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Small Methods热门文章评论 精选

已有 4090 次阅读 2017-4-18 12:12 |个人分类:Physical Science|系统分类:论文交流

Small Methods是Wiley于2017年创办的全新刊物。该刊关注来自材料学、生物医学、化学、物理学领域在纳米和微尺度层面研究工作的方法应用的重要进展,并以报道实验技术的前沿进展为特色。



今天我们为您带来Small Methods上的12篇热门文章的评论,点击文章标题即可查看评论原文以及文章全文!


电荷累积光谱:研究有机光伏电池稳定性的新途径

     近日,剑桥大学卡文迪许实验室Henning Sirringhaus教授课题组采用新发展的电荷累积光谱(CAS)技术,研究了倒置型有机太阳能电池中的性能衰退机理。研究团队利用这种高分辨率的CAS技术在PTB7:PC70BM倒置有机太阳能电池中观察到了典型的极化子特征吸收谱。实验中,PTB7:PC70BM太阳能电池在真空中白光照射状态下工作80小时后,开路电压和填充因子分别降低了20%和10%,器件性能表现出了明显衰退。研究团队通过原位CAS技术揭示了有机太阳能电池工作不稳定的机理。实验结果表明,器件性能的衰退与金属氧化物和有机半导体层的界面电荷转移密切相关。具体而言,在上述电池工作条件下,高掺杂的ZnSrO层向有机半导体层发生电荷转移,导致0.2%的PC70BM分子变成阴离子,引起的缺陷辅助电子-空穴复合增强正是导致器件性能衰退的根源。

     这项新技术为更好地理解器件性能衰退机制以及提高器件稳定性提供了新的思路,相关文章发表在Small Methods(DOI:10.1002/smtd.201600007)上


二维纳米材料电催化还原二氧化碳最新综述

     通过对近几年相关文献进行案例分析,阿德莱德大学乔世璋教授课题组总结了二维纳米材料在电催化还原CO2领域的最新研究进展,重点讨论了三类二维纳米材料对CO2还原的电催化性能,包括以部分被氧化的超薄Co纳米片(4个原子层厚)为代表的原子级厚度的过渡金属/过渡金属氧化物、以MoSe2纳米片为代表的纳米结构过渡金属硫族化合物,以及以N掺杂石墨烯为代表的非金属二维材料。文章指出,在原子级层面对二维纳米材料实现结构、组分和氧化态的调控有望开发第一类二维纳米材料;在离子液体的辅助下,过渡金属硫族化合物的边缘金属原子对CO2电催化还原具有显著的催化活性和突出的稳定性,赋予第二类二维纳米材料巨大的开发潜能;异质原子掺杂能够有效地调控石墨烯的结构、电子和物化属性,使其成为第三类极具前途的二维纳米材料。同时,文章也讨论了二维纳米材料在CO2电催化还原领域存在的挑战与机遇。作者希望通过采用更先进的合成与表征手段,理论计算结合实验研究,进一步探究二维纳米材料及其纳米复合材料,有望在电催化还原CO2领域取得更多的突破。


碳纳米材料中的氮掺杂:缺陷还是机遇?

     通过对近几年相关开创性工作的分析,韩国科学技术院的Sang Ouk Kim教授课题组总结了碳纳米材料中氮掺杂的最新研究进展,重点讨论了其中的缺陷化学和缺陷工程。文章中首先对氮掺杂的不同构型进行了明确的定义,如石墨氮、边缘吡啶氮、单空位处的吡啶氮、卟啉氮、吡咯氮等。由于缺陷和电子结构的不同,不同构型的掺杂对于碳纳米材料的诸多性质都有着重要的影响,并且差异很大,如功函数、结合能、形成能、氧分解的能垒、氧化原反应路径等。相比于研究比较热门的能源存储与转化,本文章旨在展示氮掺杂赋予碳纳米材料的其他新兴应用。


