《自然》《科学》一周（07.04-07.10）材料科学前沿要闻

1.高效率二维Ruddlesden-Popper型钙钛矿太阳能电池

（High-efficiencytwo-dimensional Ruddlesden–Popper perovskite solar cells）

三维有机-无机钙钛矿具有优异的光电特性，目前已达到功率转化效率20%以上，但是，其环境稳定性和光学稳定性还需大幅提高。与之相反，Ruddlesden–Popper相（层状二维钙钛矿薄膜）具有优异的稳定性，但转化效率只有4.37%。最近，美国阿拉莫斯国家实验室的Tsai及其合作者通过制备接近单晶的层状钙钛矿，实现了高达12.52%的光电转化效率。没有封装的二维钙钛矿器件在恒定、标准照明下工作超过2250小时仍能保持原来效率的60%。封装之后，在标准条件下和潮湿的环境中，器件并没有表现出明显的性能衰减。（Nature DOI：10.1038/ nature 18306）

2.PVP诱导金纳米棱柱各向异性生长

（Polyvinylpyrrolidone-inducedanisotropic growth of gold nanoprisms in plasmon-driven synthesis）

目前，适用于银纳米结构生长的等离子调制能否用于其它贵金属的合成尚不清楚，因为分子尺度控制的生长过程还未完全被理解。Wei等人利用等离子调制合成了金纳米棱柱，并在单纳米颗粒尺度上阐释了光化学合成机制的细节。研究发现：表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）沿着纳米棱柱的周边优先吸附，并且调节金纳米棱柱的各向异性生长。这一发现赋予PVP一项新的功能，并且与之前认知的PVP作为晶面阻止基团不同。（Nature Materials DOI: 10.1038/ NMAT4683）

3. 杂化多孔材料有效分离乙烯乙炔混合物

（Porechemistry and size control in hybrid porous materials for acetylene capturefrom ethylene） 

物理吸附能力和选择性往往是多孔材料需要平衡的两个方面。物理吸附的纯化和有效的气体分离成为多孔材料在气体吸附方面应用的主要障碍。Cui等人利用六氟硅酸盐的金属协调网络和有机连接体，有效控制了孔的化学性质和尺寸，通过主-客和/或客-客相互作用实现了优先吸附乙炔分子的目的。理论模拟和中子衍射证实了具体的乙炔吸附位点。分离乙炔和乙烯混合物的有效性也被实验所证实。（Science DOI: 10.1126/ science. aaf2458）

4. 高温超导体中的拓扑边界态

（Topologicaledge states in a high-temperature superconductor FeSe/SrTiO3(001) film）

在固态材料中，超导态和拓扑态是两个最有吸引力的量子现象。这两种状态的纠缠——拓扑超导态，将产生更加新奇的量子现象。很多材料被发现或是超导体或是拓扑绝缘体。但是，很少材料既具有超导态又具有拓扑态。Liu等人通过第一性原理、扫描隧道谱和角分辨光发射光谱实验证明：最近发现的单层FeSe“二维超导体”在能带约40毫电子伏时在低于费米能级的M点具有一维拓扑边界态。这是具有超导和拓扑态的第一个二维材料，为通过近邻效应来研究二维拓扑超导体提供了机会。（Nature Materials  DOI:10.1038/NMAT4686） 

5. 钒酸铋光电阳极的化学和光化学转换机理

（Mechanisticinsights into chemical and photochemical transformations of bismuth vanadatephotoanodes）

人工光合作用依赖于半导体的实用性，也就是要化学上稳定和可以有效捕获太阳能。虽然金属氧化物半导体经研究已经证实了其抗氧化侵蚀能力，但这类材料会受到化学和光化学性质不够稳定。Francesca等人提出了一种用来评估腐蚀机理的方法，并将其应用于钒酸铋这样一种最先进的光电阳极。计算模拟表明：光激发的载流子在表面累积之后使晶格变得不稳定，并且化学稳定相的自我钝化也受到抑制。（Nature Communications DOI: 10.1038/ncomms12012）

6. 界面驱动的拓扑霍尔效应

（Interface-driventopological Hall effect in SrRuO3-SrIrO3 bilayer）

过去几年中，耦合磁场的电子输运引起了人们的关注。拓扑霍尔效应被认为是用于探测Dzyaloshinskii-Moriya （DM）相互作用和由此产生的磁性斯格明子的有力工具。这种相互作用出现于破损反演对称性中，因此，可以将其人工引入到界面上；最近在多层金属中验证了这一观点。但是，很少有通过电子输运来研究这类界面上DM相互作用的尝试。最近，Jobu等人通过制造外延氧化物界面证明了输运性与界面DM相互作用间的关联性。在很宽的温度和磁场范围内，由铁磁性的SrRuO3和顺磁性的SrIrO3组成的外延双分子层中发现了拓扑霍尔效应。拓扑霍尔效应的大小随SrRuO3厚度的减小而迅速降低，这表明界面DM相互作用起到了显著的作用。这种相互作用有望实现10nm尺寸的奈尔型磁性斯格明子。现有的结果证实高品质的氧化物界面让我们可以调整有效DM相互作用。这可能是迈向未来拓扑电子学的重要一步。（Science AdvancesDOI: 10.1126/ sciadv. 1600304）

7. 基于MOF的丙烯丙烷分离器

（Ametal-organic framework–based splitter for separatingpropylene from propane）

化工行业依赖的烯烃/烷烃分离通常伴随着很高的能量消耗过程。Cadiau等人利用化学法合成了化学稳定的氟化金属有机框架化合物（MOF）（NbOFFIVE-1-Ni或称为KAUST-7）。桥连的Ni-吡嗪方形格层和（NbOF5）2-柱状物构建了三维的MOF，收缩的方形通道内封闭了周期性的氟离子阵列。（NbOF5）2-能够防止吡嗪自由旋转，从而固定孔的整体结构，并将孔径减小到0.3nm。这种固定的孔结构和大小把丙烷排除在外，实现了常压下丙烷和丙烯混物的分离。（Science DOI: 10.1126/science.aaf6323）

8. 电子皮肤

（Pursuingprosthetic electronic skin）

皮肤是我们与世界接触的重要媒介。利用电子器件重新创造皮肤的特性将对外科修复学和医药产生深远的影响。人造皮肤已经激发了人们对材料创新的巨大兴趣，包括机械稳定性和延展性、生物降解能力和大面积感知复杂多样性的能力。为能够制造机械性能优异和多功能的类皮肤电子器件以及改善脑/机接口以使得皮肤的信号可以传输到身体，人们正在大力发展新材料及其制备技术。最近美国斯坦福大学的鲍哲南教授在《自然-材料》发表了关于电子皮肤最新进展的综述，其中包括设计用于模仿皮肤感知和产生仿生信号能力的材料和设备等。（Nature Materials  DOI:10.1038/NMAT4671）

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