第一篇，Nature Nanotechnology：两步法制备用于超高非线性TMD嵌入式光纤第一作者：Yonggang Zuo,Wentao Yu,Can Liu
第一单位：中国科学院物理研究所北京凝聚态物理国家实验室DOI：10.1038/s41565-020-0770-x
非线性光纤在光学变频、超快激光和光通信等领域有着广泛的应用。二维材料用于非线性光纤的优势在于:(1)原子薄层不会破坏光纤中的高质量波导模式;(2)光纤内增强的光-二维材料相互作用可以引起超高的非线性光学响应。在现有的制造技术中，非线性是通过将非线性材料注入光纤或制造微结构光纤来实现的，前者因为非线性二维材料主要通过直接转移技术附着在光纤上，存在传播失真，光-材料相互作用长度较短，难以批量生产的缺点，后者则存在设计灵活性差的问题。
1. 在这篇文章中，作者制备了一种二维材料嵌入式光纤——高度非线性材料MoS2直接生长在SiO2光纤的内壁上。生长通过简单的两步实现，在沿整个光纤壁生长二维材料之前，预先沉积固体前驱体以保证原料均匀，克服固体前体难以有效和均匀地转移到光纤孔中的问题。2. 用制备的25厘米长的光纤，与单层MoS2的平面氧化硅器件相比，二次谐波（SHG）和三次谐波（THG）的产生能提高约300倍，传播损失保持在~0.1 dBcm-1在一个较宽的频率范围内。
3. 初步测试表明，这种两步生长法也适用于其他二维材料和光纤结构，并在文章展示了一种全光纤锁模激光器(约6 MW输出，约500 fs脉冲宽度和约41 MHz重复率)通过把嵌入二维材料的光纤作为饱和吸收器，证明了这些嵌入式光纤可用于多种全光纤非线性光学和光电应用。
4. 通过色散管理建立了一个脉冲展宽被动锁模光纤激光器, 实现超连续谱的产生。如果激发光和非线性信号之间的相位匹配得到满足，非线性转换效率甚至可以提高到~10%，这可以与传统的块体光学晶体相媲美。这将为非线性光学材料的设计开辟一个新的领域，从而激发光纤中多种多样的非线性应用。
图1：两步生长的高质量，均匀，单层MoS2嵌入式光纤
生长原理：首先将Na2MoO4水溶液通过毛细作用填充到光纤中作为Mo的来源（图1a 前）。再将光纤放置在化学气相沉淀炉中，110℃烘干30分钟，这时Na2MoO4前驱体发生簇集并且随机分布在光纤内壁上（图1a 中）。随后，在820℃的生长温度下，簇集的Na2MoO4前驱体发生液化并且在硫蒸汽下不断释放Mo的前驱体，硫蒸气由氩气通过低压泵入，与Na2MoO4蒸气均匀混合，最终实现MoS2的均匀生长（图1a 后）。
要点：1.通过调控Na2MoO4溶液浓度可以控制MoS2的覆盖率和覆盖厚度（图1 b,c,d）2.STEM图中的没有任何缺陷点位，拉曼光谱也证明了单层膜在整根光纤上的均匀性，显示了这种生长方式可以提供高质量的MoS2膜。（图1 e,f,g）图2：具有多种光纤结构和材料种类的二维材料嵌入光纤要点：1. 对于不同结构的光纤（不同孔径，不同孔数），这种两步生长法体现出了普适性，都生长出高质量的均匀的单层MoS2膜。（图 2 a,b,c,d）2.通过调整过渡金属（例如Na2MoO4和Na2WO4），硫族元素（例如S和Se）和生长温度，即可实现多种过渡金属二硫属化物(TMD)嵌入。(图 2 e,f)图3：MoS2嵌入光纤中非线性光学谐波生成得到了巨大增强要点：1. 与传统光纤相比，TMD嵌入光纤的非线性光学谐波生成得到了大大增强，在长度达到25厘米的TMD嵌入式光纤中获得的谐波，比在单层MoS2的平面氧化硅器件的高300倍以上。（图3 a，b，c）2.TMD嵌入式光纤在800-nm激发的激光下的损伤阈值功率比单层MoS2的平面氧化硅器件高约三倍。（图3 e）3.当光纤超过5厘米后，SHG或THG信号不再与长度呈二次相关，单层MoS2的吸收尾引起的损耗效应以及激发光和SHG / THG光之间的相位失配会导致偏离二次方相关。要点: 1.用嵌入MoS2的光纤代替了传统的自由空间SA（saturableabsorber）膜，实现了全光纤锁模激光器，并且性能数值已经可以与传统SA半导体相媲美。（图4 a,b）2. 通过色散管理建立了一个脉冲展宽被动锁模光纤激光器,实现超连续谱的产生。（图4 c,e,d）https://www.nature.com/articles/s41565-020-0770-x第二篇，Nature Materials：六方氮化硼中石墨烯纳米带的手性控制第一作者：Hui Shan Wang, Lingxiu Chen, Kenan Elibol, Li He