中空纳米结构硫化钼应用于电化学能量存储与转换最新综述

     通过对近几年相关开创性工作的分析,南洋理工大学楼雄文教授课题组总结了中空结构MoSx纳米材料在LIBs和电催化析氢领域的最新研究进展,重点讨论了三类中空结构MoSx纳米材料,包括单纯的中空结构MoSx(MoSx空心球和MoSx中空多面体)、中空MoSx–碳的纳米复合结构以及包含过渡金属的中空结构MoSx。文章指出,通过对结构和组分的调控有望提高中空结构MoSx纳米材料的电化学性能。作为LIBs负极,这些中空结构展现了较高的比容量、优异的倍率性能和长的循环稳定性。作为电化学析氢的电催化剂,这些中空结构展现了较低的过电势、较小的塔菲尔斜率和优异的稳定性。同时,文章也讨论了中空结构MoSx纳米材料在LIBs和电化学析氢领域存在的机遇和挑战,如形状、壳层厚度、空腔尺寸和组分可控的中空结构MoSx纳米材料的合成仍然是一个挑战。另外,作者指出结构与电化学性能之间的构效关系需要进一步的深入探究。作者希望通过对结构和组分进一步的理性设计和精确调控,中空结构MoSx纳米材料有望在电化学能量存储与转换领域取得更多的突破。


二维钙钛矿:光电与二维的黄金组合?

     该综述适时总结了二维金属卤化物钙钛矿这一新兴领域的发展近况,包括理论计算、可控合成、典型光电子器件等方面,并对这一领域的后续发展进行了展望。


锂离子电池硅、锗、锡基负极材料:结构设计与电化学性能关系最新综述

     通过对于近几年相关开创性结果的分析,中国科学技术大学的余彦教授课题组以及加拿大工程研究院及皇家科学院院士、加拿大西安大略大学孙学良教授课题组合作,总结了锂离子电池硅、锗、锡基负极材料在结构设计以及电化学应用中的最新研究进展,重点讨论了这类负极材料纳米结构设计与电化学性能之间的关系。针对具有不同维度(零维、一维、二维以及三维)的纳米结构设计以及电化学性能进行了分析,通过调控材料的维度,可以实现此类材料循环稳定性大幅度的提升。除此之外,文章讨论了不同维度的纳米结构对于这类材料体积效应的缓冲作用、电子以及离子传输速度的影响。同时,文章也讨论了这类电极材料在未来研究中的挑战和机遇。在基础研究方面,循环过程中固态电解质膜(SEI)的稳定和破坏的原因探究,用于检测内部衰减机理的新型原位或非原位表征方法的建立,以及适合于这类电极材料的电解液和粘结剂的开发都还需要进一步的完善。在实际应用方面,实现这类电极材料低成本的工业化生产依然需要进一步的加快。另外,文章也同时指出这类电极材料的研究和发展将会使得下一代高性能锂离子电池的开发和应用取得更多的突破。


利用外延生长半导体层实现扫描探针功能化

    近日,来自罗马大学物理系的一个研究组采用了一种新的方法:首先在硅衬底上外延生长重掺杂锗层,随后再将锗层转移到硅悬臂扫描探针上,从而实现探针的功能化。实验表明,功能化之后的硅悬臂探针表现出了重掺杂锗在红外光区所具备的独特的光学特性,包括在电信波长1.5μm产生的光致发光以及在中红外区由于电子有效质量较小而导致的超高等离子体频率,而这些特性是功能化之前的硅探针所不具备的。为了进一步验证该发现,该研究组利用功能化的探针对纳光子电路和纳米材料进行了表征。

值得关注的是,采用本文所介绍的在硅衬底上生长外延层并转移到探针上的方法,只需要在现有原子力显微镜硅悬臂探针的加工工艺中做部分改进就能实现功能化探针的规模化制造。


纳米结晶:一种提高有机分子性能的有效方法

     最近,来自新加坡国立大学的刘斌教授团队对不同的有机纳米晶体制备方法进行了广泛的对比研究。在过去已经发表的报告中,研究者详细地阐述了最为著名的自上而下制备方法,包括球磨法、高压匀浆法等。然而,作者表示,虽然这些方法已经得到了广泛的应用,他们也存在一些局限性,例如最终产品的尺寸会受到初始晶体的硬度以及可能引入的污染等级的影响。本报告指出,可以利用自下而上的制备方法来克服这些缺陷,包括自由沉淀结晶和固定化结晶。但是已有的自下而上的制备方法缺乏可扩展性和通用性,限制了其被广泛应用.刘斌教授团队提出了一种新的方案来解决这些问题:应力诱导晶种辅助纳米结晶法。该方法已被证实在不同的有机分子上具有广泛的适用性和可扩展性。我们相信,应力诱导晶种辅助纳米结晶法会为有机材料与结晶相关的特性进入实质性应用带来新的机遇。


