《自然》《科学》一周（07.11-07.17）材料科学前沿要闻
1. MoS2-碳纳米管高稳定性锂离子电池负极
（Hierarchical MoS2 tubular structures internally wired by carbon nanotubes as a highly stable anode material for lithium-ion batteries）
典型的二维材料 MoS2 是一种很前景的锂电池负极材料，因为他具有三倍于石墨的理论容量。但是，由于其低电导率和循环过程中的大应变往往导致结构的塌陷和低倍率容量。新加坡南洋理工大学的 Lou 等人设计了等级MoS2管状结构，其内部由碳纳米管贯穿。得益于这种独特的结构和组分特征，这种MoS2-碳纳米管管状结构在电流密度 0.1 A/g 时表现出很高的比容量 1320 mAh/g 和超长的循环寿命（1000循环）。(Science Advance DOI : 10.1126 / sciadv. 160002 ）
2. 单层MoS2纳米孔用作纳米发电机
（Single-layer MoS2 nanopores as nanopower generators）
利用淡水和海水间的渗透压差来发电，是利用可再生清洁能源（称之为“蓝色能源”）的极具吸引力的方法。另一种电动学现象，称为流动电位，发生在电解液在压力梯度或者由盐浓度梯度引起渗透势作用下通过细小孔径时。
Feng等人利用单层二硫化钼纳米孔制作了渗透纳米发电器。他们观察到了由盐浓度梯度产生的很大的渗透感应电流，估算其功率密度可高达 106 瓦特每平方米，而这一电流的主要贡献来自原子层厚的二硫化钼薄膜。纳米电子器件和光电子器件所需的低功率需求可以由临近纳米发电机从本地环境中获取的能量来提供。
他们利用二硫化钼纳米孔发电机驱动了一个二硫化钼晶体管，证明了自供电纳米系统的有效性。（Nature DOI : 10.1038 / nature 18593 ）
3. 磁模板合成高性能锂电池正极
（High-performance battery electrodes via magnetic templating）
高能量密度、低成本的锂电池正极一直是多种设备所需锂电池未满足的需求。
Chiang 等人在《自然·能源》发表论文，展示了利用磁性控制合成具有方向性孔通道的锂离子电池正极材料 LiCoO2 。这种方向性的孔道有利于快速的电子传输和三倍的面积容量。
该电池正极在电动汽车模型等各种条件下进行了测试。（Nature Energy DOI : 10.1038 / NENERGY.2016.99 ）
4. 范德华异质结构和器件
（Van der Waals heterostructures and devices）
自从十多年前石墨烯被发现以来，二维层状材料（2DMLs）一直是材料研究的焦点。二维材料中的每一层由键合力很强的共价键构成，与相邻的层间以很弱的范德华力相连。这使分离、混合和配对分离的原子层、以创造出无数的范德华异质结构成为可能，而且，不会受到晶格匹配和合成兼容性的限制。为了在这些具有各种金属层、半导体层或绝缘层的范德华异质结构中探索各种新奇的特性，各种电子器件的新设计不断涌现，包括光电探测器、太阳能光电板和LED等。
最近，美国加州大学洛杉矶分校的华人科学家 Duan 等人综述了范德华异质结构的最近新进展和挑战，并针对二维材料基范德华结构在电子学和光电子学中的未来应用提出了自己的观点。（Nature Review Materials DOI : 10.1038 / natrevmats. 2016.42 ）
5. 应变La2/3Ca1/3MnO3薄膜中的协同光致亚稳相
（Cooperative photoinduced metastable phase control in strained manganite films）
凝聚态物理中的一个主要挑战就是对量子态的有效控制。利用脉冲电磁场施加动态控制可以克服高能势垒，使之可以达到在热传导情况下得不到的瞬态或亚稳态。
Zhang 等人报导了利用应变调控可以将 La2/3Ca1/3MnO3 转变为具有极高光敏感性的电荷有序绝缘态，其中单个光脉冲就可以实现到长寿命亚稳隐藏金属相的转变。
广泛地单点脉冲激发测量的结果表明：该转变是协同且超快的，需要一个临界吸收光子密度值来激活局部电荷激励，即调节磁晶格耦合，从而达到稳定的金属态。（Nature Materials DOI : 10.1038 /NMAT 4695 ）
6. 原子层厚SnTe中面内铁电性的发现
（Discovery of robust in-plane ferroelectricity in atomic-thick SnTe）
要实现微型铁电器件需要具有稳定铁电性和高转化温度的纳米结构材料。
Chang等人在下限至一个单胞的原子厚度的碲化锡（SnTe）中发现了稳定的面内自发极化。 SnTe 薄膜的单位晶胞铁电转化温度 Tc 从 98 开尔文提升至高达 270 开尔文。此外， 2 至 4 个单胞的 SnTe 薄膜在室温下表现出强铁电性。
这种二维材料中半导体特性和铁电性的相互作用可能会在非易失高密度存储器、纳米传感器和电子学领域等有广泛的应用。（Science DOI : 10.1126 / science.aad 8609 ）
7. 通过静电不平衡重构活性粒子
（Reconfiguring active particles by electrostatic imbalance）
活性材料其活动单元可以聚合成非均衡地动态的球状结构，这使其成为凝聚态材料中全新的一类。
Yan 等人提出了一种通过引入非平衡相互作用重置活性粒子成为多种集合态的方法。他们通过计算机模拟自驱动胶体球证明了这一概念，并在实验上通过一个金属-电介质Janus 胶体受垂直交流电场影响的二维系统进行了验证。胶体两个半球的错配和频率相关的介电响应可以同时控制粒子的运动和胶体的相互作用。他们利用相同的前驱体粒子通过改变交流电场频率实现了大群、链条、团簇和各向同性的气体形式，也观测到了大型极化波、旋涡和阻塞域。
这种非对称驱动的活性自组结构的方法应该能有效地推广到其它活性二维和三维材料。（Nature Materials DOI : 10.1038 / NMAT 4696 ）
8. 多价VO2外延薄膜中的可逆相位调制和贮氢
（Reversible phase modulation and hydrogen storage in multivalent VO2 epitaxial thin films）
氢，作为最小也是最轻的元素，可以可逆地掺入二氧化钒晶格的间隙位置中，以 3d1 电子排布关联氧化，并诱导电子相位调制。对于低浓度氢稳定金属态的报导已有很多，但对于氢在高掺杂度的情况的理解仍很有限。
Hyojin 等人最近研究表明：可以将多达两个氢原子同时结合到每个 VO2 单胞上，并且这两个氢可以从 VO2 上被可逆地吸收和释放，而不破坏其晶格结构。这个氢化过程可以阐明氢氧化钒的电子相位调制，展示出整数间d-带填充中绝缘体-金属-绝缘体两步的相位调制。
这一发现证明了可逆地动态控制 VO2 拓扑相位调制的可能性，并且打开了在新型贮氢中的潜在应用。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4692）
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