李玉良、張躍、崔屹、陸俊、李先鋒等成果速遞20200207

　　1. Nature Nano.：波導集成型范德華異質結光電探測器，在通訊頻段下高速高響應性工作

　　由于具有獨特的材料性質和強烈的物質-光相互作用，過渡金屬硫族化合物（TMDCs）被廣泛用于構建新型光電器件。其中，響應大且速度快的光電探測器具有廣闊的應用領域，例如在標準通訊波段運行的高速率傳輸互連線。然而，TMDCs的本征載流子遷移率較小，成為發展高速傳輸裝置的瓶頸。有鑒于此，蘇黎世聯邦理工學院Lukas Novotny、Juerg Leuthold

　　、Ping Ma等人提出了一種在硅光子平臺上集成的基于垂直范德華異質結的高性能光電探測器。

　　垂直的MoTe2-石墨烯異質結構使得TMDCs中的載流子渡越路徑最短，并在中等偏壓下（–3V）實現了高達24 GHz的帶寬紀錄值。通過施加更高偏壓或采用更薄的MoTe2片，帶寬能進一步增加到50 GHz。同時，該器件在1300 nm波長的入射光下實現了高達0.2AW–1的外響應值。該研究闡明了高性能光電探測器的性能權衡與設計方針。作者認為，將二維異質結與波導納米光子器件結合是實現高性能光電器件（例如，光電探測器，發光器件，電光調制器）的有效平臺。

　　Fl?ry,N., Ma, P., Salamin, Y. et al. Waveguide-integrated van der Waalsheterostructure photodetector at telecom wavelengths with high speed and highresponsivity. Nat. Nanotechnol. 15, 118–124 (2020).

　　DOI:10.1038/s41565-019-0602-z

　　https://www.nature.com/articles/s41565-019-0602-z

　　2. Sci. Adv.：通過應用納米分散離聚物提高聚合物電解質燃料電池的使用壽命

　　聚合物電解質燃料電池（PEFCs）的電化學性能在很大程度上受到其關鍵成分的影響，例如聚合物電解質膜、催化劑和全氟磺酸（PFSA）離聚物等。PEFCs中的氧化還原反應主要發生在稱為三相界面（TPB）的電極界面上，在該界面上，反應氣體（例如分別在陽極和陰極處的H2和O2）、導電碳材料上的鉑（Pt）催化劑顆粒和離聚物彼此接觸。迄今為止，迄今為止，催化劑在燃料電池中的研究主要集中在其活性和耐久性方面，基于不同的合成方法和幾十年來的計算結果，與傳統的鉑基催化劑相比，已經取得了一定的進展。在PEFCs中，來自陽極的質子通過離聚物膜轉移到陰極。將離子注入電極中，可以擴展質子通道，提高質子傳遞效率。

　　為了獲得良好的電化學性能，粘結劑必須均勻地分散在電極中，并與其他催化劑組分和膜保持穩定的界面。然而，傳統的粘結劑材料不具有良好的分散性能。在此，韓國首爾基礎科學研究所Yung-Eun Sung引入了一種基于超臨界流體的簡便方法在乙醇水溶液中制備粘結劑材料的均勻納米分散體。制備的粘結劑具有良好的分散性、結晶度和質子導電性。結果，將粘結劑材料應用于PEFC陰極電極上，獲得了良好的性能和耐久性。

　　Chi-YeongAhn, Juhee Ahn, Sun Young Kang, Ok-Hee Kim, Dong Woog Lee, Ji Hyun Lee, Jae GooShim, Chang Hyun Lee, Yong-Hun Cho, Yung-Eun Sung. Enhancement of service lifeof polymer electrolyte fuel cells through application of nanodispersedionomer. Sci. Adv. 2020, 6 (5),eaaw0870.

　　DOI:10.1126/sciadv.aaw0870

　　https://advances.sciencemag.org/content/6/5/eaaw0870

　　3. Chem. Rev.: 電解質的新概念

　　在過去的幾十年里，鋰離子電池（LIB）由于對我們生活的廣泛而深入的影響，已經成為科技史上最重要的進步之一。鋰離子電池在所有電動汽車、消費電子產品和電網中的廣泛應用依賴于其可精確調控的電化學動力學、電解質相互作用以及多樣的正負極化學體系。隨著消費者對電池性能要求的不斷提高，對這些鋰離子電池組分之間已建立的平衡的要求也越來越嚴格。近年來，即便最先進的電解質體系也已經無法維持預期的技術發展路線。

