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《Science》、《Nature》化学材料科学前沿要闻一览(6.29-7.6)

来源:新材料在线      2015-07-13
导读:瞬态激光加热诱导嵌段共聚物自组装形成层状多孔结构、基于杂多酸盐的超薄无机分子纳米线、用于生产生物塑料的择形分子筛催化剂......

1.瞬态激光加热诱导嵌段共聚物自组装形成层状多孔结构

(Transient laser heatinginduced hierarchical porous structures from block copolymer–directedself-assembly )

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多孔材料在薄膜、过滤、储能和催化方面有很多应用。他们的性能常常决定于孔结构的尺寸和连接性。Tan 等人利用简单的激光处理手段,在硅衬底上以酚醛树脂共混嵌段共聚物为材料,制备了多孔薄膜。经过紫外线照射,衬底快速升温诱发酚醛树脂聚合,同时嵌段共聚物分解。这种方法使得在局部尺寸上,具有可调节孔洞尺寸和分布的薄膜直接成型成为可能。

2.基于杂多酸盐的超薄无机分子纳米线

(Ultrathin inorganicmolecular nanowire based on polyoxometalates)

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开发金属氧化物分子线对基础科学和实际应用都有重要价值。不过,这方面成功的例子还很少。Zhang 等人通过分解晶体的方法制备了全无机过渡金属氧化物分子线。分子纳米线的宽度为 1.2nm ,可以生长成微米级的晶体。他们用单晶X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线光电子能谱等多种手段对分子线进行了分析。通过离子交换和超声处理,晶体可以再分解成单独的分子线。作为酸催化剂,这种分子线表现出很高的活性,此外,分子线的带隙可以通过热处理手段来调控。

3.用于生产生物塑料的择形分子筛催化剂

(Shape-selective zeolitecatalysis for bioplastics production)

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分子筛催化剂可以将生物原料合成为廉价塑料制品的前驱体。合成可持续的塑料制品必须要与成本更低廉的石油化学品合成路线相竞争。Dusselier 等人开发了一种分子筛催化剂,它能将生物质生成的乳酸转化成乳酸交酯。乳酸交酯是一种可生物降解塑料的前驱体,但是合成起来非常困难。这个反应的选择性接近80% ,主要依靠分子筛孔洞中活性位点的空间限制来完成。这步反应极大地简化了当前高成本的合成路线,并且整个过程几乎没有任何浪费。

4.低于100℃下制备的含有的Zn2SnO4高效柔性钙钛矿太阳能电池

(High-performance flexibleperovskite solar cells exploiting Zn2SnO4 prepared insolution below 100 oC )

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在塑料基体上制备有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池可以提高电池的便携性、适应性,并便于大规模生产,因而扩大了电池的实际应用范围。 Shin 等报道了一种在低温下制备高分散 Zn2SnO4(ZSO) 纳米颗粒的方法,这种纳米颗粒可以用来开发高效柔性的太阳能电池器件。 ZSO 纳米颗粒可以在整个可见光范围内有效的提升柔性基体PEN/ITO 的透过率(从 75% 提升到 90% )。基于 ZSO 和 CH3NH3PbI3电池的效率达到 14.85% 。这一结果证明 ZSO 是一种有潜力的用于制备高效柔性太阳能电池的电子传输材料。

5.使用纳米多孔配位模板融合不互溶聚合物

(Mixing of immisciblepolymers using nanoporous coordination templates)

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寻找使不互溶材料融合的办法对促进基础科学和材料工艺的发展是极为重要的。Uemura等人使用多孔配位聚合物( PCPs )作为可脱除模板,在分子水平上对两种不互溶的聚合物进行增容。首先,两种不互溶聚合物PSt 和 PMMA 依次在 PCP 中进行聚合反应以使其分散在 PCP 中。随后,用螯合剂将 PCP 溶解,于是便可以得到纳米级的 PSt/PMMA 均匀共混物。这种方法制备的共混材料要比常规方法制备的共混材料具有高得多的热稳定性。

6.多层二硫化钼材料中电场诱导的强电致发光现象

(Electric-field-inducedstrong enhancement of electroluminescence in multilayer molybdenum disulfide)

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层状金属二硫化物因其独特的电学和光学性质而备受关注。尽管单层 MoS2显示出直接带隙,但是多层 MoS2 是非直接带隙半导体材料,并且通常不具备光学活性。 Li 等人报道了多层MoS2 在电场诱导下呈现出强烈的电致发光现象。研究发现在多层 MoS2 层中存在强烈的直接带隙激子发射。更重要的是,他们发现多层MoS2 电致发光效率甚至要高于单层 MoS2 的发光效率。这种强烈的发光现象可以归因于电场诱导的载流子重新分布。此外,这种发光现象也存在于WSe2 多层材料中。作者称这一发现为制备过渡金属二硫化物光电子器件开辟了新路径。

7.具有大幅提高的活性和寿命的钯-铂核壳型二十面体催化剂

(Palladium–platinum core-shell icosahedra with substantially enhanced activityand durability towards oxygen reduction)

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在钯纳米晶体外围沉积一层极薄的铂原子有望大幅提高催化剂的催化性能,同时减少用量。Wang 等人报道了基于钯二十面体的晶体体系。由于孪晶界的水平限制作用,导致铂覆盖层在压力下形成锯齿结构。对于核壳型纳米晶体(2.7 层铂覆盖),它的催化活性比商用催化剂高出 7-8 倍。DFT 计算表明,催化性能的提高主要是由于羟基键在铂表面变弱。经过 10000个循环的测试,核壳型纳米晶体的质量活性仍比商用催化剂高 4 倍。

8.用于光电化学制氢的自组装2DWSe2薄膜

(Self-assembled 2D WSe2 thinfilms for photo electro chemical hydrogen production)

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WSe2是一种层状半导体,可以剥离成原子级的二维薄膜,并且在太阳能转化方面有很大的应用潜力。不过,由于缺少大规模生产均匀薄膜的低成本制造手段,因此其应用范围受到限制。Yu 等人报道了一种溶剂剥离薄片制备二维 WSe2 薄膜的方法。薄片在液/液界面间自组装,通过转移基底,可以形成大尺寸二维有序排列的薄膜。这种薄膜的性质要比常规方法更好。此外,他们还首次证明,溶液加工的WSe2薄膜可以用于太阳能制氢。

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