材料前沿最新綜述精選(2017年10月第5周)

1、Nature Reviews Materials綜述:柔性機械材料的研究

圖1 形狀變形超材料實物圖

近日，來自西班牙馬德里卡洛斯三世大學的Johan Christensen(通訊作者)等人概述了新型柔性機械超材料，這種材料表現出非常奇特的功能，例如：隨著機械力的變化，材料形狀和圖案發生變化；運動和波的單向引導以及可重新編程的剛度或耗散等特性。作者討論了確定這些屬性的設計原理，著重研究了線性和基於機制的超材料。最後總結了先進機械超材料在設計、創造和概念化等領域所面臨的挑戰。

文獻鏈接：Flexible mechanical metamaterials (Nat.Rev.Mater.: 10.1038/natrevmats.2017.66）

2、Nature Energy綜述: 高透過率太陽能電池的分散式應用研究

圖2 不同傳播程度的光伏系統

太陽能為我們日益增長的能源需求提供可行的解決方案，近十年來，在屋頂和太陽能發電廠所採用的常規光伏技術發展迅速，前景十分廣闊。近日，來自密西根州立大學的Richard R. Lunt(通訊作者)等人 概述了在不同程度可見光透明度下太陽能電池的進展。新型太陽能電池可以選擇性地吸收紫外光和近紅外光，使得建築環境的許多表面能夠轉變為太陽能收集陣列，而不會影響到其功能或美學。作者討論了透明光伏特性的必要因素，並概述了在建築物、窗戶、電子設備顯示器和汽車上廣泛採用的要求。

文獻鏈接：Emergence of highly transparent photovoltaics for distributed applications (Nat.Energy: 10.1038/s41560-017-0016-9）

3、Advanced Materials綜述: 軟光子學和仿生光學的進步與機遇

圖3 表面等離子體激元(SPP)和局部表面等離子體共振(LSPR)

近日，來自麻省理工學院的Mathias Kolle和成均館大學的Seungwoo Lee(共同通訊作者) 等人概述了軟光子學和仿生光學領域的最新發展，強調了兩個領域之間的聯繫，並討論了軟光子學和生物光子學的發展前景。作者介紹了受自然控制光的方法啟發而得出的光線操縱策略，這些方法通常依賴於軟複合物和流體在微米或納米尺度形態中的整合，其光學性能不同於現在組件。

文獻鏈接: Progress and Opportunities in Soft Photonics and Biologically Inspired Optics(Adv. Mater.: 10.1002/adma.201702669）

4、Nature Reviews Chemistry綜述：分子電催化劑智能設計的研究

圖4 不同強度酸中發生的電化學催化反應

近日，來自巴黎第七大學的Cyrille Costentin和Jean-Michel Savéant(共同通訊作者)等人概述了電催化的新型設計，通過構建火山圖來檢測反應動力學與單一初級中間體的穩定性之間的關係。作者主張通過催化塔菲爾圖來提高周轉頻率與超電勢的關係，從而為本徵催化劑性能提供了更少的限制性和更可靠的評估。在該框架內，優化分子催化劑的方法涉及到改變配體取代基以調節催化劑的電子結構。最後，作者介紹了對於智能設計的展望，它有賴於大量的實驗數據，需要研究人員不懈的工作。

文獻鏈接：Towards an intelligent design of molecular electrocatalysts(Nat.Rev.Chem.: 10.1038/s41570-017-0087）

5、Chemical Society Reviews綜述：氧化石墨烯的合成研究

圖5 尺寸對GO分散體流變行為的影響

石墨烯氧化物(GO)已經成為複合材料中重要的添加劑和性能增強材料, 由於其二維特性和可調功能，GO可以逐層堆疊形成宏觀的自組裝膜。近日，新加坡國立大學的Kian Ping Loh和羅格斯大學的Manish Chhowalla(共同通訊作者)等人研究了製備氧化石墨烯的新方法，將膨脹後的石墨作為原料，製備橫向尺寸大於10μm的大尺寸氧化石墨烯(LGO)。與GO相比，LGO具有更低的缺陷密度，同時可以通過化學還原法轉化為石墨烯。此外，作者還討論了LGO薄膜作為性能增強劑的獨特優點，最後對GO的氧化還原作出了展望。

