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《自然》《科学》一周(1.19-1.25)凯发k8下载科学前沿要闻一览

新凯发k8下载在线2019-06-12 16:12:46

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1. 储能电池未来发展方向——更加绿色和可持续

(Towards greener and more sustainable batteries for electrical energystorage)

日益增长的能源需求以及持续消耗的化石能源迫使人类必须寻找可持续的能源替代品,这些替代品包括可再生能源物质和可持续的储能技术。在设计新型电化学储能凯发k8下载时,必须要将原料丰富易得、制备过程节能高效和生命周期分析等因素考虑在内。目前,已有技术朝着这方面发展,不过仍有一些基本的工艺问题亟待解决。D. Larcher等人就当今最前沿的储能技术撰写了一篇综述文章。作者就最优锂电技术在能源和环境消耗方面的问题作了深入探讨,同时也对元素的丰度和毒性,合成方法的技术和可扩展性做了重点关注,继而在这些问题的讨论和描述过程中引入了可持续发展的概念。此外,作者也重点阐述了当前的一些非锂离子电池的电化学储能体系。最后,对可持续电池凯发k8下载的复杂性和重要性进行了一定的讨论。(D. Larcher et al. NATURE CHEMISTRY DOI:10.1038/NCHEM.2085)


2. 通过碳-碳键的氧化加成反应制备稳定的三价金催化剂

(Stable gold(III) catalysts by oxidative addition of a carbon–carbon bond)

一直以来,低价态过度金属催化剂在化学合成中占据不可或缺的地位。近些年,高价过渡金属催化剂逐渐被认为有可能成为合成化学家的另一个反应工具,不过,由于高价态过度金属络合物的高活性和合成困难等问题,目前仍在研究阶段。最近,Chung-Yeh Wu等报道了一种比较容易制备的、稳定的、可调的三价金催化剂的成功开发案例。他们在温和条件下,通过碳-碳消除反应,使Au(I)复合物转变为稳定的Au(III)阳离子复合物。这种高价金络合物能催化α,β-不饱和醛发生选择性共轭加成反应,也能催化乙醛-丙二烯发生[2+2]环加成反应。这项研究结果为那些易于获得的前体实现高价过渡金属催化提供了一个新办法。(Chung-Yeh Wu et al. Naturedoi:10.1038/nature14104)


3. 通过系统调控使层状钙钛矿在300K以上的温度下同时具备极性和磁化性

(Tilt engineering of spontaneous polarization andmagnetization above 300 K in a bulk layered perovskite)

同时具有电极化性和磁化性的晶体很难制备,因为这两种性质对应于不同的化学键和电子结构。不过同时具备这两种性质的凯发k8下载却很有优势,例如可以用于磁电信息储存方面。近日,Pitcher等人用理论计算证明,通过调控化学组分,层状钙钛矿凯发k8下载可以在最高330K的温度下同时具备电极化性和弱铁磁性。(Michael J. Pitcher et al. DOI:10.1126/science.1262118 Science347, 420 (2015) )


4. 组分匹配的分子“焊料”用于半导体凯发k8下载

(Composition-matched molecular soldersfor semiconductors

半导体纳米粒子的光学和电子特性可以通过改变粒子的尺寸和组分来调控,但是,粒子界面间的不良接触会削弱器件中纳米粒子的性能。Dolzhnikov等人合成了一系列金属硫族化合物,这些化合物可以起到分子“焊料”的功能。它们可以用于连接光伏器件和热电器件中的半导体组分。加入这些“焊料”可以将纳米颗粒连接到一起,使得纳米颗粒呈现出不同的形貌。这项技术开启了纳米凯发k8下载加工的新篇章。(Dmitriy S. Dolzhnikov et al. DOI: 10.1126/science.1260501 Science347, 425 (2015))


5. 苯衍生的碳纳米线

(Benzene-derived carbon nanothreads)

