【論文】超輕薄柔性鈣鈦礦電池
超輕超薄(薄於10 μm)柔性鈣鈦礦電池作為優秀的供能器件已在全世界範圍內吸引了研究者的目光。特別地，其具有超輕質的優勢，適用於對器件重量較為敏感的特殊應用環境，例如無人機、高空氣球、飛艇及航天器。但目前，超輕超薄器件與常規厚度柔性器件相比，轉化效率仍有差距。
近日，北京大學朱瑞教授等人在SCIENCE CHINA Materials發表研究論文，在3 μm厚、經平坦化轉印處理的parylene-C襯底之上，採用鋯、鈦、鎵摻雜的氧化銦作為透明電極，實現了具有20.2%高效率的超輕超薄柔性鈣鈦礦器件，與常規厚度柔性器件處於同一水平。同時製備了基於剛性玻璃和parylene-F(即parylene-VT4)襯底的參比器件，測試結果證明了parylene-C襯底的優勢。憑藉着高效率和超輕薄特性，parylene-C基鈣鈦礦器件實現了30.3 W g−1的超高能質比，展示出parylene-C在製造超輕超薄高效率光伏電池中的潛力。
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Wu, J., Chen, P., Xu, H. et al. Ultralight flexible perovskite solar cells. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2075-7
【論文】單層MnO2納米片組裝的具有高質子電導率的二維微流體通道
二維(2D)陽離子插層的單層δ-MnO2(SLMO)具有獨特的結構特徵，在儲能、催化、傳感器等領域表現出優越性。然而，高均勻性的大橫向尺寸SLMO納米片的合成技術十分有限，這阻礙了相關研究。
近日，華中科技大學黃亮教授等人在SCIENCE CHINA Materials發表研究論文，報道了一種插層輔助剝離的方法來製備分散性良好的大尺寸SLMO納米片水系分散液。以少層K+插層δ-MnO2(KMnO)為前驅體以確保完全剝離。由於SLMO納米片具有良好分散性以及超薄2D形貌，SLMO納米片可以自組裝成一種柔性自支撐的薄膜來構建有序的納米通道。這種自支撐SLMO薄膜具有1.71 mC m−2的表面電荷密度與2.59 × 10−3 cm2 V−1 s−1的質子遷移率。
由於2D SLMO薄膜優異的性能以及易於規模化的製備，本方法將推動離子輸運的研究，並使得微流體器件的構築變得容易。
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Jin, H., Li, J., Xu, Z. et al. Assembly of two-dimensional nanofluidic channel with high proton conductivity using single-layer MnO2 nanosheets. Sci. China Mater. (2022).
https://doi.org/10.1007/s40843-021-1987-4【論文】海洋生物源靜電水凝膠實現CO增強光動力治療以對抗多藥耐藥菌感染
在治療微生物感染疾病方面濫用抗生素提高了耐藥菌的致病率. 近日，北京化工大學徐福建教授和俞丙然教授等人在SCIENCE CHINA Materials發表研究論文，提出了一種利用硝化殼聚糖與魚精DNA包裹光敏劑構建靜電水凝膠(TCPP-CSNOm-ssDNAn)的策略。
在模擬太陽光的照射下，水凝膠TCPP-CSNOm-ssDNAn釋放一氧化氮與活性氧物質，進而形成具有強氧化活性的過氧亞硝酸鹽離子(OONO−)，實現了高效協同殺滅多藥耐藥革蘭氏陰性菌的作用，改善了單一的光動力治療對革蘭氏陰性菌效果不佳的現狀。在用於治療由多藥耐藥的銅綠假單胞菌引起的皮膚感染時，水凝膠TCPP-CSNO2-ssDNA1在體內表現出有效的抗菌作用，同時具有生物安全性，這使其在抗感染傷口敷料領域具有巨大的應用潛力。
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Sun, Y., Wen, RL., Yu, D. et al. Flexible electrostatic hydrogels from marine organism for nitric oxide-enhanced photodynamic therapy against multidrug-resistant bacterial infection. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2024-6
【論文】在析氧反應中，直接動態觀測Ni3N–Co3N/CC表面重構和活性物質
電解水反應包括析氫和析氧反應。相對於電子轉移的析氫反應，電子轉移的析氧反應比較緩慢。因此，理解析氧反應機制有助於設計高效電催化劑。其中析氧反應機制可以分為傳統吸附機制和直接氧析出機制。
