日月如梭，2017年過半，海內(nèi)外華人學(xué)者在材料科學(xué)領(lǐng)域收獲頗豐！那么現(xiàn)在作個(gè)小總結(jié)，一起來看看2017年上半年華人學(xué)者在頂刊Science上的成果吧！

    1、南京理工大學(xué)胡炳成：首次合成五唑陰離子鹽高能含能材料

    南京理工大學(xué)化工學(xué)院胡炳成與陸明教授（共同通訊作者）首次合成并表征了穩(wěn)定的五唑陰離子鹽（N5）6（H3O）3（NH4）4Cl。這種陰離子是利用間氯過氧苯甲酸和甘氨酸亞鐵直接切斷多取代芳基五唑的C-N鍵得到。并通過單晶X射線衍射進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，分析其各類鹽的穩(wěn)定性。同時(shí)該穩(wěn)定全氮陰離子鹽的分解穩(wěn)定則高達(dá)116.8℃。相關(guān)研究成果以題為“Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N5- in （N5）6（H3O）3（NH4）4Cl”發(fā)表于Science上。

    文獻(xiàn)鏈接：Synthesis and characterization of the pentazolate anion cyclo-N5- in （N5）6（H3O）3（NH4）4Cl（Science，2017，DOI：10.1126/science.aah3840）

    材料牛資訊詳戳：全氮陰離子鹽占領(lǐng)超高能含能材料制高點(diǎn)！看看胡炳成教授本人都說了些什么？

    2、斯坦福大學(xué)鮑哲南：基于納米限域的高伸縮性聚合物半導(dǎo)體薄膜

    斯坦福大學(xué)鮑哲南教授（通訊作者）和三星先進(jìn)技術(shù)研究院的Jong Won Chung（通訊作者）等人于Science上發(fā)表題為“Highly stretchable polymer semiconductor films through the nanoconfinement effect”的研究論文，通過探索基于聚合物的納米限域的概念，以顯著地改善聚合物半導(dǎo)體的拉伸性，同時(shí)不影響電荷傳輸遷移率。在納米限域下增加的聚合物鏈動(dòng)力學(xué)顯著降低共軛聚合物的模量，并大大延遲在應(yīng)變下的裂紋形成的開始。基于上述原理，他們制備的半導(dǎo)體膜可以拉伸到100％應(yīng)變，而不影響遷移率，保持值與非晶硅相當(dāng)。他們展示的完全可拉伸的晶體管表現(xiàn)出高的雙軸拉伸性，即使用鋒利的物體戳刺時(shí)，導(dǎo)通電流的變化也很小。

    文獻(xiàn)鏈接：Highly stretchable polymer semiconductor films through the nanoconfinement effect（Science，2017，DOI：10.1126/science.aah4496）

    材料牛資訊詳戳：鮑哲南Science ：基于納米限域的高伸縮性聚合物半導(dǎo)體薄膜（附視頻）

    3、北大彭練矛：首次實(shí)現(xiàn)5nm碳納米管CMOS器件，打破傳統(tǒng)硅基極限

    北京大學(xué)彭練矛和張志勇（共同通訊作者）等人于Science上發(fā)表題為“Scaling carbon nanotube complementary transistors to 5-nm gate lengths”的研究論文，該課題組制備了10納米柵長(zhǎng)（對(duì)應(yīng)5納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)）的頂柵碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管，在相同尺寸下，其性能已經(jīng)超越硅基互補(bǔ)金屬-氧化物半導(dǎo)體（CMOS）FETs。通過對(duì)柵長(zhǎng)尺寸縮小影響器件性能的研究發(fā)現(xiàn)，相比硅基器件，使用石墨烯接觸的碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管表現(xiàn)出更優(yōu)的性能，包括更快的響應(yīng)速度、更低的驅(qū)動(dòng)電壓（碳納米管0.4 V，硅0.7 V）、亞閾值擺幅更小（73 mV/decade）。p型和n型器件的亞閾值擺幅均為70 mV/DEC（DEC表示倍頻程）；器件性能不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過已發(fā)布的所有碳管器件，并且在更低的工作電壓（0.4 V）下p型和n型晶體管的工作性能均超過了目前最好的硅基CMOS器件在0.7 V電壓下的性能（英特爾公司的14 nm節(jié)點(diǎn)）；特別是碳管CMOS晶體管本征門延時(shí)僅0.062 ps，相當(dāng)于14 nm硅基CMOS器件（0.22 ps）的1/3。5納米CNT FETs已經(jīng)接近場(chǎng)效應(yīng)晶體管的量子極限，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的單電子開關(guān)操作。與此同時(shí)，課題組研究接觸尺寸縮減對(duì)器件性能的影響，探索器件整體尺寸的縮減，將碳管器件的接觸電極長(zhǎng)度縮減至25 nm，在保證器件性能的前提下，實(shí)現(xiàn)了整體尺寸為60 nm的碳管晶體管，并且成功演示了整體長(zhǎng)度為240 nm的碳管CMOS反相器，這是目前所實(shí)現(xiàn)的最小的納米反相器電路。

