《自然》《科学》一周（05.09-05.15）材料科学前沿要闻
1.光化学法制备单原子分散Pd催化剂
（Photochemical route for synthesizing atomically dispersed palladium catalysts）
贵金属催化剂价格昂贵，提高贵金属催化剂的利用率、减少用量是催化领域亟待解决的问题之一。单原子分散的催化剂无疑是一种有效方法，然后为了避免原子团聚，贵金属负载量一般较低（0.5wt.%），影响了催化效率。厦门大学的郑南峰教授和傅钢教授带领的课题组，采用光化学方法在乙二醇保护的超薄二氧化钛纳米片上，成功制备了负载量高达1.5wt%的单原子分散钯催化剂。该催化剂在碳碳双键的催化加氢反应中不仅展示出很高的稳定性，而且活性是钯纳米颗粒的9倍以上。理论研究表明，氢气通过界面异裂活化方式同时生成了Pd-H和O-H物种。这种异裂活化通常发生在金属有机配合物等均相加氢催化体系中，在非均相贵金属催化剂上鲜有报道。这一研究成果为纳米尺度上研究复杂界面化学过程提供了理想模型，架起了均相和非均相催化之间的桥梁。（Science DOI: DOI: 10.1126/science.aaf5251）
2.ITO在介电常数ɛ近零区域表现出强光学非线性
（Large optical nonlinearity of indium tin oxide in its epsilon-near-zero region）
发展折射系数随弱功率光场显著变化的材料一直是非线性光学的一个重要目标。然而，很多材料即使在很强的相干光源照射下，也仅表现出很弱的光学非线性。Leon等人发现ITO在其介电常数是不消失的谱线区域能够获得超快和大的折射系数。他们观测到折射系数实部变化0.72±0.025，对应于线性折射系数的170%。这一折射系数的变化是可逆的，大约需要360飞秒的恢复时间。这一研究成果为设计应用于纳米光子学领域的光学非线性材料提供了可能性。（Science DOI: 10.1126/science.aae0330）
3.利用氧化还原活性酯和烷基锌试剂实现烷基-烷基交叉耦合的通用方法
（A general alkyl-alkyl cross-coupling enabled by redox-active esters and alkylzinc reagents）
烷基羧酸在化学的很多方面都有应用，是融合新连接的一种理想原材料。Baran等研究人员利用烷基羧酸脱水形成C-N键的相同原则，通过偶联双烷基锌试剂和脱附CO2实现了C-C键的偶联。这一反应使用低廉的镍作为催化剂，并适用于70多种物质的偶联。（Science DOI: DOI: 10.1126/science.aaf6123）
4.一种弹性二次皮肤
（An elastic second skin）
随着年龄的增长，皮肤老化是每个人必须面对的问题。近日，麻省理工学院的科学家合成了一种类似于正场、年轻皮肤的弹性、可穿戴的聚合物层（XPL）。XPL是由可调控的聚硅氧烷基材料制成，具有良好的弹性、收缩性、粘附性、拉伸和闭合特性。在人体试验中，XPL的性能具有和人类正常皮肤相匹配的拉伸模量，能够承受超过250%的拉伸，在不同重复变形的时消耗很小的应变能即可弹性恢复。这种材料不仅能使皮肤更紧致，未来或可以为皮肤屏障功能、药物输送和创伤敷料提供先进的解决方法。（Nature Materials DOI: 10.1038/nmat4635）
5.动态拉胀二维蛋白质晶体的自组装
（Self-assembly of coherently dynamic, auxetic,two-dimensional protein crystals）
二维晶体材料具有独特的结构、机械性能和电学特性，在很多领域的潜在应用价值十分吸引人。虽然目前在二维材料的制备方面已经取得了一些进展，但是自下而上的组装二维材料依然存在挑战。最具挑战性的是二维晶格在形成过程中如何保持长程有序，从而保持晶体特性。最近，加州大学圣地亚哥分校的研究小组，利用二维蛋白质晶格的自组装，设计合成了一种二维拉胀材料。在该材料的一个方向上进行拉伸或压缩会使组成这种材料的四聚体发生旋转，从而使整个材料在另一个垂直方向上进行相同的拉伸或者压缩。这一材料或许为研究分子自组装和结晶化以及研究晶格动力学提供一种独特的媒介。（Nature DOI: 10.1038/nature17633）
6.金属有机框架化合物衍生碳纳米棒和石墨烯纳米带
（Fabrication of carbon nanorods and graphene nanoribbons from a metal–organic framework）
一维、二维碳纳米材料由于其优异的力学、热学和电学性质吸引了广泛的研究兴趣，但其合成过程往往涉及复杂的步骤并消耗大量的能量。日本AIST的研究人员利用金属有机框架化合物（MOF-74）为前驱体通过自模板法合成了碳纳米棒，通过进一步超声处理得到了2到6层的二维石墨烯纳米带。合成的碳纳米棒和二维石墨烯带作为超级电容器电极时，在1.0 M H2SO4电解液中表现出优异的充放电性能。这一合成方法易于产业化，为大规模生产一维、二维碳材料、并实现它们在电化学器件（如：超级电容器、锂离子电池和场效应管）中的应用，开辟了新的途径。（Nature Chemistry DOI: doi:10.1038/nchem.2515）
7．金属卤化物钙钛矿在能源方面的应用
（Metal halide perovskites for energy applications）
探寻有前景的能量产生和存储材料是本世纪最大的问题之一。由于其环保优势和广泛性，太阳能是重要的可再生能源之一。金属卤化物钙钛矿材料具有可调控的能带带隙、高吸收系数、宽吸收谱、高的电荷迁移率和长电荷扩散距离等优势，在光伏和光电器件中具有广阔的应用前景。短短几年，钙钛矿太阳能电池的转化效率已从最初的3.8%提升到已认证得22.1%。最近，Snaith等人撰写了观点文章讨论了通过不同沉积方式获得不同形式的钙钛矿材料以及它们在能源相关方面的应用，展望了未来的挑战和可能的解决方法。（Nature Energy DOI: 10.1038/nenergy.2016.48）
8.非晶一氧化硅原子尺度歧化获得实验证实
（Atomic-scale disproportionation in amorphous silicon monoxide）
固态一氧化硅是一种非晶材料，已经在很多功能化应用领域实现商业化。然而，由于其中硅的不同寻常的价键状态，一氧化硅的非晶结构一直悬而未决。研究人员曾经推测非晶一氧化硅通过形成类似于硅和二氧化硅的区域，从而经历一种反常的歧化。然而，这一推测一直缺乏实验证据。目前，东京大学的研究人员及其合作者报导了利用埃米（0.1纳米）级电子束衍射、同步X-射线散射和计算机模拟综合解析获得的非晶结构。除了理论预言的非晶硅和二氧化硅团簇，在两种团簇界面的亚氧化型四方配位体也被电子束衍射探测到。这在原子尺度提供了令人信服的一氧化硅歧化的实验证据。（Nature Communications DOI: 10.1038/ncomms11591）
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