《自然》《科学》一周（09.26-10.02）材料科学前沿要闻

1.生物机械能对可穿戴电子产品进行持续供电

（Sustainably powering wearable electronics solely by biomechanical energy）

获取生物机械能是用于为可穿戴电子产品提供电力的重要解决方法，但目前的方法仍是采取电池供电，因此需要对其频繁地充电或更换。王中林教授领导的研究小组展示了一种仅通过人体运动即可实现对可穿戴设备连续供电的方法，即利用经过材料优化和结构设计的纳米摩擦发电机（TENG）来实现供电。这个发电设备由螺旋状内部电极和弹性材料制成，具有包括柔韧性、延展性、各向同性、制造性、耐水性和 250μC/m2 高表面电荷密度等理想特性。仅仅通过内置于鞋底，试验者通过走路或慢跑提取能量的纳米摩擦发电机，便可立即并可持续地为诸如电子表、健身跟踪器等可穿戴电子设备进行充电。（Nature Communications  DOI: 10.1038/ncomms12744）   

2.多进程三维打印提升组件的功能

（Multiprocess 3D printing for increasing component functionality）

逐层沉积材料加工组件，又称为三维（3D）打印或积层制造。在过去的几年中，3D打印作为一种加工制造工艺一直在蓬勃地发展，现在已经可以用于制造用作模型、装配固件和生产模具的复杂几何体。人们越来越多对它的关注集中于将这种技术用于直接生产零部件。然而，目前3D打印仍普遍限制在利用单一材料进行制造，这限制了产品的最终用途和功能。下一代3D打印不仅需要整合不同种的材料，还需要实现用于达成具体功能的活动组件。MacDonald等人对目前多进程3D打印领域进行了综述，他们认为传统与创新互补结合将推进未来的制造业。（Science DOI: 10.1126/science.aaf2093）

3.基于溶液处理自组织多量子阱的钙钛矿发光二极管

（Perovskite light-emitting diodes based on solution-processed self-organized multiple quantum wells）

有机金属卤化物钙钛矿通过低温溶液处理，可以形成具有良好光电特性的结晶状直接带隙半导体。但是，由于表面覆盖不完全导致的缺陷和漏泄电流，这类半导体的电致发光效率往往受到非辐射复合的限制。南京工业大学黄维院士领导的科研小组提出了一种基于良好薄膜形态自组装多量子阱（MQW）的溶液处理钙钛矿发光二极管（LED）的方法。基于MQW的LED表现出了高达11.7%的外量子效率、良好的稳定性，并在 100mA/cm2 的电流密度下呈现出具有 5.5% 的能量转化效率的高功率性能。具有更高的能隙的钙钛矿多量子阱有效地封闭了产生电致发光的较低带隙区域，由此造成了非常高效的辐射衰变，从而产生了优异的性能。令人惊奇的是，并没有证据显示不同带隙区域之间的大界面区域会导致发光淬灭。（Nature Photonics DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.185）

4.利用氧化铁纳米微粒抑制肿瘤生长

（Iron oxide nanoparticles inhibit tumour growth by inducing pro-inflammatory macrophage polarization in tumour tissues）

日前，美国食品药品监督管理局已经批准了将ferumoxytol（超顺磁氧化铁纳米粒静脉注射剂）等氧化铁纳米颗粒用于治疗缺铁，同时作为药物载体和磁共振成像对比剂。Zanganeh等人展示了将ferumoxytol用于早期乳腺癌生长和肝肺癌转移中所展现出的内在治疗效果。在体外对腺癌细胞、ferumoxytol和巨噬细胞的共同培养显示ferumoxytol对半胱天冬酶-3活性具有提升作用。巨噬细胞与之接触后，mRNA与促炎Th1型反应的相关性增强。体内实验中，ferumoxytol显著抑制了小鼠皮下腺癌的生长。此外，在静脉肿瘤细胞被激发之前进行ferumoxytol静脉注射可以预防肝脏肿瘤转移。流式细胞分析（FACS）和组织病理学的研究表明，肿瘤细胞的生长受到抑制是伴随着肿瘤组织中促炎性M1巨噬细胞的增加而存在的。结果表明，ferumoxytol可以作为非常规药品用于预防肝脏肿瘤转移和调节增强巨噬细胞的癌症免疫疗法。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2016.168）

5.高稳定亚纳米铂的制备

（Generation of subnanometric platinum with high stability during transformation of a 2D zeolite into 3D）

单金属原子和金属团簇由于具有独特异相催化优势已经吸引了很大研究兴趣。然而，在固态支撑物上制备稳定的单原子和团簇仍然具有很大的挑战性。最近，Liu等人报导了一种合成具有高度热稳定性的单原子Pt和Pt团簇的新策略。他们利用MCM-22沸石从二维到三维的转变来稳定Pt原子或团簇，即使加热到540 oC进行热处理仍然保持稳定。而且，这些局限在框架空腔里的稳定的Pt原子或团簇对于催化烯类氢化表现尺寸选择性。高温氧化还原处理导致Pt原子或团簇生长为1-2纳米的小颗粒。这种Pt催化剂对于丙烷脱氢成为丙烯也具有很好的催化活性和稳定性。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4757）

6. 部分错配的准晶超晶格

（Quasicrystalline nanocrystal superlattice with partial matching rules）

扩大自组装超晶格样品库对于理解原子晶体的行为和支持介观尺度有序材料的发展具有重要意义。Ye等人软物质准晶发现了一种表现出部分匹配准则的准晶二元超晶格。他们通过电子断层成像技术和表面形貌成像确定了三维结构模型。这一模型打破了准晶的12重旋转对称，形成了一种四边形和具有6重对称的大、小三角形的随机堆砌。他们的实验—理论联合研究表明纳米晶超晶格调控的能力，并进一步缩小了晶体结构和软物质组装体之间丰富程度的差距。(Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4759)

7. 利用孪生纳米晶和NiSx光催化产氢

（Photocatalytic hydrogen production using twinned nanocrystals and an unanchored NiSx co-catalyst）

加速电荷分离和表面的氧化还原反应被认为是提高半导体催化太阳能产氢的核心。为了实现这一目的，由紧密接触的光吸附剂和共催化剂组成的光催化剂引起了科研人员的注意。Liu等人报导了将Cd0.5Zn0.5S纳米孪生光催化剂与NiSx共催化剂相结合用来进行光催化产氢。他们发现：在425纳米的光照下利用Na2S/Na2SO3作为除孔剂，光催化产氢的内部量子效率趋于100%。这些结果表明NiSx共催化剂并没有附着于主催化剂CZS上，而是作为亚纳米团簇存在于反应溶液中。他们认为通过CZS和NiSx团簇的碰撞实现了电子的转移，从而辅助电荷分离并抑制了逆向反应，提高了水还原率。(Nature Energy DOI: 10.1038/NENERGY.2016.151)

8.同手性聚合作用驱动石墨烯纳米带的生长

（Homochiral polymerization-driven selective growth of graphene nanoribbons）

表面辅助自下而上合成石墨烯纳米带（GNRs）已经吸引了很多研究者的注意。尽管金属表面的这些反应通常被认为是由于金属催化的作用，事实上，这一机制并不明确。Sakaguchi等人展示了“共形控制表面催化”：一种“Z形链接”前驱体的两区气相沉积。他们利用这种方法合成了宽度1.45nm的“并苯型”石墨烯纳米带。这些前驱体表现出很好的柔韧性，使其能够容纳Au(111)面高度非对称性的手性共形。这种方法概念上类似于酶催化，可以应用于新型碳材料的合成。

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