材料前沿最新綜述精選(2017年11月第3周)

1、Adv. Energy Mater. 綜述：富鎳正極商業化前景以及其所面臨的現實問題

圖1：富鎳陰極材料商業化的要求和考慮

層狀富鎳正極材料因其可逆容量大、成本低等優點，被認為是鋰離子電池的優秀正極材料。然而，鎳含量超過80%的富鎳正極材料在實際應用中存在著不穩定的粉末性質和電極密度限制等重大挑戰。

近日，韓國蔚山國家科學技術研究所的Minjoon Park和Jaephil Cho教授（共同通訊）等人在Adv. Energy Mater.上發表了一篇關於富鎳正極的綜述文章。該綜述總結了富鎳正極材料在工業電極製造條件下的穩定性問題並且對富鎳正極材料的性質進行了深入探討。此外，該綜述還從材料的角度系統研究了多種威脅電池安全的因素，如粉末性能、熱/結構的穩定性等。

文獻鏈接：Prospect and Reality of Ni-Rich Cathode for Commercialization (Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201702028)

2、Adv. Energy Mater. 綜述：高性能熱電材料的進展及其應用

圖2：(a).2015年能量總份額；(b).能源消耗統計與估計；(c).熱電發電機的模型

熱電材料可以將熱能轉換為電能來提高燃料效率，並通過收集廢熱，為工業提供可靠的替代能源，這為尋找新能源提供了解決方案。優異的熱電材料是製備高性能的熱電器件關鍵，高性能熱電器件的發展不僅拓寬了熱電應用的市場還提升了科研人員對材料研究的積極性。

近日，昆士蘭大學鄒進教授和陳志剛副教授（共同通訊）等人在Adv. Energy Mater.上發表了一篇關於熱電材料的綜述。該綜述總結了實現高性能碲材料的新策略及其主要的新應用。其中操縱材料的載流子濃度和能帶結構是優化電荷傳輸性能的有效途徑，而納米結構工程和缺陷工程則可以大大降低接近非晶態極限的熱導率。目前，熱電器件被用來在遠程任務、太陽能熱系統、可植入或可穿戴設備、汽車工業以及許多其他領域；它們也用作溫度感測器和控制器甚至氣體感測器。熱電領域的未來趨勢是協同優化和整合所有的有效因素，進一步提高熱電性能，使高效的熱電材料和器件更有益於日常生活。

文獻鏈接：High Performance Thermoelectric Materials: Progress and Their Applications (Adv. Energy Mater., 2017, DOI: 10.1002/aenm.201701797)

3、Prog. Polym. Sci. 綜述：螺吡喃助力聚合物感應應力

圖3：固體聚合物中機械誘導的sp活化

近年來，機械響應聚合物在應力/應變感測和損傷預警等方面具有重要應用，因此此類聚合物獲得了研究者的大量關注。近日，加拿大麥克馬斯特大學的朱世平教授（通訊作者）等人在Prog. Polym. Sci.上發表了一篇關於應力感應聚合物的綜述。在該綜述中，研究者提出了螺吡喃(SP)的機械化學流程，以及螺吡喃在各種聚合物體系中的影響因素和應用。綜述的最後簡要的強調了螺吡喃在聚合物應用中所面臨的局限性及其未來的研究方向。

文獻鏈接：Let spiropyran help polymers feel force! (Prog. Polym. Sci, 2017, DOI: 10.1016/j.progpolymsci.2017.11.001)

4、Scripta Mater. 綜述：RFe12型化合物在永磁體中的研究進展

圖4：R(Fe, M )12的四方晶胞

ThMn12型化合物一直都被公認為是一類潛在的永磁材料，但是其研究在近些年才逐步展開。特別是近四年，關於ThMn12型化合物在永磁領域的文章特別多。其一是由於Nd-Fe-B作為最好的磁鐵材料已經發展到了520 kJ m-3的極限值，因此更具有發展潛力的ThMn12型化合物再次受到關注。其二是因為磁體材料在新一代的風力渦輪機和電動（混合動力）汽車中需要在175-200℃中工作，而Nd-Dy-Fe-B和Sm-Co磁鐵承擔不了此重任。因此急需發展新的鐵磁材料來適應新時代的需求。

近日，美國特拉華大學A.M. Gabay教授（通訊作者）等人在Scripta Mater.上發表了一篇關於RFe12型化合物永磁體的綜述。該論文回顧和分析了ThMn12型硬磁性化合物的發展歷程，並且試圖找出當下最有前景的永磁材料。該論文還提出，由於機械化學為製備具有高矯頑力的各向異性磁粉提供了契機，研究者在利用Ce取代和無稀土化合物來製備各向異性磁粉方面表現出濃厚的研究興趣。

文獻鏈接：Recent developments in RFe12-type compounds for permanent magnets (Scripta Mater., 2017, DOI: 10.1016/j.scriptamat.2017.10.033)

