6.64% 的能量转化效率,比基于聚合物-富勒烯体系的电池效率(6.12%)还高。更重要的是,这种全聚合物电池在强度和柔性方面也具有极大的提升,因此也更适合用于柔性、可移动设备。(Nature Communications  DOI : 10.1038 / ncomms 9547 )

2.液相剥离溶剂稳定化的薄层黑磷

(Liquid exfoliation of solvent-stabilized few-layer black phosphorus for applications beyond electronics)

 

薄层黑磷(BP)是一种新型二维材料,在电子器件方面有很大的应用潜力。不过,由于缺乏环境稳定性,严重影响了它的合成和加工。 Hanlon 等人报道了一种在常规条件下大量制备高质量薄层BP纳米片的制备方法。该方法主要通过液相剥离溶于 CHP 溶剂中的黑磷来完成。他们发现,剥离出的黑磷纳米片在 CHP 中非常稳定,推测可能是溶剂化壳保护纳米片使之避免与水或氧发生反应。这种方法制备出的 BP 纳米片不仅在电子器件中可以应用,还可以在更多方面(如气体传感器等)有用武之地。(Nature Communications  DOI : 10.1038 / ncomms 9563 )

3.在金箔上大面积合成均匀、高质量的单层WS2

(Large-area synthesis of high-quality and uniform monolayer WS2 onreusable Au foils)

 

大面积单层 WS2 是用于下一代电子和光电子器件的理想材料。不过,化学气相沉积法(CVD)在制备大尺度样品时具有层数不均匀、较小的相区尺寸以及缺陷多等缺点,因此不适合柔性器件的加工制备。 Gao 等人报道了通过自限催化表面生长法在 Au 上生长出均匀、单层的毫米级的大面积 WS2 薄膜。 WS2 与 Au 的弱相互作用使得可以用电化学鼓泡法将单层膜转移到任意的衬底上。这种方法制备的 WS2 薄膜具有很高的结晶质量,同时光学和电学特性甚至要比机械剥离的样品还好。此外,作者还用卷对卷加工法制备了单层 WS2 、双层 WS2 以及 WS2/石墨烯异质结的大面积柔性薄膜。(Nature Communications  DOI : 10.1038 / ncomms 9569)

4.平面碳纳米管-石墨烯杂化膜用于高效宽带光探测器

(Planar carbon nanotube–graphene hybrid filmsfor high-performance broadband photodetectors)

 

石墨烯因其优异的电子和光学性质在光电子器件方面有很大应用潜力。不过,由于较低的吸光截面和极快的光生载流子复合速率,使得石墨烯的光响应度较差。 Liu 等人报道了一种碳纳米管-石墨烯杂化材料,得益于纳米结构中高效的光载流子产生和传输过程,这种材料的光增益高达 105 。基于此材料制备的光探测器具有宽的探测范围(400-1550nm)、高的光响应度(>100AW-1)以及极快的响应速度(~100μs)。这一材料为制备全碳光电子器件带来了可能。(Nature Communications  DOI : 10.1038 / ncomms 9589 )

5.像皮肤一样的有机数字机械感受器

(A skin-inspired organic digital mechanoreceptor)

 

人类的皮肤是一层柔性防水层,不过它同时还可以感受我们周围的世界。皮肤可以对周围环境产生反馈,帮助我们躲避过热的物体或者增强抓握的力量以免物体滑落。 Tee 等人利用压敏薄片和印刷环形振荡器,制备了与人类皮肤类似的机械感受器。这种感受器可以成功的将压力转化为数字信号,其灵敏程度与人类皮肤可以相媲美。(Science  DOI : 10.1126 / science.aaa 9306 )

6.利用多孔铜硅分子筛从潮湿废气中收集CO2

(CO2 capture from humid flue gases and humid atmosphere using amicroporous coppersilicate)

 

从废气流中收集 CO2 是很困难的,特别是从发电厂排出的废气中。这是由于废气流中的水分会阻止 CO2 的吸收,而且还可能造成吸附材料的老化。究其原因是,大部分吸附材料会在相同位点既吸附水,又吸附 CO2 ,而往往吸附水占据主导。 Datte 等人开发了一种多微孔硅酸铜分子筛,可以避免这一问题。虽然这种材料也会吸收水,但它对水和 CO2 的吸附位点不同。因此,即便在吸附水之后,依然具有很好的稳定性,同时还可以反复使用。(Science  DOI : 10.1126 / science.aab 1680 )

7.钴催化剂催化羧酸进行加氢反应

(Hydrogenation of carboxylic acids with a homogeneous cobalt catalyst)

 

催化 C=O 键加氢反应来制备醇类在化学合成中是一类最常用的反应。不过,以生物质为原料来制造商业化学品最近又重新引起科学家的兴趣。 Korstanje 等人证明,某些钴类化合物可以催化羧酸中的 C=O 键进行氢化反应。利用羧酸并不容易,因为大多数催化剂在酸性条件下都会变质。钴催化剂可以容忍多种类型的底物,并且在地球上储量丰富,因此有利于长期使用。(Science  DOI : 10.1126 / science.aaa 8938 )

8.Glucosepane的简易全合成

(Concise total synthesis of glucosepane)

 

尽管蛋白质主链仅包含氨基酸,但是细胞中的很多其他分子会通过一种叫做翻译后修饰的过程与之结合。其中一种序列叫做 glucosepane ,它的赖氨酸和精氨酸侧链会通过与葡萄糖反应形成紧密交联的结构。这种交联结构的形成对研究糖尿病很有意义。 Draghici 等人报道了一种简易全合成的方法来合成 glucosepane 。这种方法有利于对分子结构更精确的表征,同时观察在活体中的作用。(Science  DOI:10.1126 / science.aac 9655 )