　　在這種差距的推動下，研究人員開始探索更多的非常規電解質體系。從solvent-in-salt超濃電解質到固態電解質，新型電解質體系的研究領域已發展到前所未有的水平。在這篇綜述中，美國陸軍研究實驗室的許康與阿貢國家實驗室的陸俊等對近年來非傳統新型電解質體系的發展進行了概括總結。文章避免討論當前廣泛使用的常規液態電解質，而是對新概念電解質體系的基本原理、優缺點、應用領域以及未來的發展方向進行了探討。

　　MatthewLi, Jun Lu, Kang Xu et al, New Concepts in Electrolytes, Chem. Rev., 2020

　　DOI：10.1021/acs.chemrev.9b00531

　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00531

　　4. Angew：BN納米片用作長壽命Zn基液流電池的溫度調節劑

　　維持體系的溫度恒定這種現象在自然界中十分普遍，這是因為恒定的溫度可以使得體系的壽命顯著延長。類似的原理同樣適用于鋅基電池：這是因為鋅基電池中電極表面不均勻的溫度分布會造成嚴重的枝晶生長和集聚從而影響鋅基電池的工作壽命。

　　近日，中科院大連化物所的李先鋒與袁治章等將具有一定機械強度的BN納米片作為溫度調節劑引入到多孔基底中調控金屬鋅的沉積行為并進一步實現長壽命的鋅基液流電池。實驗結果表明BN納米片能夠將金屬鋅的沉積形貌從針狀的枝晶轉變為薯條狀，因此電池能夠在80mA/cm2的電流密度下穩定循環500周。更為重要的是，BN納米片的引入使得鋅基液流電池能夠在200mA/cm2的電流密度下實現高達80%的能量效率，這超過了之前文獻中報道過的所有效率。

　　JingHu, Meng Yue, Zhizhang Yuan, Xianfeng Li et al, Boron Nitride NanosheetsComposite Membrane Enabled a Longlife Zinc-based Flow Battery, AngewandteChemie International Edtion, 2020

　　DOI：10.1002/anie.201914819

　　https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201914819

　　5. AM: 17.3％！氯官能化的石墨炔助力二元有機太陽能電池

　　有機太陽能電池（OSC）中混合膜的形貌調整是提高器件效率的關鍵方法。將固態添加劑作為實現形貌調整是一種簡單而新的方法。但是，相關報道很少能夠滿足這種期望。近日，華盛頓大學Ke Gao、中國科學院 TonggangJiu、 李玉良等人首次成功地將氯官能化的石墨炔（GCl）用作多功能固體添加劑微調其形貌，并首次提高了器件效率和生產率。

　　與對照組的15.6％效率相比，基于GCl的器件獲得了創紀錄的17.3％效率，其中認證效率為17.1％；與此同時，短路電流（Jsc）和填充系數（FF）進一步增加，是目前最先進的二元有機太陽能電池。研究發現，膜吸收的紅移，增強的結晶度，顯著的相分離，改善的遷移率和降低的電荷重組協同作用是Jsc和FF的增加。此外，由于GCl的非揮發性，因此添加GCl可以大大減少批次間的差異，從而有利于批量生產。所有的這些結果證實了GCl可以有效增強器件的性能，GCl可作為多功能固體添加劑在OSC領域中得到廣泛應用。

　　Gao, K. Jiu, T. Li, Y. et al. Graphdiyne Derivative asMultifunctional Solid Additive in Binary Organic Solar Cells with 17.3%Efficiency and High Reproductivity. AM 2020.

　　DOI:10.1002/adma.201907604

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907604

　　6. AM：采用玻璃質M-Te (M = Ru, Rh, Ir)多孔納米棒進行高效電化學N2固定的通用策略

　　電化學轉化氮(N2)是增值氨(NH3)的非常理想的途徑之一，但由于N2分子的極端惰性，這是一個巨大的挑戰，開發一個強大的電催化劑是其途徑可執行的先決條件。近日，蘇州大學的Xiaoqing Huang等人報道了一類新型的“子彈型”多孔玻璃質納米棒M-Te( M = Ru, Rh, Ir)作為N2還原反應的催化劑。