5、Chem. Soc. Rev. 綜述：有機氣溶膠中的相分離

圖5：氣溶膠對氣候與人類健康的影響

有機氣溶膠在大氣中無處不在，一般是由有機化合物和鹽組成，其一方面會影響太陽光的散射，另一方面氣溶膠會變成形成烏雲的核進而影響氣候。歷史上科學家認為有機氣溶膠的形成需要經過兩個相變：風化（結晶）和潮解（吸水）。然而，近十幾年提出的一種新的觀點認為有機氣溶膠可以經歷液-液的相分離，最終形成兩個液相粒子。近幾年研究者對液-液相分離進行了細緻的研究，並且其機制也發展到了理論模型的階段。

近日，美國濱州州立大學的Miriam Arak Freedman教授（通訊作者）等人對這些研究進行了系統的綜述。總結了近期研究的實驗結果，其中包括關於抑制液-液相分離的最新成果。

文獻鏈接：Phase separation in organic aerosol (Chem. Soc. Rev., 2017, DOI: 10.1039/c6cs00783j)

6、Chem. Soc. Rev. 綜述：化學工程和催化技術中的3D列印：結構化催化劑、混合器和反應器

圖6:3D列印的過程：(a).利用CAD設計三維物體；(b).模型轉換成3D列印格式；(c).將模型進行數字切片；(d).最後對對象進行分層列印

3D列印技術結合了計算機輔助製造技術和模擬數據處理方法，正在改變製造和設計功能對象的方式。此外，在催化技術和化學工程領域，利用添加劑對製備進行調控，也被稱為3D列印。3D列印技術雖然仍處於早期階段，但這些製造工具所實現的數字數據和物理對象之間的快速無縫過渡將有助於研究和製造反應器和結構化催化劑。

近日，魯汶大學的Simon Kuhn教授和Rob Ameloot（共同通訊作者）等人在Chem. Soc. Rev.上發表了一篇關於利用3D列印技術來輔助化學催化反應的綜述。這篇綜述強調了利用3D列印和計算模型作為數字工具來設計和製造反應器和結構催化劑等一系列研究成果。該研究將會促進化學和材料科學的緊密結合，另一方面也會促進數字製造和計算模型的交互。

文獻鏈接：3D printing in chemical engineering and catalytic technology: structured catalysts, mixers and reactors (Chem. Soc. Rev.， 2017, DOI: 10.1039/c7cs00631d)

7、Chem. Soc. Rev. 綜述：利用能量收集材料和器件控制電化學過程

圖7：將各種能量採集設備應用於控制電化學過程

如今，能量收集是一個極其熱門的課題，它的目的是將環境中的各種形式的能量，如機械運動、光和熱等轉化成可被人類利用的能量。在許多情況下，是通過熱電子器件與光伏器件將熱或光轉化為電能，隨後電能被整流並儲存在電容器之中用於給電子器件供電；亦或是利用無線和自供電的感測器和低功耗電子產品。

近日，英國巴斯大學的Yan Zhang研究員（通訊作者）等人在Chem. Soc. Rev.上發表了一篇關於應用能量收集器件來控制電化學過程的綜述。文章具體綜述了近年來一些新興的儲能領域，其目的是直接將能源收集材料和設備與電化學系統進行耦合。收集能量器件的原理包括熱釋電、壓電、電、變電、熱電和光電效應。這些能量收集器件被用於影響各種電化學系統，如與水分解、催化、腐蝕防護、污染物降解、細菌消毒和材料合成等的相關應用。此外，該綜述還對能量收集方法和其對電化學過程操控模式之間的細節進行了細緻的描述。同時還著重討論了電化學採集系統發展的未來方向，展望了該系統新的應用和混合方法的潛力。

文獻鏈接：Control of electro-chemical processes using energy harvesting materials and devices (Chem. Soc. Rev., 2017, DOI: 10.1039/c7cs00387k)

8、Acc. Chem. Res. 綜述：在分子水平理解離子液體中的模板效應

圖8：[C8C1Im]+陽離子溶液（左），溶於[C8C1Im][NTf2]中的月桂醇溶液(中)和溶於[C2C1Im][NTf2]中的月桂醇溶液(右)的空間分布函數

研究者常用結構導向效應和模板效應來解釋離子液體合成中所存在的差異性，即造成差異性的合成結果的原因可能是由於不同的支架或不同離子液體的幾何排列所導致的。這種效應也許來源於最可能的複雜微觀結構，該微觀結構存在於離子液體本身。當下，離子液體的微觀不均一性仍然是現在主流的認知，但是其在分子層面的認知仍然不足。

近日，波恩大學的Oldamur Hollo?czki 和Barbara Kirchner教授（共同通訊作者）等人在Acc. Chem. Res.上發表了一篇綜述。該綜述為離子溶液提供了詳細的分子水平的認識，並從分子結構上理解了結構導向與模板效應。

文獻鏈接：A Molecular Level Understanding of Template Effects in Ionic Liquids (Acc. Chem. Res., 2017, DOI: 10.1021/acs.accounts.7b00436 )

本文由材料人電子電工組劉於金供稿，材料牛整理編輯。

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