《自然》《科学》一周（3.12-3.18）材料科学前沿要闻
1.电沉积单晶金箔的外延剥离
（Epitaxiallift-off of electrodeposited single-crystal gold foils for flexible electronics）
Mahenderkar 等人介绍了一种以硅为模板实现晶片尺寸柔性透明单晶金箔外延剥离的低成本、简单方法。通过光照下光电化学氧化硅来实现牺牲 SiOx 层的横向电化学下层生长。具有面电阻 7 欧姆/平方的28 纳米厚金箔在 4000 次弯曲循环后电阻仅增加 4％。基于三（联吡啶基）钌（II）柔性有机发光二极管旋涂在此种金箔上能充分利用金箔的透射率和柔性。作为无机半导体的氧化亚铜外延地电沉积到金箔上表现出的二极管品质因数 n 为 1.6（对于理想二极管，n = 1.0），而多晶沉积的值为 3.1。在金箔上外延地电沉积氧化锌纳米线也显示出很好柔性，纳米线经过高达 500 个弯曲循环后仍无损坏。（Science DOI: 10.1126/science.aam5830）
2.铁素体钢中捕获位点单个氢原子的直接观察
（Directobservation of individual hydrogen atoms at trapping sites in a ferritic steel）
通过设计原子级微观结构陷阱来限制氢的扩散，是抗氢脆材料开发中的一项关键策略。对于轴承钢，在铁素体基质中引入精细分散的V-Mo-Nb 碳化物可以作为有效的捕获机制。Chen 等人首先通过电解负载为铁素体钢加入氘从而达到高氢浓度，然后在进行原子探针断层扫描（APT）分析之前用低温转移方法将其固定在微结构中。他们使用 APT展示了在这些碳化物的核心中捕获的氢的定量组成分布。另外，只要通过简单的冷链，这一实验便可以在任何装备有 APT 的实验室中重复。（Science DOI: 10.1126/science.aal2418）
3.利用分子间斥力控制多个有序的异质分子相的生长
（Controllingthe growth of multiple ordered heteromolecular phases by utilizingintermolecular repulsion）
为了改进和开发未来电子器件，对于金属/有机界面及其结构、电子、自旋和热力学性质已经得到了深入研究。在这种情况下，异质分子相通过组合不同的分子便能轻松地增加新的设计机会。然而，在这种复杂系统中想要控制理想的相是一个具有挑战性的任务。Henneke 等人报导了一种有效地控制双分子系统生长的有效方法，这种双分子系统由分别具有斥力和吸力两种相反分子间相互作用的吸附核素组成。排斥核素形成二维晶格气体，其密度决定哪个晶相是稳定的。临界气相密度决定了描述实验观察结果的恒定区域相图，包括具有三个共存相的共晶区域。对于含有二维气相的二元系统，Henneke 等人预估了这种类型相图的一般有效性，并且还展示了气相的密度允许界面结构调控。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4858）
4. 太阳能直接转化为氢能
（Directsolar-to-hydrogen conversion via inverted metamorphic multi-junctionsemiconductor architectures）
多结半导体光电化学电池的太阳光解水，提供了太阳能直接转化为氢键形式的储存化学能的方法。要想经济可行地生产氢气，需要高转化效率来降低系统平衡的成本。光电压足够的情况下，水解效率与器件光电流成比例，这可以通过结合最佳半导体带隙合适地选择来调谐。Young 等人报导了由反向变质外延和允许每个结的带隙独立变化的透明梯度缓冲区来实现高效、浸没水解电极。通过使用掩埋p-n 结，在电解质界面处的电压损失比传统的均匀p 掺杂光电阴极减少了 0.55V。通过先进的太阳能基准测试、光谱校正和对入射光子转化为电流效率的验证，结果显示：与GaInP/GaInAs 串联吸收器一起使用产生了超过16％ 的太阳能到氢的转化效率，比经典的高效串联 III-V 族器件有 60％ 的提升。（Nature Energy DOI: 10.1038/nenergy.2017.28）
5. 悬键自旋上的磁性极化子
（Magneticpolaron on dangling-bond spins in CdSe colloidal nanocrystals）