    文獻(xiàn)鏈接：Scaling carbon nanotube complementary transistors to 5-nm gate lengths（Science，2017，DOI：10.1126/science.aaj1628）

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    4、清華-伯克利深圳學(xué)院吳軍橋：發(fā)現(xiàn)二氧化釩反常電子熱導(dǎo)率，“打破”物理定律

    美國(guó)伯克利加州大學(xué)材料科學(xué)與工程系教授、清華-伯克利深圳學(xué)院（TBSI）首席科學(xué)家之一吳軍橋領(lǐng)銜的一項(xiàng)科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，處于金屬態(tài)的二氧化釩的電子在導(dǎo)電時(shí)幾乎不導(dǎo)熱，打破了經(jīng)典物理定律威德曼-弗朗茲（Wiedemann-Franz）定律，它將為凝聚態(tài)物理和熱電系統(tǒng)以及散熱技術(shù)帶來一系列更為廣泛的思考和應(yīng)用。在金屬中導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性存在相互影響、相互制約的關(guān)系。根據(jù)威德曼-弗朗茲（Wiedemann-Franz） 定律，導(dǎo)電性好的金屬也具有較好的導(dǎo)熱性質(zhì)。這也是教科書上的金科玉律。然而，二氧化釩這種材料卻打破了該經(jīng)典物理定律。二氧化釩具有一個(gè)著名的金屬-絕緣體相變，其相變溫度比起其它多數(shù)金屬-絕緣體相變材料的相變溫度要高，在室溫以上，為67?C左右。在該溫度以上，二氧化釩呈現(xiàn)金屬性質(zhì)，在該溫度以下，其呈現(xiàn)絕緣體性質(zhì)。相變前后其對(duì)紅外光可產(chǎn)生由透射向反射的可逆轉(zhuǎn)變。這一相變以及伴隨的其它奇異性質(zhì)，使得二氧化釩具有較廣泛的應(yīng)用前景，并吸引了眾多研究者。該研究論文以題為“Anomalously low electronic thermal conductivity in metallic vanadium dioxide”發(fā)表于Science上。

    原文鏈接：Anomalously low electronic thermal conductivity in metallic vanadium dioxide（Science，2017，DOI：10.1126/science.aag0410）

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    5、中科院金屬所盧柯：晶界穩(wěn)定調(diào)控—強(qiáng)化極微納米晶強(qiáng)度新機(jī)制！

    對(duì)大部分傳統(tǒng)金屬而言，縮小晶粒尺寸時(shí)，會(huì)實(shí)現(xiàn)一定的強(qiáng)化，即為細(xì)晶強(qiáng)化機(jī)制，這滿足經(jīng)典的Hall-Petch方程。然而，這樣的規(guī)律對(duì)一些合金而言，在達(dá)到某些納米級(jí)晶粒尺寸后卻會(huì)出現(xiàn)失效，晶粒發(fā)生軟化。中科院金屬所的盧柯院士（通訊作者）等于Science上發(fā)表題為“Grain boundary stability governs hardening and softening in extremely fine nanograined metals”的研究論文，揭開了這種反常現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)納米晶金屬中的塑性變形機(jī)制及其硬度可通過調(diào)節(jié)晶界（GB）的穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)。利用電沉積獲得的納米晶Ni-Mo合金樣品，當(dāng)晶粒尺寸在10 nm以下時(shí)，由于晶界調(diào)控過程而出現(xiàn)軟化。但通過弛豫和Mo偏析使晶界穩(wěn)定后，納米晶樣品則實(shí)現(xiàn)超高硬度，塑性變形機(jī)制則由新出現(xiàn)的外延局部位錯(cuò)進(jìn)行調(diào)控。由此可見，除了晶粒尺寸，晶界穩(wěn)定性提供了另一晶粒強(qiáng)化機(jī)制，為產(chǎn)生具特殊性能的新型納米晶金屬提供理論基礎(chǔ)。

    文獻(xiàn)鏈接：Grain boundary stability governs hardening and softening in extremely fine nanograined metals（Science，2017，DOI：10.1126/science.aal5166）

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    6、哥倫比亞大學(xué)陳經(jīng)廣：銅/氧化鋅催化CO2加氫轉(zhuǎn)甲醇的活性位點(diǎn)研究