文獻鏈接：Synthesis and reduction of large sized graphene oxide sheets(Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00485K）

6、Chemical Society Reviews綜述：微孔材料作為儲能裝置的應用

圖6 樣品高壓單晶X射線衍射圖

近日，來自法國科學研究中心的Alain H. Fuchs(通訊作者)等人概述了幾種疏水微孔材料，如沸石、硅膠和二氧化硅等，由於其在幾個水侵入-擠出循環後仍然保持著不水解的穩定性，有望作為新型的儲能材料。此外，作者通過理論研究和分子模擬討論了納米級純水的實驗行為。研究結果表明，一級相變發生水的凝結，其條件是互連的孔結構為3維結構並且充分開放；而在極端條件下，冷凝是通過從稀釋到稠密流體的連續超臨界交叉而發生的，水臨界點相對轉移到較低的溫度。

文獻鏈接：Forced intrusion of water and aqueous solutions in microporous materials: from fundamental thermodynamics to energy storage devicestract (Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00478H）

7、Chemical Reviews綜述：硅基材料光化學和光物理學的研究

圖7 硅基材料(SBMs)框架

硅基材料(SBM)是最先進的化學和生物應用框架系統之一，廣泛用於催化、光子學領域和藥物遞送。研究他們的感光行為需要先進的激光光譜、顯微技術以及計算方法。得益於超高速工具的發展，科學家們可以深入研究它們的感光行為。近日，來自卡斯蒂利亞拉查曼大學的Abderrazzak Douhal(通訊作者)等人概述了對硅基材料光動力學理論和超快實驗研究，並將其與均相介質中的結果進行了比較。此外，作者還討論了硅基材料分子內、分子間質子和電子的能量轉移。最後通過在光催化、感測器、光子學、光伏和藥物傳遞中的應用舉例，表明了硅基材料在現代科技中具有光明的前景。

文獻鏈接：hotochemistry and Photophysics in Silica-Based Materials: Ultrafast and Single Molecule Spectroscopy Observation (Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00422）

8、Chemical Reviews綜述：環糊精與金屬離子、無機納米顆粒的相互作用研究

圖8 環糊精結構示意圖

環糊精(CD)具有疏水性內腔和親水性表面，天然存在的大環系統可用來製造環境友好型的功能納米材料。近日，來自波蘭科學院的Janusz Lewiński(通訊作者)等人概述了各種未改性的CD-金屬絡合物和CD-無機納米粒子體系的合成材料及其應用，並指出其未來的發展方向。CD的疏水空穴與金屬離子或各種無機納米顆粒的關聯可以在水環境下控制無機物的性質。此外，作者還討論了CD對CD-金屬絡合物中金屬離子的配位靈活性，並總結了CD-金屬絡合物的合成和表徵及其在催化和磁性材料中的應用進展。最後介紹了CD在材料科學和納米技術中的新興應用。

文獻鏈接：Interactions of Native Cyclodextrins with Metal Ions and Inorganic Nanoparticles: Fertile Landscape for Chemistry and Materials Science(Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00231）

9、Chemical Reviews綜述：可持續聚合物的研究

圖9 塑料產業的不同工業生態模型圖

以可持續替代品來取代當前的石油基塑料是現代社會所面臨的艱巨挑戰，催化劑為促進可持續聚合物的研發提供了有利的工具。近日，來自斯坦福大學的Robert M. Waymouth(通訊作者)等人概述了可持續聚合物的合成方式以及使用期限選擇的關鍵標準。可持續聚合物定義為一種源自可再生原料並呈現閉環生命周期的材料，脂肪族聚酯和聚碳酸酯由於其可再生性和優異的生物降解性可作為這類材料。另外，作者還介紹了「創新槓桿點」，用來描述新的科學和催化技術可能降低在系統級分析中實現閉環生命周期的技術障礙。

文獻鏈接：Catalysis as an Enabling Science for Sustainable Polymer (Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00329）

本文由材料人編輯部金屬學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

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