《自然》《科学》一周（3.27-4.2）材料科学前沿要闻
1.沉淀微雕塑的可控生长和形成
（Controlledgrowth and form of precipitating microsculptures）
三维形状的可控自组装对于制备功能材料具有重要意义。它们的实际应用需要理论框架来量化和指导动态雕刻弯曲结构。受很多生物共沉淀模式的启发，Kaplan等人针对薄壁复杂结构生长锋面发展了一种几何理论，这一理论能够很好的解释之前观察到的实验结构。另外，这一理论能够预测很多实验上并没有探索的合成路线。他们利用这一理论设计了很多基于特定功能的光学微结构形状。总之，他们的这一理论框架提供了一种理解和控制功能沉淀微结构生长和形成的新方式（Science DOI: 10.1126/science.aah6350）
2.黑硅共形TiO2薄膜提高的光电化学效率和稳定性
（Enhancedphotoelectrochemical e‑ciency and stability using a conformal TiO2 film on ablack silicon photoanode）
黑硅（b-Si）是一种表面纳米结构化的Si，具有极有效的光吸收能力，因此是能量转化研究的热点。但是，强烈的电荷复合与低电化学稳定性，限制了b-Si在光电化学太阳能-燃料产生过程中的使用。Yu等人利用低温原子层沉积（ALD）将共形超薄无定形的TiO2薄膜沉积在b-Si表面，同时解决了这两个问题。与析氧催化剂Co(OH)2薄膜相结合，b-Si/TiO2/Co(OH)2异质结光电阳极在0.1M NaOH电介质中外在电压1.48V vs RHE时，能够产生饱和光电流密度32.3 mA cm-2。相对于平面Si和未保护的b-Si光电极，这一新型光电极表现出提高的光电流，这主要归结于提高的电荷分离效率。8-nm ALDTiO2层将b-Si的使用寿命从不到半小时提高到了4小时。（Nature Energy DOI:10.1038/nenergy.2017.45）
3.乙炔氢氯化反应中单个位点金催化
（Identificationof single-site gold catalysis in acetylene hydrochlorination）
近期证实的对于氢氯化反应有效进行催化的金催化剂的活性位点一直存在争议。Malta等人通过原位x-射线吸收精细结构研究发现Au/C催化剂在乙炔氢氯化反应条件下表现出很高的活性。这一催化剂由单个位点阳离子Au实体构成，它们的活性与Au(I):Au(II)比例有关。他们证实了这些Au/C催化剂是单个位点异质Au催化剂支撑类似物，并基于Au(I)-Au(II)物种提出了一种被计算模型支持的催化机理。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4858）
4. 模拟异质界面太阳能水解
（Modellingheterogeneous interfaces for solar water splitting）
从水和太阳光产生氢气，为产生规模化和可持续的无碳能源提供了很有前景的方法。太阳能到燃料的技术关键是设计有效、可持续和低成本的光电化学池，能够有效吸收太阳光并驱动水解反应。为了实现这一目标，深入理解和精确控制光吸附剂、电介质和催化剂间异质界面是十分必要的。Pham等人综述了利用基于第一原理方法预测异质界面物理化学性质方面的最新进展和面临的挑战，并强调了理论计算在解释日益复杂的实验方面的关键作用。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4803）
5.纳米尺度毛细管冻结离子液体
（Nanoscalecapillary freezing of ionic liquids confined between metallic interfaces andthe role of electronic screening）
室温离子液体（RTILs）是对能量存储和活性润滑具有重要作用的新材料。它们是不同寻常的液体，对于传统电介质框架产生了重要挑战。它们在充电界面的行为与它们的电化学活性相关，但是具体机理尚不清楚。利用基于音叉的原子力显微镜流变学测量法，Comtet等人探索了限域的RTILs的性质，揭示了RTILs在低于某一厚度阈值时向固态转化的急剧变化，指向毛细管冷冻限域。这一阈值与限域材料的金属本性有关，越多的金属表面越有利于冷冻。他们根据冷冻转变解释了这一行为，并考虑了在限域表面RTIL润湿的电子屏蔽的影响。他们的发现对于解释限域的RTIL的性质提供了新的观点，并为利用相转变RTILs调节纳米尺度润滑的应用提供了新思路。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4880）
6. 原子线中的光激发结构转变
（Opticallyexcited structural transition in atomic wires on surfaces at the quantum limit）
对于固体原子势-能量的瞬态控制能够带来新的物质态和晶格振动时间尺度核运动的量子控制。Frigge等人报导了原子铟线中一种光诱导从低对称到高对称电荷密度态的转变。这种In线位于Si的表面，并且这种转变的发生在350飞秒以内完成。光激发打破和创造了In-In键，导致了软声子模式的非热激发，并通过耦合这些软声子模式和源于Si表面对称性破坏的多种形式的表界面声子驱动了关键阻尼核运动极限中的结构转变。这一发现表明精密调节电子激发能够创造非平和势能表面，从而驱动量子限制的界面上的结构动力学。这一技术能够潜在应用于调节固态到光激发的动态响应，并具有广泛的应用潜力，如：超快探测器。（Nature DOI: 10.1038/nature21432）
7.打印的GaAs组装体光电极
（Printedassemblies of GaAs photoelectrodes with decoupled optical and reactiveinterfaces for unassisted solar water splitting）
尽管III-V化合物半导体具有极好的光物理性质和高太阳能-氢气转化效率，但是高成本和有限的稳定性限制了它们在太阳能驱动的光电化学水解中的实际应用。Kang等人报导了一种通过打印的外延生长的化合物半导体克服这些困难的III-V光催化策略。基于GaAs外延材料的薄膜堆从生长基底上剥离并打印在非透明基底上形成集成光催化电极。异质集成的电极构型与特殊的外延设计能够去耦合材料界面的光照和电催化。并且，这使光吸收、载流子传输、电荷转移和材料稳定能够独立控制和优化。利用这一方法，他们构建了一系列GaAs光电极的无线串联系统，这一系统在无辅助水解中表现出13.1%的太阳能-氢气转化效率。（Nature Energy DOI: 10.1038/nenergy.2017.43）
8.氧还原的实时阻抗监测
（Real-timeimpedance monitoring of oxygen reduction during surface modification of thinfilm cathodes）
固态氧化物燃料电池性能的提高很大程度上依赖于对于氧还原反应具有高催化活性的阴极材料的发展。钙钛矿型氧化物，如：La1-xSrxCoO3-δ(LSC)，具有极好的活性，但是性能的衰减很可能是由表面成分变化引起的，这阻碍了LSC全部潜能的利用。Rupp等人最近揭示了LSC表面很高的催化活性可以追溯到很少的活性位点。尽管很少的SrO，如：单层的4%，沉积在LSC表面，则会导致严重的失活。另一方面，Co能够引起再次激活，表明活性位点和Co在表面的出现密切相关。这能够通过原位测量薄膜电极电化学性能的变化来监测，同时修饰它们的表面：在脉冲激光沉积腔体内通过单脉冲激光沉积比例明确的Sr-、Co-和La氧化物单层的阻抗谱测量。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4879）
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