第一单位：中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室DOI：10.1038/s41563-020-00806-2石墨烯纳米带（GNRs）根据其手性，带宽，晶格取向和边界结构的不同，能出现准金属性或半导体的电学行为。根据GNRs边界结构的不同，可将其分为zigzag（ZZ）和armchair（AC）。ZZ GNRs（ZGNRs）具有非常新奇的电学特性，如铁电性和半金属性。而AC GNRs（AGNRs）则具有半导体特性，并且其带隙的宽度与其纳米带宽度呈反比。最近有科研人员开发出将石墨烯与氮化硼（h-BN）通过范德华堆叠或平面内共价连接的方式异质集成，发现这种异质材料展现出非常高的化学/力学稳定性，并且有可能具有完全不同于石墨烯和氮化硼的新奇电学特性。但目前在这种异质结构中实现对GNRs的手性可控还具有相当大的挑战性。
1. 作者开发出两步式生长方法，可生长出能嵌入在h-BN中，具有zigzag和armchair边界的亚5nm宽的石墨烯纳米带（GNRs）2. 作者通过输运测量，发现ZGNRs的带隙宽度与纳米带的宽度呈反相关，而窄AGNRs的带隙则显示出波动的带隙关系。并且两种具有不同边界结构的GNRs的磁导率也展现出不同的性质3. 预期在h-BN中侧向生长具有特殊边界结构的GNRs 特殊生长模式有助于实现合成复杂的纳米级电路。a. 将要嵌入在h-BN中的ZGNR和AGNR的结构示意图。b. 将GNRs定向嵌入具有定向晶体学边界的h-BN的合成策略。不同的金属粒子在h-BN层中切割出具有不同边缘拓扑结构的纳米沟槽。具有特定边缘的纳米沟槽被用来定义GNRs延ZZ（顶部）或AC（底部）方向的生长和尺寸。图2 具有特定边缘的纳米沟槽和嵌入h-BN顶层的GNRsa. 纳米颗粒刻蚀后的，具有亚5nm超窄ZZ取向的纳米沟槽的三维原子力显微镜（AFM）横高图像c. 纳米颗粒刻蚀后的，具有亚5nm超窄AC取向的纳米沟槽的三维AFM横高图像a. 在不同温度下，具有约5nm宽的AGNR器件（样品编号A39）的电导（G）随Vgate的变化关系。b. 在25-300 K范围内，AGNR FET的电阻在不同Vgate值下的Arrhenius曲线图。c. 样品编号为A187，宽度约为4.8nm的AGNR器件的电导与Vgate关系图。即使在室温下，也可以完全关闭AGNR FET。d. c中所示的器件在300 K下，在Vgate为-25-25V时记录的ISD–VSD特性。e. 从GNR的实验数据中提取的带隙（Eg）与其条带宽度（w）的关系图。误差线表示宽度测量和间隙提取中不确定度的标准偏差。通过TEM测量的某些宽度比通过AFM测量的宽度显示出更低的不确定性。橙色虚线为将ZGNR数据用经验公式Eg = 1.89/w拟合后的结果。其中Eg的单位为eV，w的单位为nm。蓝色虚线表示将AGNR数据用经验公式Eg = 2.44/w拟合后的结果。f. 从GNR器件中提取的迁移率和MFP。最窄的GNR显示出载流子高于1,500 cm2 V-1 s-1的迁移率，其散射MFP估计大于50 nm。误差线表示从多个测量中提取的宽度测量和迁移率/MFP中不确定度的标准偏差。图4 h-BN中相对较宽的GNRs的场效应和磁电特性的测量a. 不同温度下，宽约8.9 nm的ZGNR样品（编号为 Z196）的典型转移曲线。b. 不同温度下，宽约9.5 nm的AGNR样品（编号为 A135）的典型转移曲线。c. 根据电导率峰值的特征，具有特定边缘的GNR的类型分布饼图。在ZGNR的饼图中，类型I表示具有即使在高温下电导峰也能幸存的ZGNR（典型示例为编号为Z196的器件）。类型II表示具有在高温下电导峰会消失的ZGNR。在AGNRs的饼图中，类型III表示在传递曲线中缺少电导峰的AGNR（典型示例是编号为A135的器件）。类型IV表示在低温下传递曲线具有微小峰的AGNR。d. 样品编号为 Z196的器件，在4 K下，不同Vgate值下获得的归一化MC。磁场施加在垂直于基底平面的方向上（z方向）。e. 样品编号为 A135的器件，在垂直于基底平面的磁场下，在2 K测得的不同Vgate值下的归一化MC。f. 对于不同宽度的GNR，所有测量的GNR的归一化MC与Vgate的关系分布。所有MC都在垂直于基底平面，9T的磁场下测量得到的。空心符号（红色）表示ZGNR，而实心符号（蓝色）表示AGNR。https://www.nature.com/articles/s41563-020-00806-2