二维金属有机骨架纳米片最新综述

     一般来讲,人们采用两种方法合成MOF纳米片:自上而下的剥离法和自下而上的直接合成法。对于第一种方法,由于二维层状MOF具有很弱的层间作用力(范德华力或者氢键等),超声法就足以克服这些层间作用力,用来剥离块体材料制备MOF纳米片。而对于第二种方法,通常需要一些特殊手段来限制MOF材料在一个方向上的生长速率得到纳米片。近日,新加坡南洋理工大学张华教授及其科研团队总结了二维MOF纳米片的合成方法。文章首先介绍了超声剥离法和研磨-超声剥离联用法,其次总结了直接合成法,重点讨论了一些限制MOF的生长方向来制备MOF纳米片的技术,包括界面合成、三层溶剂合成以及表面活性剂辅助合成。文章总结了各个合成方法的优缺点,同时指出需要开发新的方法合成二维MOF纳米片,并且拓展二维MOF纳米片的应用领域。此外,文章还进一步介绍了提高二维MOF纳米片的性能的方法,即将二维MOF纳米片与其它纳米材料复合,制备基于二维MOF纳米片的复合材料。


高效构筑二维TMD纳米结构新途径:气体辅助聚焦离子束诱导刻蚀新方法

     近日,美国田纳西大学材料科学与工程系一研究小组提出一种全新的基于气体辅助FIBIE技术将WSe2刻蚀成纳米带结构,并对该纳米带进行了系列研究。实验过程中,采用XeF2作为前驱气体来辅助FIBIE过程。氦离子入射将XeF2进行解离,产生氟自由基和挥发性的WFx和SeFx副产物,同时有效地提高了刻蚀率。基于该技术,成功获得宽度小于10 nm分辨率WSe2纳米带。针对该纳米带的拉曼光谱分析表明,纳米带呈现出对偏振光源角度依赖的各向异性特性; WSe2纳米带场效应特性也表现出典型的双极型特征。上述材料物性研究结果表明,气体辅助FIBIE方法是构建二维材料纳米结构的有效途径。

     上述工作,为二维材料过渡金属硫族化合物纳米结构制备提供了新方法,同时也为研究此类二维材料的磁-光-电等奇异效应提供了新途径。


用超导邻近效应探测分子输运性质

     分子电子学研究目前主要集中于分子构建单元的研究和应用,用于制造纳米级电子器件,以及利用它们的自组装性质来实现大规模电子电路。分子电子学中的关键问题之一是研究分子的导电性机理。更具体地说,关键问题是确定分子结是表现为隧道势垒,还是提供电子或空穴传导通道。由于最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)之间的大能隙,通常在计算中假设分子仅包含一个用于电子或用于空穴的导电通道。实验上,无论使用局部探针还是两个金属电极之间小间隙的测量,强烈依赖于分子和与之接触之间的连接性质;这种连接难以优化。本文提出了一种新的利用超导邻近效应来研究分子的电子和传输性质的方法。首先用需要研究的分子连接到纳米颗粒和超导体,然后通过探测超导性质的改变来理解分子的性质。


具有近红外二区等离子共振性质的金纳米材料在生物医学领域的应用进展

     近年来,具有近红外二区(NIR-Ⅱ,1000-1400 nm)等离子共振性能的纳米材料得到人们的广泛关注。对比于近红外一区(NIR-I,750-900 nm)光响应材料,NIR-Ⅱ区光响应材料的优势主要体现在可显著降低生物体自发荧光强度与光子吸收、散射,进而降低所需外源激光的光功率强度。然而,关于NIR-Ⅱ区光响应的金纳米材料的研究报道尚不多见,近日,首尔大学一研究组针对NIR-Ⅱ区光响应的金纳米材料在制备及生物应用的最新进展进行了综述。

     评述指出,尽管一些纳米环等结构的NIR-Ⅱ区光响应的金纳米材料被报道合成,但这些材料多在基底上构建,因此在后期细胞及活体应用方面存在较大局限。其他Au/Ag, Au-Cu-9S5等NIR-Ⅱ区光响应的复合金纳米材料也有报道,但这些材料存在粒径大、所需激光照射强度高、生物毒性大等问题。因此,如何实现NIR-Ⅱ区光响应的金纳米材料的精确控制合成,提高其NIR-Ⅱ区的光学响应特性,增强其生物相容性是促进走向生物医学应用的关键。此外,开发具有多模态的NIR-Ⅱ区光响应的金纳米材料,优化构建诊断与治疗多功能金纳米材料体系,是其未来生物医学应用中的重大挑战。



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