Science盤點: 8月材料領域重大進展

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1、Science: 原子水平觀測高活性無Pt ORR催化劑活性位點

洛斯阿拉莫斯國家實驗室Piotr Zelenay（通訊作者）等人利用兩種氮前驅體合成具有多級孔隙結構的Fe-N-C基催化劑並測試其H2-空氣性能，能實現與Pt催化劑相當的性能。同時，利用球差校正掃描透射電鏡確認其活性位點為FeN4結構。這有助於提高對無鉑族金屬ORR催化劑（PGM-free）的認識以及降低質子交換膜燃料電池的成本推進其應用。

文獻鏈接：Direct atomic-level insight into the active sites of a high-performance PGM-free ORR catalyst（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan2255）

2、Science: 機械化學解離絕緣聚酯製備半導體聚乙炔

斯坦福大學Todd J. Martinez、Noah Z. Burns和夏岩（共同通訊作者）等人報道在應力作用下大分子結構重新排列，受機械化學響應的非共軛型聚合物可以轉化為共軛聚合物。並利用此方法成功解離了聚酯，獲得聚乙炔嵌段共聚物。所製備的聚乙炔具有很長的共軛長度以及均一的反式構型，能夠自我組裝成為半導體納米線。

文獻鏈接：Mechanochemical unzipping of insulating polyladderene to semiconducting polyacetylene（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan2797）

3、Science: 新合成sp2雜化二維COFs晶體

日本北陸先端科學技術大學院大學江東林教授（通訊作者）等人通過TFPPy（tetrakis(4-formylphenyl)pyrene）和PDAN（1,4-phenylenediacetonitrile）中C=C的縮合反應，構建π共軛的2D sp2-c-COF晶體。材料在x和y外延鍵合形成的2D晶格中，每隔一定距離出現C=C鍵合的芘節點，因而整個體系表現出有序的層狀結構而不是傳統的無序結構。該sp2-c-COF有著本徵的半導體特性，能隙為1.9 eV，可以通過化學氧化進一步提高其導電性。同時芘節點產生的自由基，可使材料形成具有高自旋密度的順磁碳結構。

文獻鏈接：Two-dimensional sp2 carbon-conjugated covalent organic frameworks（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan0202）

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4、Science: 神奇的注入型潤滑劑材料讓貽貝不再「粘人」

哈佛大學的Joanna Aizenberg、弗里德里希-亞歷山大大學的Nicolas Vogel和新加坡南洋理工大學的Ali Miserez（共同通訊作者）等人報道了注入潤滑劑的表面可成為新型防水塗料，具有很好的防止生物污染能力。通過不混溶、不反應的液體潤滑劑覆蓋在固體基材上，以防止貝類與材料直接接觸。因為潤滑劑注入的塗層在排斥有機液體、水，減少細菌、血液和藻類的結垢方面特別有效，所以它們可以有效地防止貽貝粘附。

文獻鏈接： Preventing mussel adhesion using lubricant-infused materials（Science，2017，DOI: 668–673）

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5、Science: 分子自旋光伏器件

西班牙CIC nanoGUNE研究中心的Luis E. Hueso（通訊作者）等人報道了一種基於C60富勒烯的分子自旋光伏器件，其將光伏響應與穿過分子層的自旋傳輸相結合。光伏響應可以在小磁場的應用下進行改進，室溫下的磁光伏效應可達5％。包括磁電流逆變器和某些照明度下發散磁電流的存在使其在感測領域大有用處。完全的自旋極化電流可以在光生載流子的存在下通過平衡外部的空間自旋極化注入產生。

文獻鏈接：A molecular spin-photovoltaic device（Science.2017，DOI: 10.1126/science.aan5348）

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6、Science: D&P鋼中高位錯密度引起高延性

香港大學的黃明欣博士與北京科技大學的羅海文教授（共同通訊作者）發展了一種變形分區（D&P）策略來解決上述問題。研究人員利用軋制和低溫回火過程將中錳鋼成功發展為超級鋼（10%錳，0.47%碳，2%鋁，0.7%釩）。這其中錳和碳原子都是奧氏體穩定劑，而鋁的作用是抑制了回火過程中滲碳體的析出，釩的加入則可以形成碳化物來增強對滯後斷裂的抵抗性。通過引入大量的可移動位錯，研究人員成功地證明了提高位錯密度能夠同時提高材料強度和延展性。

文獻鏈接：High dislocation density–induced large ductility in deformed and partitioned steels（Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aan0177）

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7、Science: 通過碳納米管紗線的扭曲收集電能

韓國漢陽大學的Shi Hyeong Kim，美國德克薩斯大學的Carter S. Haines和Na Li（共同通訊）等人報道了一種碳納米管紗線能量收集器件，該器件可以通過拉伸和扭轉將機械能轉換為電能而不要需要外加電壓；將盤繞的碳納米管紗線拉伸最大可獲得250W/kg的電功率（循環至30Hz），每圈循環的電能可達41.2J/kg。這種能量收集器可以用于海洋中收集潮汐能，將其與熱驅動人工肌肉相結合可以把溫度的變化轉換為電能，將其編織到紡織品中可以用於自供電呼吸感測器中，為發光二極體供電或者為儲能電容器供電。

文獻鏈接：Harvesting electrical energy from carbon nanotube yarn twist( Science, 2017, DOI: 10.1126/science.aam8771)

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8、Science: 2D異質結、多異質結以及超晶格的可控外延生長

湖南大學（第一單位）及加州大學洛杉磯分校的段鑲鋒教授和湖南大學段曦東（共同通訊作者）報道了一種能控制多種異質結、多異質結和超晶格2D原子晶體生長的普適性合成方法。通過改性氣相沉積，在連續的氣相沉積過程，溫度浮動期間加以反向氣流，可以冷卻存在的2D晶體以防止不需要的熱降解和不可控的均相成核，因此能實現高度穩健的逐塊外延生長。同時，不限於單一的異質結，更多不同的2D異質結（如WS2-WSe2和WS2-MoSe2）、多異質結（如WS2-WSe2-MoS2和WS2-MoSe2-WSe2）和超晶格（如WS2-WSe2-WS2-WSe2-WS2）通過精確的空間調製成功製備。所製備的WSe2- WS2表現出很好的二極體特性，整流比高達105。

文獻鏈接：Robust epitaxial growth of two-dimensional heterostructures, multiheterostructures, and superlattices（Science，2017，DOI: 10.1126/science.aan6814）

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本文由材料人學術組大黑天供稿，材料牛編輯整理。

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