第三篇，Nature Nanotechnology：2D MOF材料提升钙钛矿太阳能电池稳定性并减少铅泄漏通讯作者：徐政涛朱宗龙 Alex K.-Y. JenDOI：10.1038/s41565-020-0765-7有机-无机卤化铅钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell, PVSC)的认证功率转换效率(power conversion efficiency, PCE)已经达到了25.2%的新高，可与市场主导的无机光伏技术相媲美。然而，PVSC在光照、高温等环境下的可靠性以及稳定性仍然值得研究。目前PVSC长期持续运行时的稳定性还未实现，阻碍了其大规模的工业化。此外，相较于热稳定和化学稳定性良好，不易溶于水且毒性更低的碲化镉材料，含铅的钙钛矿材料更容易溶于雨水。
金属有机骨架（metal-organic framework）能够增强光伏性能，最近被广泛应用于钙钛矿光伏领域。然而，由于大部分MOF材料载流子迁移率较低，很难用作高效的电荷传输层(charge-transporting layer, CTL)。此外，PVSC中使用的MOF材料多为未功能化的原型，缺乏与PVSC集成所需的各种化学功能。
1. 对2D共轭的MOF材料进行功能化，并将其作为钙钛矿/阴极界面处的电子萃取层（electron-extraction layer, EEL）制备了太阳能电池器件。2. 器件的功率转换效率（PCE）高达22.02%, 长期运行稳定性大大提高。在加速测试下（85℃，最大功率点连续光照1000小时），器件仍然能够保持90%以上的初始效率。3. 功能化的MOF材料形成了不溶于水的复合物封装层，捕获了钙钛矿材料泄漏出的超过80%的Pb2+离子。e 77K时，活化ZrL3在沸水处理前（左）后（右）的氮气吸附等温线。插图：相应的比表面积（Brunauer–Emmett–Tellerplot） 图2 以ZrL3:bis-C60为EEL的PVSC器件的结构与性能c 以ZrL3:bis-C60为EEL的PVSC器件电流-电压（J-V）曲线d 以ZrL3:bis-C60为EEL的PVSC器件的EQE曲线和电流密度e 以ZrL3:bis-C60为EEL的PVSC器件在最大功率点处的稳定功率输出f 30个以ZrL3:bis-C60为EEL的PVSC器件的PCE分布图3 以ZrL3:bis-C60（M-PVSC）和bis-C60（r- PVSC）为EEL的PVSC器件的长期稳定性研究
a 在75%相对湿度环境下封装后的PVSC器件稳定性b 氮气手套箱中，封装后的PVSC器件在85摄氏度和白色LED灯（100 mW cm-2）照射下，最大功率点处的长期工作稳定性c 在最大功率的追踪过程中，从J-V曲线记录下的PCEd 以ZrL3:bis-C60（M-PVSC）和bis-C60（r- PVSC）为EEL的PVSC器件初始的ToF-SIMS深度剖面分布e 以ZrL3:bis-C60（M-PVSC）和bis-C60（r- PVSC）为EEL的PVSC器件老化后的ToF-SIMS深度剖面分布f PVSC器件的降解过程示意图及ZrL3对泄漏的Pb2+离子的固定化作用图4 以ZrL3:bis-C60（M-PVSC）和bis-C60（r- PVSC）为EEL的PVSC器件的铅污染a 初始Pb浓度为10 ppm时，活化ZrL3（20 mg）对Pb的吸附动力学。插图：相应的吸附量以及lagergren一阶动力学图b 活化ZrL3的Pb朗格缪尔吸附等温线。插图：对朗格缪尔吸附模型的线性拟合c 将以ZrL3:bis-C60（M-PVSC）和bis-C60（r- PVSC）为EEL的PVSC器件浸入pH值为5.6的去离子水中，利用Pb离子试纸快速检测污染水中的Pb浓度d 采用ICP-OES测试对污染水中Pb浓度进行精确探测https://www.nature.com/articles/s41565-020-0765-7研之成理兼职人员招聘为了更好地将顶刊上的最新论文展现给大家，研之成理在此征集兼职人员，对最新出炉的顶刊论文（不局限于化学材料）进行快速解读，研之成理会提供相应的报酬，感兴趣的朋友欢迎联系黄主编微信：yzcl93, 备注：兼职。