　　優化后的IrTe4 PNRs具有最高的NH3轉化率(高達51.1 μgh-1 mg-1cat.)和法拉第效率(15.3%)，以及長達20個連續循環的長期穩定性，是目前報道的最活躍的NRR電催化劑之一。N2程序溫度脫附和價帶X射線光電子能譜數據均表明，N2的強化學吸附是增強NRR和抑制IrTe4 PNRs析氫反應的關鍵。通過密度泛函理論計算，最終確定了IrTe4吸附作用中優異的吸附強度來源于富電子Ir與周圍高電活性的Te原子的協同作用。在堿性介質中對N2和H2O的最佳吸附保證了連續NRR過程的優越性。本工作為基于玻璃材料的高性能NRR電催化劑的設計開辟了新的途徑。

　　JuanWang, Bolong Huang, Yujin Ji, Mingzi Sun, Tong Wu, Rongguan Yin, Xing Zhu,Youyong Li, Qi Shao, and Xiaoqing Huang. A General Strategy to Glassy M-Te(M = Ru, Rh, Ir) Porous Nanorods for Efficient Electrochemical N2Fixation. Adv.Mater. 2020.

　　DOI:10.1002/adma.201907112

　　https://doi.org/10.1002/adma.201907112

　　7. Angew綜述：二維納米材料用于光熱治療

　　二維(2D)納米材料具有超薄的結構、高比表面積和獨特的光電特性，是目前研究的新型光熱劑。除了單一的光熱療法(PTT)，二維納米材料在基于PTT的協同治療中顯示出巨大的潛力。

　　在這篇簡短的綜述中，北京化工大學劉惠玉等人總結了過去五年來二維納米材料用于增強光熱癌癥治療的研究進展。另外，還介紹了它們獨特的光學性質、典型的合成方法和表面改性。重點介紹了它們的PTT和PTT協同化療、光動力治療和免疫治療。指出了二維光熱劑面臨的主要挑戰，并展望了二維光熱劑的發展前景，根據二維納米材料用于光熱治療近年來得到迅速發展來看，在未來二維納米材料方面會有更多的發現和突破。

　　ShuangLiu, Xueting Pan, Huiyu Liu, Two‐Dimensional Nanomaterials for Photothermal Therapy, Angew. Chem.Int. Ed., 2020.

　　https://doi.org/10.1002/anie.201911477

　　8. EES：用于高性能芯片微型超級電容器的贗電容性氮化釩厚膜電荷存儲機制的新見解

　　二次電池是用于為移動設備供電的常規電化學能量存儲系統。不幸的是，這類設備的移動性受到充電時長和電池性能下降的限制。物聯網（IoT）是一項革命性的技術，旨在創建互連設備的生態系統，以改善人們的日常生活。自主性和移動性是為IoT微型設備供電的關鍵參數，并且能夠以高充電/放電倍率提供高能量密度的儲能系統是下一代IoT網絡的基本前提。目前，鋰微型電池（MBs）和碳微型超級電容器（MSCs）是為智能和微型化傳感器供電的最可行的選擇。對于前者， MBs受到低充放電倍率的限制，而后者則受到碳電極低電容的限制。一個具有挑戰性但可行的解決方案是構建芯片贗電容微型超級電容器。

　　在此，里爾大學Christophe Lethien等人基于濺射的雙功能氮化釩薄膜作為電極材料和集流體，實現了微型超級電容器的集成制造。通過與生產兼容的微電子沉積方法獲得的16 μm厚的氮化釩薄膜的表面電容值和體積電容值分別為1.2 F cm?2和>700 F cm?3，可以與最先進的過渡金屬極好氧化物/氮化物材料相媲美，并超過了標準碳電極。為了揭示濺射氮化釩薄膜的電荷存儲過程，還研究了濺射氮化釩薄膜在水系電解液中的贗電容行為，以解釋濺射氮化釩薄膜的高電容性和改善的循環行為。

　　KevinRobert, Didier Stiévenard, Dominique Deresmes, Camille Douard,Antonella Iadecola, David Troadec, Pardis Simon, Nicolas Nuns, Maya Marinova,Marielle Huvé, Pascal Roussel, Thierry Brousse,Christophe Lethien. Novel insights into the charge storage mechanism inpseudocapacitive vanadium nitride thick films for high-performance on-chipmicro-supercapacitors. Energy Environ. Sci. 2020.