低维度的碳纳米凯发k8下载,如富勒烯、碳纳米管、石墨烯、类金刚石等,拥有卓越的物理和化学性质。芳香分子的高压诱导聚合被认为是一种合成有序碳纳米凯发k8下载的理论可行方法。但是,经历了超过了一个世纪的研究,这种方法仍只能合成出无定型的产物。最近,Thomas C. Fitzgibbons等人报道了一种新型合成方法。这种方法是将苯分子在高压固态条件下反应,得到大量晶体状一维碳纳米凯发k8下载。通过x射线和中子衍射法、拉曼光谱、透射电镜等表征方法和第一原理计算证明,该凯发k8下载存在紧密排列的有序结构。这是第一种通过高压固态反应动力学来控制合成的有序sp3杂化纳米凯发k8下载,这些碳纳米线具有优异的性质,例如有比碳纳米管更强的强度。(Thomas C. Fitzgibbons, et al. Nature Materials DOI:10.1038/NMAT4088)


6. 用于高效太阳能电池的钙钛矿凯发k8下载的组分工程

(Compositional engineering of perovskite materials forhigh-performance solar cells)

在众多针对制造廉价、高效太阳能电池的凯发k8下载和方法中,基于无机-有机卤化铅杂化的钙钛矿凯发k8下载因其高的能量转化效率显引起人们广泛关注。目前为止所报道的高效钙钛矿太阳能电池的凯发k8下载都是基于甲氨基卤化铅的。最近,Nam Joong Jeon等人报道了基于硝酸甲脒碘化铅(FAPbI3)和甲氨基溴化铅(MAPbBr3)两种钙钛矿凯发k8下载为吸光层的双层太阳能电池结构,FAPbI3虽然稳定性较差,但带隙很窄,因此是一种有前景的电池凯发k8下载。他们研究了钙钛矿层的相稳定性和形貌,还研究了在表征电流-电压关系时会出现的滞后现象,以及整个电池的效率与化学组成间的关系。研究表明,将MAPbBr3掺入到FAPbI3中后,可以使FAPbI3相变得更稳定,在1个太阳照度下,1平方厘米面积器件的能量转化率可以超过18%。这些发现进一步凸显了有机-无机卤化铅钙钛矿凯发k8下载用于光伏器件中的潜力。(Nam Joong Jeon et al. Nature doi:10.1038/nature14133)


7. 基于廉价、生物相容性金属和中性桥连配体的多孔配位聚合物

(Porous coordination polymers with ubiquitous and biocompatiblemetals and a neutral bridging ligand)

设计高性能的多孔配位聚合物(PCPs)时,廉价和低毒是两个重要的考虑因素。以镁离子或钙离子作为合成原料能大大降低凯发k8下载的成本,同时提高生物相容性。不过这种设计的难点在于没有合适的中性桥接配位体与之搭配。Shin-ichiro Noro等设计了一种新型可桥连钙镁离子的极性桥键配体。通过这种方法合成三维结构的钙镁PCPs展示出很好的稳定性和选择吸收分离二氧化碳的特性。这种合成方法对合成更多基于钙镁的PCPs有重要的意义。(Shin-ichiro Noro et al. NatureCommunication DOI: 10.1038/ncomms6851)


8. 具备超强耐压弹性和近似零泊松比的三维连接海绵状石墨烯凯发k8下载

(Three-dimensionally bonded spongy grapheme material with supercompressive elasticity and near-zero Poisson’s ratio)

制备既具有单层石墨烯性质,又能组成庞大三维结构的石墨烯凯发k8下载是一项高难度的工作。最近,Wu等人报道了一种石墨烯气凝胶,它是完全由石墨烯凯发k8下载组成的三维网状结构,这种凯发k8下载同时具备高弹性和压缩性,且密度与空气接近。当作为热焓橡胶时,它在空气中有98%的压缩比,在液体中有90%的压缩比,并且可以在-196-900℃的温度范围内工作。此外,这些橡胶在保持近乎零的泊松比状态下,可以吸取周围的液体,并在数秒内将这些液体排出,这种吸放液体的循环次数可达数百次。(Yingpeng Wu,et al. Nature Communication, doi:10.1038/ncomms7141)

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