《Nature》《Science》新一周材料科学前沿要闻精选

《Nature》《Science》新一周材料科学前沿要闻精选

1. 能够自我陈述和自我调理的液晶

(Self-reporting and self-regulating liquid crystals)

资料称号:液晶

研讨团队:美国威斯康星大学麦迪逊分校Abbott研讨组

《Nature》《Science》新一周资料科学前沿要闻精选

液晶(LC)是各向异性流体,它结合了晶体的长程有序性与液体的流动性。其具有的这些特性已被组合广泛用于发明能够以光学办法陈述其环境信息的可重构资料,例如电场改动(智能手机显现)、温度改动(温度计)或机械剪切改动以及化学和生物影响(传感器)等。但关于呼应性资料却仍存在没有满意的需求,这些资料不只需求传达其环境信息,而且还需求经过自我调理的化学相互效果转化环境。Kim 等人展现了一系列能够触发脉冲(瞬态)或接连开释初始时 LC 内的微型货品(含水微滴或固体微粒及其化学内容物)的影响。由此液晶资料能够对方针物理、化学和生物事情以化学呼应的办法进行自我陈述和自我调理,详细呼应办法可经过对不同几许形状(如井,膜和乳滴)中的弹性、电双层、浮力和剪切力的相互效果等进行预编程来完成。这些 LC 资料具有超出用于受控微载体开释的惯例资料的才能,能够履行杂乱的功用,例如以光学办法对影响(例如由运动细菌发生的机械剪切应力)进行陈述,然后经过反响回路以自我调理的办法呼应(例如,开释引起细菌细胞逝世所需的最小量的杀生剂)。(Nature  DOI: 10.1038/s41586-018-0098-y)

2. 水蒸汽促进合金氧化的原子原因

(Atomic origins of water-vapour-promoted alloy oxidation)

资料称号:镍铬合金

研讨团队:美国太平洋西北国家试验室Chongmin Wang研讨组

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关于蒸汽发生器、涡轮发动机、燃料电池、催化剂和腐蚀等许多资料运用来说,或有意或无法防止的水蒸气的存在,都是十分重要的。现象学上,人们现已注意到水蒸气会加快金属和合金的氧化。但这种氧化背面的原子机制却仍未可知。Luo 等人经过直接原位原子标准透射电子显微镜调查和密度泛函理论核算,提醒了镍铬合金的水蒸汽增强氧化与质子溶解促进的阳离子和阴离子空位的构成、搬迁和集合有关。水解离发生的质子能够占有氧化物晶格中的空隙方位,然后下降空位构成能并下降阳离子和阴离子的扩散势垒,这便会导致温度升高的湿润环境中的氧化增强。这项工作为水蒸汽增强合金氧化供给了新的见地,而且对触及水蒸气的其他资料和化学进程(例如腐蚀、非均相催化和离子传导)具有严重影响。(Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0078-5)

3.运用图画化介电超晶格的 2D 资料的能带结构工程

(Band structure engineering of 2D materials using patterned dielectric superlattices)

资料称号:石墨烯

研讨团队:美国哥伦比亚大学Dean研讨组

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运用外部电场处理二维资猜中电子为归纳能带工程供给了一条途径。经过施加人工规划的空间周期性超晶格电位,电子性质能够进一步被改动,能够超出自然发生的原子晶体的约束。Forsythe 等人报道了一种新办法,即经过将外表电介质图画化并与原子级薄的范德华资料集成来制作高搬迁率超晶格器材。他们经过别离器材拼装和超晶格制作工艺,处理了在传统体系中约束超晶格工程的器材处理和搬迁率下降之间扎手的折衷问题。原子级超薄资料的改善静电学,使相较从前示例的波长还要小的超晶格图画成为了或许。此外,Forsythe 等人调查到了具有低于 40nm 波长超晶格的弹道石墨烯器材中仿制狄拉克锥的构成,并报道了来自具有人工规划晶格对称性的超晶格在大磁场下的分形霍夫斯塔特谱,其间所述晶格对称性不同于主晶体。这一研讨结果为石墨烯和相关范德华力资料的能带结构工程建立了一个具有动态可调性的安稳且多样的技能。(Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0138-7)

4. 甲烷在金属有机骨架中的催化化学选择性官能化

(Catalytic chemoselective functionalization of methane in a metal?organic framework)

资料称号:金属有机骨架化合物

研讨团队:美国西北大学Farha研讨组

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甲烷是天然气储量中最大的构成部分,是用于组成高附加值化学品和燃料的低成本大储量原资料。因甲烷的固有活性较低,因而其选择性催化功用化是化学科学中的一个重要方针。氧硼化最近成为完成甲烷催化功用化的一个很有远景的途径。在这方面的一个首要应战是对单甲基化产品(其比甲烷更具活性而且简略导致过度官能化)的选择性硼酸化。Zhang 等人报道了一种高度选择性的微孔金属有机骨架为载体的,甲烷氧硼化的铱催化剂,其对单氧硼化甲烷具有超越 99% 的化学选择性(单的相关于双的产率为 19.5%,转化数为 67),其间双(频那醇硼烷)作为十二烷中的硼化试剂,反响在 150℃ 和 34atm 的甲烷中进行。其间产品单氧硼化的这一倾向归因于金属-有机骨架孔结构的形状选择性效果。(Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0069-6)