　　DOI:10.1039/C9EE03787J

　　https://doi.org/10.1039/C9EE03787J

　　9. Nano Letters: 用于安全鋰電池的防火、輕質、聚合物-聚合物固態電解質

　　由于鋰離子電池的廣泛使用以及其與人體的密切接觸，鋰離子電池的安全性受到了人們的廣泛關注。用固態電解質來取代常規液態電解質不僅能夠解決上述安全問題，更有可能實現更高的鋰電池能量密度。然而，在諸多廣受研究的固態電解質體系中，聚合物電解質以及聚合物-陶瓷復合電解質仍然具有可燃性，這就使得電池的安全隱患并未被完全消除。

　　在本文中，美國斯坦福大學的崔屹教授團隊報道了一種新型的防火輕質的聚合物-聚合物復合固態電解質體系。這種復合聚合物電解質由機械增強劑聚丙烯酰胺（PI）、防火添加劑十溴二苯乙烷（DBDPE）以及PEO/LiTFSI復合電解質基質組成。這種復合聚合物電解質由有機材料構成，其厚度可調控至10-25um,這使得鋰電池具有與常規液態電解質電池可媲美的能量密度。電解質中的PI/DBDPE薄膜具有很高的熱穩定性、機械強度和不燃性，因此Li//Li對稱電池能夠穩定循環超過300h而不發生短路。更為重要的是，使用這種聚合物-聚合物固態電解質的軟包鋰電池在熱濫用條件下也能表現出優異的電化學性能。

　　YiCui, Jiayu Wan, Yi Cui et al, A Fireproof, Lightweight, Polymer–Polymer Solid-StateElectrolyte for Safe Lithium Batteries, Nano Letters, 2020

　　DOI：10.1021/acs.nanolett.9b04815

　　https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.9b04815

　　10. AEM: 果斷收藏！C-AFM在鈣鈦礦材料和太陽能電池中的應用研究

　　鈣鈦礦金屬鹵化物材料得益于其出色的光電性能和低成本的溶液制備工藝，在光電和光伏領域顯示出巨大的潛力。然而，鈣鈦礦材料的電子性能的納米級不均勻性導致許多困難，例如重組，穩定性和滯后性，所有這些都嚴重限制了器件性能。導電原子力顯微鏡（C-AFM）可以在微觀尺度上實現真實的空間可視化以及光電特性，因此非常適合探測鈣鈦礦材料和器件的局部效應。

　　近日，北京科技大學 ZhuoKang、張躍等人全面回顧了C-AFM的基本原理，可替代操作模式和發展，并討論了其在鈣鈦礦太陽能電池（PSC）中電子傳輸行為，離子遷移和磁滯，鐵電極化和面取向研究中的應用。此外，作者對PSCs最新應用的全面理解和總結有助于進一步充分開發這一新興技術的潛力，從而為鈣鈦礦材料分析提供新穎有效的方法。

　　Kang, Z. Zhang, Y. et al. Emerging Conductive Atomic ForceMicroscopy for Metal Halide Perovskite Materials and Solar Cells. AEM 2020.

　　DOI:10.1002/aenm.201903922

　　https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201903922

　　11. ACS Nano：包覆亞硝基化前藥的納米顆粒用于增強放射治療

　　放療仍然是目前治療非小細胞肺癌(NSCLC)等癌癥的主要方式之一。為了提高給定的輻射劑量下的治療效果，人們往往在放療期間使用放療增敏劑。吉林大學中日聯誼醫院馬慶杰教授、佐治亞大學謝晉教授和AnilKumar教授合作制備了一種納米粒子試劑，它可以選擇性地使癌細胞對放療更加敏感。

　　實驗首先對將maytansinoidDM1進行亞硝基化，然后將產生的前藥DM1 -NO負載到PLGA-b-PEG納米顆粒上。DM1的毒性可被納米顆粒的包封和亞硝基化抑制，并通過EPR作用被遞送到腫瘤中。在放療照射下，腫瘤內的氧化應激水平會升高，導致S-N鍵發生斷裂，進而釋放DM1和一氧化氮(NO)。釋放的DM1會抑制微管聚合，使得細胞對于輻射更加敏感。而NO也會在輻射下形成高毒性的自由基，進一步抑制腫瘤的生成。體內外實驗結果表明，該納米粒子可通過兩種成分的協同作用顯著地提高和增強放療效果。

　　ShiGao, Weizhong Zhang, Renjie Wang. et al. Nanoparticles EncapsulatingNitrosylated Maytansine To Enhance Radiation Therapy. ACS Nano.2020

　　DOI:10.1021/acsnano.9b05976

　　http://pubs.acs.org/doi/doi/10.1021/acsnano.9b05976