1. 高效钙钛矿太阳能电池

（Low trap-state density and long carrier diffusion in organolead trihalide perovskite single crystals； 2. High-efficiency solution-processed perovskite solar cells with millimeter-scale grains）

 

有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的效率一直在稳步提升。影响电池效率的一个主要因素是钙钛矿晶区边界及晶区内的缺陷。最近两个不同的研究组在Science上分别报道了制备微米级钙钛矿单晶的方法。Nie 等人用热甩膜的技术生长出连续的、无孔洞的薄膜晶体，以此为活性层的电池效率达到18%。Shi等人通过反溶剂蒸发辅助结晶的办法，生长出微米尺度的立方晶体，载流子在这种晶体中的扩散长度超过10毫米。（ Dong Shi Science DOI: 10.1126/science.aaa2725 ; 2.Wanyi Nie et al. Science DOI: 10.1126/science.aaa0472）

2. 扩张显微技术

（Expansion microscopy）

 

光学显微镜的分辨率是有极限的。物理学家们很早就知道这些限制因素是什么以及它们是如何影响显微镜的空间分辨率的，然而很多研究组仍在努力试图超越这些限制。Chen等人用了一种非常巧妙的办法，他们没有将注意力集中在增加显微镜的功率和质量上，而是努力将被测样品舒展开以增大检测面积。他们在固定好的细胞和组织中引入一种聚合物凝胶，继而用化学手段诱导这些聚合物舒展。舒展后的聚合物体积增大两个数量级，因此大大提高了样本的分辨率。（ Fei Chen et al. Science DOI: 10.1126 / science . 1260088 ）

3. “刺猬”粒子的非常规分散

（Anomalous dispersions of ‘hedgehog’ particles）

 

水中的疏水粒子和油中的亲水粒子容易发生聚集，不过一旦粒子表面被表面活性剂之类的官能团修饰后，粒子间的排斥力便会增加，变得更易溶解并形成胶体。在调节固液相互作用时，往往采用表面波纹修饰的策略，这种方法使材料获得独特的润湿特性。Joong Hwan Bahng等人证明，无需借助化学手段，这种表面波纹修饰的方法同样可以制备出能分散于多种溶剂中的粒子。他们制备了微米尺度的颗粒，颗粒表面被坚硬的、纳米级的细刺覆盖，这种颗粒形成的胶体能同时稳定的分散于水性或油性环境中。他们发现这些“刺猬”粒子不容易互相渗透，因而极大的减小了粒子间的接触面积，最终减小了他们之间的吸引力。作者称这种新型胶体制备的策略在研发新型药物运输材料、吸附材料、催化材料等诸多方面都将带来很大启发。（ Joong Hwan Bahng et al. Nature  doi:10. 1038 / nature 14092 ）

4. 适用于末段修饰的三位C-H键金属催化叠氮化反应

(Metal-catalysed azidation of tertiary C-H bonds suitable for late-stage functionalization)

 

生物体系中缺少催化C-H键直接氨基化的酶，但这种酶却有非常大的应用价值。例如，由红霉素经氨基化反应获得的产物—阿奇霉素有比红霉素更好的治疗效果。正因如此，化学家们一直在寻找可催化C-H键转变为C-N键的催化剂。目前发现的C-H氨基化催化剂都存在各种问题而难以应用于复杂分子的催化反应上。Ankit Sharma等人发现，铁基催化体系可以在温和条件下，选择性催化三位C-H键发生叠氮化反应。这个反应体系能容忍水相环境，并且适用于复杂化合物多步合成反应中的末段。此外，这个体系还可以引发一些基于N原子功能团的后续反应。这项发现为修饰合成更多的包含N原子的产物创造了条件。（ Ankit Sharma et al. Nature doi: 10.1038 / nature 14127 ）

5. 合成有开放骨架结构的硅同素异形体

（Synthesis of an open-framework allotrope of silicon）

 

硅元素在当今材料领域无处不在，最稳定存在的构型是菱形结构（cF8, d-Si），这种构型使得硅成为间接带隙半导体材料，限制了其应用范围。Duck Young Kim等报道了一种新型结构的硅材料—Si24。这种同素异形具有斜方晶体的微观结构，以Na4Si24为原料经两步法合成。整个分子为开放的骨架结构，并且具有1.3eV的准直接带隙。这项理论与实验结合的研究证明Si24同素异形体的存在，同时也证明了这种新材料的应用潜力。（ Duck Young Kim et al. Nature Materials DOI: 10. 1038 / NMAT 4140 ）

6. 响应聚合物与生物大分子结合制备的高性能杂化材料

（Smart hybrid materials by conjugation of responsive polymers to biomacromolecules）

 

生物大分子的结构和功能已经发展到可以满足很多生物体系的需求。在很多情况下，生物大分子的性质和应用范围可以通过连接功能性聚合物分子而被进一步拓展。通过连接对环境有特异性响应的合成高分子材料，可以使生物大分子的性能得以改变，这种修饰方法使聚合物生物材料展示出很多新特性。Isidro Cobo等人最近就这种技术及材料撰写了一篇综述。他们总结了功能性生物大分子的合成方法，着重报道这些材料的应用，并证明了化学合成手段在制备新型生物大分子上的优势。（ Isidro Cobo et al. Nature Materials DOI: 10.1038 / NMAT 4106 ）

7. 通过逆向运行消除固态氧化电化学电池中的退化

（Eliminating degradation in solid oxide electrochemical cells by reversible operation）

 

固态氧化电化学电池（SOC）是一种有希望的储能技术，它可以将电能储存为化学能（电解模式），也可以将化学能以电能的形式释放（燃料电池模式）。不过，受到稳定性（特别是在高电流密度下）的限制，SOC难以大规模应用。Christopher Graves等证明，电解诱导产生的严重衰减是可以通过电解模式和燃料电池模式间的反复循环来完全消除的，而这种衰减以前是被认为不可逆转的，这类似于充放电电池。这项实验结果表明SOC可应用于高强度模式下的电能储存，同时也让科学家们对电池性能不可逆衰减的机理有更深入的认识。（ Christopher Graves et al. Nature Materials  DOI: 10.1038 /  NMAT 4165 ）

8. 单电子检测成像技术可感应到飞行光子成像

(Single-photon sensitive light-in-fight imaging)

 

高时间分辨率成像技术有广泛的应用范围，如荧光时间成像、飞行时间深度成像及表征超快过程。不过现有的极快成像技术存在很多缺陷，它们要么需要长的捕获时间，要么要光栅扫描，并且在低信号强度下无法成像。Genevieve Gariepy等报道了一种单电子检测成像技术，这种技术可用于表征皮秒级的过程。单电子灵敏、高时间分辨率和全区域成像的能力使得它可以检测到空气中的飞行光子，还可以表征激光诱导的等离子体形成过程。极高的灵敏度和极短的捕获时间使其可以在极快过程的实时成像方面有应用潜力。（ Genevieve Gariepy et al. Nature Communication DOI: 10.1038 / ncomms 7021 ）

新材料在线编译团队整理——编译者：Sky

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