    美國(guó)哥倫比亞大學(xué)陳經(jīng)廣教授、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室José A. Rodriguez教授和Liu Ping博士在Science聯(lián)合發(fā)表了一篇題為“Active sites for CO2 hydrogenation to methanol on Cu/ZnO catalysts”的文章。通過結(jié)合 X射線光電子能譜（XPS）表征、密度泛函理論 （DFT）模擬計(jì)算以及蒙特卡洛動(dòng)力學(xué)（kinetic Monte Carlo, KMC）模擬，研究人員對(duì)CO2加氫轉(zhuǎn)甲醇的兩種催化劑模型——ZnCu和ZnO/Cu做了系統(tǒng)的比較分析，確定和表征了每種催化劑的反應(yīng)活性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論結(jié)果表明，在反應(yīng)條件下ZnCu經(jīng)歷表面氧化，表面Zn轉(zhuǎn)變?yōu)閆nO，促使ZnCu最終達(dá)到ZnO/Cu的催化活性。此外，ZnO/Cu的界面協(xié)同效應(yīng)促進(jìn)了甲酸中間體（*HCOO）氫化制甲醇的反應(yīng)。該項(xiàng)研究成果能夠?yàn)橐院骦nO/Cu催化劑表面活性位點(diǎn)的深入研究提供了更加有力的理論支撐。

    文獻(xiàn)鏈接：Active sites for CO2 hydrogenation to methanol on Cu/ZnO catalysts（Science，2017，DOI：10.1126/science.aal3573）

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    7、美國(guó)普渡大學(xué)黃麗白：超快速瞬態(tài)吸收顯微鏡監(jiān)測(cè)混合鈣鈦礦中熱載流子的遠(yuǎn)程輸運(yùn)

    美國(guó)普渡大學(xué)的黃麗白教授（通訊作者）在Science上在線發(fā)表了一篇題為“Long-range hot-carrier transport in hybrid perovskites visualized by ultrafast microscopy”的文章，文中報(bào)道了該研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于捕獲混合鈣鈦礦中熱載流子的最新研究成果。該研究團(tuán)隊(duì)利用具有50 nm空間精度和300 fs時(shí)間分辨率的超快速瞬態(tài)吸收顯微鏡（TAM）直接觀察CH3NH3PbI3薄膜中熱載流子的遷移，發(fā)現(xiàn)并揭示了熱載流子三種不同的運(yùn)輸方式，包括初始熱載流子的準(zhǔn)運(yùn)輸，用于受保護(hù)長(zhǎng)壽命熱載流子的非平衡運(yùn)輸，以及用于冷卻載流子的擴(kuò)散運(yùn)輸。研究者所觀察到的準(zhǔn)三重運(yùn)輸與剩余動(dòng)能相關(guān)，該剩余動(dòng)能導(dǎo)致熱載流子具有長(zhǎng)達(dá)230 nm的運(yùn)輸距離，并且可以克服晶界的阻礙進(jìn)行運(yùn)輸。在達(dá)到擴(kuò)散運(yùn)輸極限之前，非平衡運(yùn)輸能夠持續(xù)數(shù)十皮秒，運(yùn)輸距離約600 nm。這些結(jié)果表明基于混合鈣鈦礦形成的熱載流子裝置具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

    文獻(xiàn)鏈接： Long-range hot-carrier transport in hybrid perovskites visualized by ultrafast microscopy（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam7744）

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    8、天普大學(xué)孫玉剛：溶液中納米粒子膠體氧化過程的3D定量形態(tài)演化表征

    美國(guó)天普大學(xué)的孫玉剛教授，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Zuo Xiaobing和Subramanian K. R. S. Sankaranarayanan（共同通訊作者）在Science上發(fā)表了一篇題為“Quantitative 3D evolution of colloidal nanoparticle oxidation in solution”的文章。他們利用X射線衍射和分子動(dòng)力學(xué)計(jì)算模擬去跟蹤Fe納米粒子膠體在氧化過程中亞納米級(jí)分辨率下的組成和3D形態(tài)演化，從而實(shí)現(xiàn)在非真空的溶液環(huán)境下得到納米粒子（NPs）高分辨的3D結(jié)構(gòu)。

    文獻(xiàn)鏈接：Quantitative 3D evolution of colloidal nanoparticle oxidation in solution（Science,2017, DOI: 10.1126/science.aaf6792）

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    9、加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒：商業(yè)級(jí)高載量三維多孔石墨烯/氧化鈮復(fù)合物實(shí)現(xiàn)超高倍率能量?jī)?chǔ)存