近日，華中科技大學黃超博士和徐月博士等人在SCIENCE CHINA Materials發表研究論文，將蜂窩狀Ni3N–Co3N生長在碳布上來調研其直接氧析出機制。密度泛函理論和原位拉曼證明了Ni3N–Co3N在反應過程中是直接氧析出機制，其中Ni3N和Co3N共同拉拽OH−、劈裂H–O和吸附另外的OH−基團，從而降低了反應活化能。不僅如此，蜂窩狀結構和導電基體有助於結構穩定和提高氧氣釋放速率。因此，Ni3N–Co3N/CC在10和100 mA cm−2電流密度下提供了320和495 mV的小過電勢。同時，它也擁有更好的長期穩定性。
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Qin, P., Song, H., Ruan, Q. et al. Direct observation of dynamic surface reconstruction and active phases on honeycomb Ni3N−Co3N/CC for oxygen evolution reaction. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-021-1995-4
【論文】珠磨驅動微晶石墨自研磨高效製備小尺寸石墨烯作為導電添加劑
在過去十五年, 將塊狀石墨直接高產率、高效率地剝離為石墨烯一直是一個重大挑戰。近日，湖南大學王建鋒教授等人在SCIENCE CHINA Materials發表研究論文，提出了一種自研磨剝離新概念，即利用石墨顆粒之間相互剪切摩擦，從微晶石墨礦中剝離石墨烯。實驗中通過微珠作為研磨介質驅動高濃度石墨晶體顆粒相互研磨的過程成功執行了這一概念。
經證實，自研磨大幅提高了石墨烯的剝離產率(從6.3%提高至100%)，並獲得了破紀錄的剝離效率(7.5 g h−1 L−1)，在實驗室實現了從微晶石墨到石墨烯的公斤級轉化。所製備的石墨烯納米片橫向尺寸小(298 nm)，C/O原子比與起始微晶石墨相同，導電性良好。該小尺寸石墨烯適合作為鋰離子電池的導電添加劑，在改善電池的比容量和循環穩定性方面優於商用碳基導電顆粒。
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Chen, W., Li, W., Zhang, X. et al. Carbon dots embedded in lead-free luminescent metal halide crystals toward single-component white emitters. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-022-2009-y
【論文】中心/刷結構顏色變化的膽甾型液晶微粒用作集成傳感器
因可自發響應外部刺激而發生體積溶脹並引起其光學性能變化，膽甾型液晶微粒備受關注並在溶劑傳感、防偽圖案等方面具有廣泛應用。膽甾型液晶微粒在溶劑中呈現中心顏色和刷結構顏色的協同變化。但由於刷結構顏色變化的複雜性，科學家們僅關注膽甾型液晶微粒中心顏色在傳感中的應用，尚未有其刷結構顏色變化機理及相關應用的報道，這極大地限制了膽甾型液晶微粒的潛在應用。
近日，中科院理化所王京霞研究員等人在SCIENCE CHINA Materials發表研究論文，揭示了一種膽甾型液晶微粒的新型傳感機理，並結合膽甾型液晶微粒中心顏色變化及刷結構顏色變化，發展了新型的溶劑傳感器。與傳統系統相比，該傳感器提供了更為豐富的傳感信息。採用反應性介晶、反應性手性摻雜劑、非反應性液晶分子和光引發劑通過微流控裝置製備及光聚合得到了膽甾型液晶微粒。所製備的膽甾型液晶微粒分別在微粒的中心處和刷結構處均呈現豐富的色彩。中心反射顏色的可逆變化歸因於分子萃取引起的體積收縮及溶劑溶脹引起的體積膨脹的競爭性效應。而膽甾型液晶微粒刷結構的豐富色彩歸因於其在不同溶劑中的雙折射效應。
本文考察了中心/刷微粒在多達16種溶劑中的協同變色行為，提出了協同顏色變化的機理，並展示了這種變色聚合物微粒在多溶劑傳感檢測和圖案顯示中的應用。本文有望為開發具有可設計納米結構的刺激響應性先進功能材料提供新的見解，拓展其在傳感、防偽及圖案顯示等方面的技術應用。
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Shang, Y., Zheng, C., Zhang, G. et al. Integrated sensing from the synergetic color change of the center/brush of cholesteric liquid crystal particles. Sci. China Mater. (2022). https://doi.org/10.1007/s40843-021-2014-0
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