非磁性胶体纳米结构可以表现出稀磁性半导体的典型磁性能，因为在其表面处悬键的自旋可以作为磁性离子的局部自旋。Biadala 等人在直径 2.8nm 的 CdSe 胶体纳米晶体（NC）中观察到了悬键磁极化（DBMP）。在选择性激光激发下对发射谱线的光谱位移测量得到的 DBMP 结合能为 7meV。低温下极化子的形成是通过悬空键自旋（DBS）的光学取向而发生，而悬键自旋由自旋禁止的暗激子在悬键辅助下的辐射复合产生。DBMP 结合能和发射强度的温度依赖性的模拟，显示 DBMP 是由暗激子和约 60 个的 DBS 组成的。一个 DBS 与限制在 NC 中的电子的交换积分约为 0.12meV。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2017.22）
6. 分离的氧和氢电解池中的光电化学水解
（Photoelectrochemicalwater splitting in separate oxygen and hydrogen cells）
太阳能水解为可持续生产氢气和太阳能储存提供了一个很有前景的途径。降低氢气生产成本是实现大规模利用这种技术的最大挑战之一。其中常规电解器结构，即氢和氧产生在同一电池中，在直接将太阳能和水转化为氢的应用中是一项必须应对的重要挑战。Landman 等人通过分离氢和氧单元克服了这一难题。电池中的离子交换由辅助电极调节，并且电池间仅通过金属导线彼此连接，从而能够集中产生氢气。在单独的电池中生成氢气时，其太阳能到氢气的转化效率为7.5％，而使用标准商业组件时可以容易地超过10％。对基础成本的比较表明，Landman 等人的方法可与传统的光电化学系统相竞争，能够实现安全经济的太阳能氢气生产。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4876）
7.太阳能驱动重组木质纤维素成氢气
（Solar-drivenreforming of lignocellulose to H2 with a CdS/CdOx photocatalyst
木质纤维素是地球上最丰富的生物质形式，由其生成 H2 是产生可再生燃料的一个重要目标。在环境温度下利用太阳能驱动的光催化将木质纤维素重整为氢气，为实现这一目标提供了可持续性的方法，但是该反应目前仅限于在紫外光下以低活性进行的含贵金属体系。Wakerley 等人在碱性水溶液中利用半导体硫化镉量子点实现了纤维素、半纤维素和木质素到H2 的光驱动形成。他们还展示了导致这些点被氧化物/氢氧化物原位涂覆的基本条件，并提出了一个提高其光催化性能的方法。该系统在可见光下操作超过六天后仍保持稳定，甚至能够在室温太阳辐射下对未加工的木质纤维素进行改造，例如木材和纸。这提供了通过废弃生物质氧化将含水质子还原转化为 H2 的低成本方法。（NatureEnergy DOI: 10.1038/nenergy.2017.21）
8.溶剂可转换连续呼吸特性及其对CO2 vs.CH4 选择性的影响
（Solvent-switchablecontinuous-breathing behaviour in a diamondoid metal–organic framework and itsinfluence on CO2 versus CH4 selectivity）
对柔性金属-有机骨架（MOF）特性（多孔结晶材料在暴露于外部刺激时经历结构变化）的理解，可以支持其用于如气体分离、分子感测、催化和药物递送等特定的响应材料的设计。MOF 在开孔和闭孔形式（称为“呼吸”的行为）之间的可逆变换通常由晶体转变产生。相比之下，连续的呼吸很罕见，对其详细的表征也仍非常有限。Carrington 等人通过对具有类金刚石网络的 MOF （Me2NH2）[In（ABDC）2]（ABDC，2-氨基苯-1,4-二羧酸）单晶衍射研究，展示了连续的呼吸机制。在两种不同溶剂中 MOF 的去溶剂化产生了具有不同的孔开口，显着不同的气体吸附容量和不同的 CO2 对 CH4 选择性的两种多晶型活化形式。部分去溶剂化引入与 CO2 吸附相关的门控压力，这表明该框架还可以发生一种阶梯和连续呼吸的组合。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/NCHEM.2747）
相关阅读：
▶《自然》《科学》一周（2.20-2.26）材料科学前沿要闻
▶《自然》《科学》一周（2.13-2.19）材料科学前沿要闻
▶《自然》《科学》一周（1.30-2.5）材料科学前沿要闻
更多《自然》《科学》材料科学前沿要闻
点击“阅读原文”下载新材料在线APP在
【百科--专题区--自然科学】查看
新材料在线商务合作
请联系：王小姐 0755-86060912（9:30-18:30）
更多精华内容，请点击“阅读原文”下载app