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郑州华晶金刚石股份有限公司

《自然》《科学》一周(12.11-12.17)材料科学前沿要闻

2017-12-18 10:15:33|来源 新材料在线
摘要 1.表面晶格氧的活性(Activationofsurfacelatticeoxygeninsingle-atomPt/CeO2forlow-temperature

       1. 表面晶格氧的活性

       (Activation of surface latticeoxygen in single-atom Pt/CeO2 for low-temperature CO oxidation)

       为提高燃料效率,人们设计了先进的内燃机来减小尾气中废热的排放。因此,未来催化剂必须能够在100摄氏度应用,低于现在的尾气处理的催化温度。达到低温活性的同时,在发动机高负载下的不发生变化,仍然是很大的挑战。Nie等人演示了在CeO2上原子分散的离子Pt2+,作为热稳定的催化剂,能够在蒸汽处理温度(750摄氏度)下被激活,同时达到低温氧化CO的活性,而且具有优异的水热稳定性。CeO2上Pt2+离子附近存在一种新型的活性位点,提供了很高的反应活性。这些活性位点在800摄氏度的氧化环境中也是很稳定的。(Science DOI:10.1126/science.aao2109)

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       2. 电池电极的纳米电路

       (The nanoscale circuitry of batteryelectrodes)

       发展高性能、价格可承受和耐用的电池是我们这一代重要的技术任务。Zhu等人对于如何最优地处理各种必需的物相形成纳米结构的电极进行了综述。从基于传输参数的最优电极动力学的设计原则到所涉及的物相维度进行了讨论。这些原则用于评价和分类合成的各种纳米结构。综述中强调了必需的合成方法之间的联系和给予电极实际循环启示的原位实验结果。(Science DOI:10.1126/science.aao2808)

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       3.在SiO2支撑物上合成超小匀质双金属合金纳米粒子

       (Safe and recyclable lithium-ioncapacitors using sacrificial organic lithium salt)

       包括多于一种金属的纳米粒子在传感、催化和生物医药方面具有广泛的应用。对于这类材料,常规的合成技术通常导致很大的非合金化纳米颗粒,因为合成过程中两种金属缺乏相互作用。Wong等人演示了一种相对简单、有效和通用的方法来合成高度分散的、合金化良好的双金属纳米颗粒。他们合成了贵金属和碱金属(Pt,Pd,Cu,Ni和Co)的十个排列组合,平均颗粒尺寸在0.9-1.4纳米之间,并且具有很小的尺寸分布。X射线分析和高分辨图像确定了这些合金的匀质性。(Science DOI:10.1126/science.aao6538)

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       4.相互作用二维Weyl 费米子的异常自旋相关和激子不稳定性

       (Anomalous spin correlations andexcitonic instability of interacting2D Weyl fermions)

       准相对论无质量电子系统中的库仑相互作用具有与常规相关金属不同的未筛选的长程分量。Hirata 等人使用核磁共振(NMR)测量揭示了二维 Weyl 费米子在有机材料中的异常自旋相关性,Korringa比率在冷却时发散增加了 1000 倍,这与传统金属特性明显不同。Hirata 等人结合模型计算研究表明,这种发散源于相互作用驱动的速度重整化,而这几乎完全抑制了零动量自旋波动。在低温下,核磁共振弛豫率表现出了意想不到地提高;数值分析表明,这种增加对应于节间激子波动,从无质量到有质量准粒子过渡的前兆。(Science DOI: 10.1126/science.aan5351)

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       5.  降低晶体成核的随机性使得亚纳秒存储写入成为可能

       (Reducing the stochasticity ofcrystal nucleation to enable subnanosecond memory writing)

       运行速度对于相变随机存取存储器(PCRAM)技术,特别是对于实现亚纳秒级的高速缓存存储器来说是一个关键性的挑战。商业化的PCRAM 产品受到几十纳秒的写入速度限制,这一限制源于非晶 Ge2Sb2Te5结晶期间的随机晶体成核。Rao 等人展示了加速结晶动力学的合金化策略。他们设计的 Sc0.2Sb2Te3 化合物能够实现 700 皮秒的写入速度,且无需在大型传统 PCRAM 器件中预编程。这种超快速结晶源于通过几何匹配和稳定的ScTe 化学键所降低的成核随机性,从而使晶体前体稳定在非晶态。通过合金设计来控制成核,为开发缓存型 PCRAM 技术,提高计算系统的工作效率铺平了道路。(Science DOI: 10.1126/science.aao3212)

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       6. 强化甲烷吸收性能的溶胶-凝胶整体式金属-有机框架化合物

       (A sol-gel monolithic metal-organic frameworkwith enhanced methane uptake)

       限制天然气成为运输燃料的关键瓶颈是能够在环境温度下以足够紧凑的形式存储天然气的材料的开发。Tian 等人合成了一种多孔整体式金属有机框架化合物(MOF),在完成包裹和致密化后达到了259cm3(STP)cm3的容量。这是迄今为止报导的类似形状多孔固体的最高值,并且比以前报导的任何实验值都提高了50% 以上。在整块 MOF材料上的纳米压痕测试显示出强大的机械性能,其硬度至少比之前传统MOF 中测量的硬度高 130%。这一发现代表了在高容量储能和其它工业应用中使用机械强度稳健且致密化MOF 的向前迈进了实质性一步。(Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT5050)

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       7. 利用有机锂盐实现安全可循环的锂离子电容器

       (Safeand recyclable lithium-ion capacitors usingsacrificial organic lithiumsalt)

       锂离子电容器(LIC)将能够可逆地嵌入锂阳离子的锂离子电池负电极(即石墨)与双电层正电极(即活性炭)精确结合。但存在一个问题,即这一混合的锂离子电容器正极没有锂离子源,需要预充电使石墨电极预锂化。此前,为了解决这个问题而设计的策略都存在缺陷。Jeżowski 等人的研究报导了基于使用锂化有机材料(即 3,4-二羟基苯腈二锂盐)的独特方法。该化合物可在初始原位充电步骤为石墨电极不可逆提供锂离子,并且不会对 LIC 后续工作产生任何不良影响。这种方法不仅可以修复 LIC 的低 CO2 量,而且对于设计基于其它化学成分(包括完全可回收的组分)的各种绿色混合器件方面具有深远的潜力。(Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT5029)

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       8. 原子力显微镜电势探测原位分析水解催化剂和界面

       (Potential-sensing electrochemicalatomic force microscopy for in operando analysis of water splitting catalysts and interfaces)

       多相电化学现象,例如:利用半导体和/或电催化剂(光)电化学水解产生氢气,是由累积的电荷载流子驱动,进而促进电荷转移的界面电化学势梯度。然而,利用传统的电化学技术测量“表面”电化学势,通常是不可能的,测量、控制导电电极基底的电势。Nellist等人演示了利用原子力显微镜悬臂的纳米尺度导电针尖能够原位探测电催化剂表面电化学势。他们测量了磷酸钴(氢氧化物)(CoPi)的电势依赖和厚度依赖的电子特性。研究表明:沉积在Fe2O3光电极上的CoPi,既能作为空穴集流体又能作为氧析出催化剂。通过对比CoPi修饰的平面的表面电势和介孔Fe2O3,表明这一技术具有通用性。(Nature Energy DOI:https://doi.org/10.1038/s41560-017-0048-1)

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