5. 经过静电掺杂操控 2D CrI3 中的磁性

(Controlling magnetism in 2D CrI3 by electrostatic doping)

资料称号:二维CrI3-石墨烯异质结

研讨团队:美国康奈尔大学Jie Shan研讨组

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二维资料所具有的原子厚度为操控其电学和光学性质以及经过静电掺杂驱动电子相变供给了共同的时机。二维磁性资料的发现为磁性的电操控和新功用器材的完成敞开了新的远景。最近根据线性磁电效应的试验证明了能够经过电场操控双层 CrI3 中的磁序。但这种办法仅限于在反铁磁体-铁磁体改变邻近磁偏置的非中心对称资料。Jiang 等人展现了运用 CrI3-石墨烯笔直异质结构来进行静电掺杂然后操控单层和双层 CrI3 的磁性。在单层 CrI3 中,掺杂明显改动了饱和磁化强度、矫顽力和居里温度,并体现出跟着空穴/电子掺杂而增强/削弱的磁序。值得注意的是,在没有磁场的情况下,双层 CrI3 中 ?2.5×1013·cm-2 以上的电子掺杂会导致从反铁磁基态改变为铁磁基态。研讨结果提醒了一种与掺杂强相关的层间交流耦合,其能经过很小的栅极电压完成双层 CrI3 中磁化的安稳转化。(Nature Nanotechnology  DOI: 10.1038/s41565-018-0135-x)

6. 直接从空气中捕获二氧化碳

(Direct air capture of CO2 via aqueous-phase absorption and crystalline-phase release using concentrated solar power)

资料称号:碳酸盐晶体

研讨团队:美国橡树岭国家试验室Custelcean研讨组

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运用负排放技能净化大气中的温室气体为约束全球气温上升供给了一条途径。直接空气捕获二氧化碳的办法为永久下降大气中二氧化碳浓度供给了杰出的远景,若能供给经济和节能的技能便能够大规划开发和布置。Brethomé 等人报道了一种首要运用现成的资料和设备的试验室规划直接空气收集的办法。首要,运用家用加湿器,经过现成的环保氨基酸水溶液(甘氨酸和肌氨酸)便能够完成 CO2 吸收。然后含有 CO2 的溶液与简略的胍化合物(是十分难溶的碳酸盐结晶)反响,并再生出氨基酸吸附剂。最终,经过运用集合的太阳能相对温文地加热碳酸盐晶体,能够完成高效的 CO2 开释和挨近定量的胍化合物再生。(Nature Energy  DOI: 10.1038/s41560-018-0150-z)

7. 从铁矿石赤铁矿中剥离非范德华资料

(Exfoliation of a non-van der Waals material from iron ore hematite)

资料称号:二维资料 hematene (赤铁烯)

研讨团队:美国莱斯大学Ajayan研讨组

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作为二维资猜中被研讨得最多的石墨烯,跟着它的出现,现已有许多无机的类似物被组成出来并正在被开发用于新的运用。现已有多种办法能够用来来取得大颗粒、高质量的资料。例如,天然存在的矿石是经过脱落办法取得高度有序和大颗粒原子层的最佳前体。Balan 等人展现了一种新的二维资料 hematene (赤铁烯),它由经过液体剥离别离出的天然铁矿赤铁矿(α-Fe2O3)取得。透射电子显微镜确认了 hematene 的二维形状。磁性丈量与密度泛函理论核算归纳确认了 hematene 中的铁磁有序,而相对的其母体办法则出现反铁磁有序。当负载在二氧化钛纳米管阵列上时,hematene 体现出了增强的可见光光催化活性。这一研讨标明虽然能带摆放不利于电荷转移,但光生电子仍能够从 hematene 转移到二氧化钛。(Nature Nanotechnology  DOI: 10.1038/s41565-018-0134-y)

8. 二维铌-碳化物载体铂催化剂在中等温度下的反响性金属-载体相互效果

(Reactive metal–support interactions at moderate temperature in two-dimensional niobium-carbidesupported platinum catalysts)

资料称号:铌-碳化物载体铂催化剂

研讨团队:美国爱荷华州立大学yue Wu研讨组

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反响性金属-载体相互效果(RMSI)供给了可用于调理催化活性位点的电子、几许和组分效应。一般来说,氧化物以外的载体不被视作 RMSI 的候选。Li 等人报道了铂和 Nb2CTx MXene(一种最近开宣布的二维金属碳化物)之间非根据氧化物的 RMSI 的比如。能够削减二维碳化物的外表官能团,并在中等温度(350℃)下构成 Pt-Nb 外表合金。这种合金体现出的 CO 吸附比单金属铂还要弱。水煤气改换反响动力学显现,与非还原性载体或块状碳化铌比较,RMSI 能够安稳纳米颗粒并构成具有更高 H2O 活化才能的合金-MXene 界面。铂和铌-MXene 载体之间的 RMSI 能够延伸到 MXene 系列的其他成员,并为规划和操作功用性双金属催化剂拓荒了新的途径。(Nature Catalysis  DOI: 10.1038/s41929-018-0067-8)

文章来历:新资料在线

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