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《自然》《科学》一周(11.30-12.06)材料科学前沿要闻
发布:lee_9124   时间:2015/12/8 12:37:36   阅读:1779 
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1.通过一步法剥离和功能化氮化硼制备胶体溶液、超轻气凝胶和无支撑薄膜

(Boron nitride colloidal solutions, ultralight aerogels and freestanding membranes through one-step exfoliation and functionalization)
 

用六方氮化硼(h-BN)制备气凝胶和薄膜要比用石墨烯或石墨烯氧化物制备难得多,因为 h-BN 正在水中的分散性极差,这也因此限制了其剥离和制备胶体溶液。 Lei 等人报道了一种简单的一步机械化学法,来剥离和功能化 h-BN ,使之成为高度易分散于水中薄层 h-BN 。这种薄层 h-BN 胶体溶液可以达到非常高的浓度(30mgmL-1),并且可以稳定存放数月。以其制备的气凝胶密度仅有 1.4mgcm-3 ,比本体结构的 h-BN 轻 1500 倍。在紫外光激发下,这种材料可以发射出强烈的蓝光。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 9849 )

2.具有小光子能量损失的高效聚合物太阳能电池

(High-efficiency polymer solar cells with small photon energy loss)
 

对于聚合物太阳能电池来说,一个关键的问题是如何控制聚合物与富勒烯间的能量,以使短路电流密度和开路电压达到最大化,进而提升能量转化效率。 Kawashima 等人报道了一种基于萘并二恶二唑的聚合物太阳能电池体系,其带隙只有 1.52eV ,但开路电压接近 1V ,能量转化效率达到 9% 。这个电池的光能损失仅为 0.5eV ,远小于其他聚合物电池体系的光能损失(0.7-1.0eV)。这一结果主要归功于体系较高能外量子效率,以及较小的电荷分离能量补偿。作者称,这种不寻常的结果有助于未来聚合物太阳能电池效率的进一步提高。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 10085 )

3.用于高能量密度锂-硫电池的圆盘状电极

(Pie-like electrode design for high-energy density lithium–sulfur batteries)
 

由于锂-硫(Li-S)电池具有很高的能量密度,因此有望成为下一代的电化学储能体系。尽管很多研究都集中在延长电池的寿命上,但极少有研究关注如何增加电池的区域能量密度。 Li 等人设计开发了一种圆盘状的电极,它可以在重量和区域能量密度间达到完美的平衡。这种电极具有莲藕状的多通道碳纳米纤维结构填充,外部由胺基修饰的石墨烯包围,因此可以获得很高的比容量(1314mAhg-1/4.7mAhcm-2)以及良好的循环稳定性。此外,通过叠加三层电极,电池的区域容量可以进一步提高至 8mAhcm-2 。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 9850 )

4.高迁移率发光有机半导体

(High mobility emissive organic semiconductor)
 
 
制备同时具有高迁移率和高发光效率的有机半导体十分困难。不过,有机发光二极管和有机电动泵浦激光器都需要这样的半导体材料。 Liu 等人报道了一种新型有机半导体材料—— 2,6- 二苯基蒽(DPA),这种材料不仅具有高的荧光量子效率(41.2%),而且还具有极高的载流子迁移率(34cmV-1s-1)。基于 DPA 的有机发光二极管可以发射纯蓝光,并且以 DPA 为场效应晶体管的阵列可以成功驱动 DPA 的有机发光二极管阵列。这一结果展现了 DPA 在有机光电子器件方面的应用潜力。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 10032 )

5.一种用于过渡金属催化剂的超分子微环境策略

(A supramolecular microenvironment strategy for transition metalcatalysis)
 

金属原子具有重建原子键的功能。它们首先将两个原子分开,随后将每个原子分别与另外的基团结合。不过,有时原子会卡在金属催化剂中,新形成的产物无法被释放出来。 Kaphan 等人设计了一种方法来加速这一消除过程。他们合成了一种中空的超分子胶囊结构,这种超分子可以捕捉金或铂复合物,从而诱导与金属相连的甲基碳原子快速成键。作者称,这种策略的广泛应用有望为很多化学反应开启一条新的路径。(Science DOI : 10.1126 / science.aad 3087 )

6.打破钙钛矿发光二极管电致发光效率上限

(Overcoming the electroluminescence efficiency limitations of perovskite light-emitting diodes)


有机-无机杂化钙钛矿(如甲基氨基卤化铅)有望制备低成本发光二极管(LED)。这是因为,与很多无机纳米材料不同的是,有机-无机杂化钙钛矿有很高的色纯度。 Cho 等人通过对材料的修饰,成功解决了限制钙钛矿 LED 的主要问题——低发光效率。他们制备了不含自由金属铅的纳米晶,这可以帮助束缚激子,并且避免发光淬灭。最终,基于钙钛矿的 LED 器件可以达到与磷光有机 LED 相媲美的电流效率。(Science DOI : 10.1126 / science.aad 1818 )

7.纳米尺度测量薄层石墨烯空带色散

(Nanoscale measurements of unoccupied band dispersion in few-layer graphene)
 
 
任何材料的性质从根本上来讲都取决于它的能带结构,每一条能带都代表了一系列的允许态。满带,即费米能级以下的能带都被电子填充,可以通过实验测量出来。不过,空带却很难通过实验手段表征。 Jobst 等人直接对单层、双层和三层石墨烯的空带结构进行了测试。为达到这一目的,他们引进了低能电子显微镜技术。这种技术依赖电子对入射角和能量的反射作用,空间分辨率可达 10nm 。此外,这种技术可以很容易的用于分析其他纳米结构,如常见于晶体中的 van derWaals 结构。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 9926 )

8.通过次磷酸提高平面异质结钙钛矿太阳能电池的薄膜质量

(Enhanced optoelectronic quality of perovskite thin films with hypophosphorous acid for planar heterojunction solar cells)
 

可溶液加工的金属卤化钙钛矿半导体(如 CH3NH3PbI3 )展现了很高的能量转化效率,尽管它也存在着不可忽视的缺陷态密度问题。一种可能的原因是钙钛矿晶体中存在卤素空缺或是存在金属铅,这导致 I/Pb 的化学计量比不平衡。 Zhang 等人发现,无论从电学角度还是从形貌角度讲,在前驱体溶液中加入一定量的次磷酸(HPA)可以显著的提高钙钛矿薄膜的质量和荧光强度。这使得电池具有更高的能量转化效率和重复性。研究发现,HPA可以将氧化的 I2 还原成 I- ,最终提升了钙钛矿晶体中的化学计量比。(Nature Communications DOI : 10.1038 / ncomms 10030 )
 
 
来源:新材料在线
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