    加州大學(xué)洛杉磯分校的段鑲鋒教授（通訊作者）等人最新報(bào)道設(shè)計(jì)了一種三維多孔石墨烯/氧化鈮（Nb2O5）復(fù)合物結(jié)構(gòu)，用以在商用水平的載量（>10 mg/cm2）上，實(shí)現(xiàn)超高倍率能量?jī)?chǔ)存。3D石墨烯網(wǎng)絡(luò)具有很好的電子傳輸性能，同時(shí)其多級(jí)孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)離子快速傳輸，利用正交晶系的T- Nb2O5可以評(píng)估在3D石墨烯框架（3D-HGF）的載量效應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)Li離子的嵌入。同時(shí)這種多孔的石墨烯復(fù)合骨架結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了在高載量時(shí)電極的高倍率放電性能和面積容量，極大地促進(jìn)了在實(shí)際商業(yè)應(yīng)用中的推廣。相關(guān)研究成果以“Three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage”為題，于Science上發(fā)表。同期，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的成會(huì)明院士和李峰研究員為該成果撰寫了一篇題為“Charge delivery goes the distance”的Perspective （Science， 2017，DOI：10.1126/science.aan1472）。

    文獻(xiàn)鏈接：Three-dimensional holey-graphene/niobia composite architectures for ultrahigh-rate energy storage（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam5852）

    材料牛資訊詳戳：段鑲鋒Science重磅：商業(yè)級(jí)高載量三維多孔石墨烯/氧化鈮復(fù)合物實(shí)現(xiàn)超高倍率能量?jī)?chǔ)存

    10、中山大學(xué)張杰鵬：控制客體構(gòu)象用于丁二烯的純化

    中山大學(xué)化學(xué)學(xué)院的張杰鵬（通訊作者）等人在Science上發(fā)表了一篇題為“Controlling guest conformation for efficient purification of butadiene ”的文章。該研究提出使用準(zhǔn)離散型孔穴限制柔性客體分子處于能量較高的順式構(gòu)象，利用客體構(gòu)型變化的能耗差異，弱化丁二烯相對(duì)于其它C4烴類的吸附，從而獲得與常規(guī)多孔材料相反的吸附選擇性；通過混合氣體吸附突破實(shí)驗(yàn)、單組分氣體吸附實(shí)驗(yàn)、單晶衍射實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)模擬等手段對(duì)系列典型MOF材料進(jìn)行了概念驗(yàn)證，并發(fā)現(xiàn)一例親水性MOF [Zn2（btm）2] （簡(jiǎn)稱Zn-BTM或MAF-23）可實(shí)現(xiàn)最佳的吸附選擇性順序。常溫常壓下，C4烴類混合物流過以MAF-23作為填料的固定床吸附裝置時(shí)，1,3-丁二烯分子首先流出，其次是丁烷、丁烯和異丁烯。因此，1,3-丁二烯可以常溫常壓下實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)易有效的純化（≥99.5%），并避免高溫環(huán)境下可能導(dǎo)致的聚合。

    文獻(xiàn)鏈接：Controlling guest conformation for efficient purification of butadiene（Science，2017，DOI：10.1126/science.aam7232）

    材料牛資訊詳戳：中山大學(xué)Science重磅：控制客體構(gòu)象用于丁二烯的純化

    11、北大馬丁：Au/α-MoC高效催化低溫水煤氣變換產(chǎn)氫！

    北京大學(xué)馬丁、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的José A. Rodriguez、大連理工大學(xué)的石川（共同通訊作者）和中國(guó)科學(xué)院大學(xué)周武以及山西煤化所/中科合成油溫曉東等人在Science上在線發(fā)表了題為“Atomic layered Au clusters on α-MoC as catalyst for the low temperature water gas shift reaction”的文章。為了在低溫下實(shí)現(xiàn)高WGS活性，設(shè)計(jì)了能夠低溫有效解離水的催化劑，并在低溫下能有效催化表面羥基與吸附態(tài)的CO之間的反應(yīng)。 研究發(fā)現(xiàn)，面心立方（fcc）結(jié)構(gòu)的α-MoC負(fù)載的二維層狀A(yù)u團(tuán)簇可以在低于423K的反應(yīng)條件下表現(xiàn)出比之前報(bào)道的催化劑高至少一個(gè)數(shù)量級(jí)的活性。α-MoC襯底和外延生長(zhǎng)的Au原子層具有強(qiáng)相互作用，調(diào)制了Au與CO的良好結(jié)合，同時(shí)，與α-MoC中的相鄰Mo位點(diǎn)的協(xié)同作用可以在低溫下有效活化水。

    文獻(xiàn)鏈接：Atomic layered Au clusters on α-MoC as catalyst for the low temperature water gas shift reaction（Science,2017, DOI: 10.1126/science.aah4321）

    材料牛資訊詳戳：北大馬丁Science: Au/α-MoC高效催化低溫水煤氣變換產(chǎn)氫！

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責(zé)任編輯：王元

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