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    别刷微博热搜了,快来看看近半年的纳微快报热搜榜吧!
    来源:测试GO 时间:2021-12-09 23:05:08 浏览:1932次


    《Nano-Micro Letters》(NML,纳微快报)是上海交通大学创办的英文学术期刊。期刊主要报道与纳米/微米尺度相关的最新科技进展及评论性文章,旨在推动纳米/微米科技的创新发展。自2012年获得第一个影响因子(IF:2.057)以来,短短的几年时间,NML的影响因子一路突飞猛进,2021年最新影响因子高达16.419!

    NML创办于2009年,内容涵盖物理、化学、生物、材料、工程等学科,收录主题包括但不限于:纳米材料的合成和表征、纳米领域的量子物理学、纳米级建模和模拟、基于纳米材料或纳米结构的微器件、纳米传感器、纳米电子学、纳米生物学及生物技术、纳米医学、基于纳米结构和纳米材料的太阳能电池、与纳米和微型材料相关的应用等。

    随着影响力的提升,NML的年发文量近几年也在逐渐增加,但幅度并不大,2020年最新年发文量仅187篇,从笔者统计的趋势上看,2021年年发文量即使略有增加,也大概率会维持在200篇左右,可见NML对收录发表的文章的要求也是较高的

    NML期刊网站首页“Articles”栏目设立了“Recent”、“Most Read”和“Most Download”三个主题,分别用来展示最近收录的文章、最近点击量最高的文章以及最近下载量最高的文章。笔者总结发现,截止目前,进入“Most Read”主题的文章总共有12篇,主要涉及储能、催化、 生物医学及电子器件领域(图1)

    图1 NML“Most Read”主题

    为了带领大家一览优秀国刊的风采,笔者特意选取了该主题里的部分研究成果进行了解读介绍,希望能给相关领域的科研工作者们带来一丝启发。

    NML“热搜榜”解读

    ·TiO2嵌入多层前端接触用于高效钙钛矿太阳能电池

    通常,前端接触对钙钛矿太阳能电池(PSCs)的电学和光学特性有很大影响,PSCs需要足够高效才能达到太阳能电池高效光子吸收的一些基本要求。单层的前端接触对PSCs的效率提升有限,因此,人们希望能构建多层结构来实现高效的PSCs。

    在多层前端接触中,电子传输层(ETL)被认为是一个关键影响元素,紧凑、均匀分布和无孔隙的ETL是获得高能量转化效率的关键因素之一。此外,ETL的质量,如能级排列、电荷迁移率和形态等对于提高PSCs的光伏性能影响较大。因此,为了实现高效的PSCs,详细了解材料的前端接触设计、沉积技术和光电特性至关重要。

    有鉴于此,日本东海大学的Masao等人[1]提出了一种实用的多层前端接触设计,以实现高效的单结PSCs和钙钛矿型叠层太阳能电池(TSCs)。作者采用工业上可行的喷雾热解沉积法(SPD)制备了高度致密的二氧化钛(TiO2-CL)薄膜,并对TiO2电子传输层的优化和重现性进行了深入研究。

    结果表明,优化后的TiO2 ETL厚度为70 nm,短路电流密度为21.3 mA cm-2,开路电压为1.07 V,填充因子为72%,光电子转换效率高达16.55%,这是目前为止采用SPD法生长的TiO2 ETL的平面型PSCs中的最高值。

    此外,为了研究前端接触对PSCs的光电特性的影响,作者还采用三维时域有限差分法(FDTD)和有限元方法(FEM)对PSCs的光学和电学效应进行了严格的模拟研究,并将实验结果和模拟结果进行比较。最终结果显示,作者设计出的单结PSCs与平面单结PSCs相比,能量转换效率提高了30%以上。这项工作表明了多层前端接触的优化对PSCs性能的突出作用。


    图2 钙钛矿太阳能电池的制备原理及形貌表征


    ·中空介孔碳球限域的CoSe2@NC纳米晶用于钾离子电池

    钾离子电池(KIB)因高能量密度和原材料储量丰富而备受关注,被认为是未来储能系统中锂离子电池(LIB)的替代品之一。然而,钾离子较大的半径(1.38 Å)会导致离子扩散速率缓慢,且电极材料在反复充放电过程中易产生大的体积膨胀。因此,KIB的主要挑战在于设计结构或组成新颖的电极材料,从而实现其高比容量、长循环寿命和优异的倍率性能。

    有鉴于此,韩国高丽大学的Kang等人[2]使用了一种真空辅助策略在空心介孔碳纳米球(HMCSs)中均匀形成金属有机骨架,最终合成限制在HMCS中的氮掺杂碳包裹的超细CoSe2纳米晶(CoSe2@NC/HMCS)。在硒化过程中,由2-甲基咪唑衍生的氮掺杂碳基质和中空介孔碳纳米球的小孔之间的“双重约束”,可有效地防止CoSe2纳米晶体的过度生长。

    用于钾离子电池时,在0.1 A g-1的电流密度下,CoSe2@NC/HMCS复合材料的初始放电容量为675 mAh g-1,初始充电容量为448 mAh g-1,初始库仑效率(CE)为66%,且其比容量在120次循环内没有明显的衰减。作者认为,这种独特的结构设计不仅可以为电子和离子转移提供足够的通道,而且可以减轻电化学反应过程中 CoSe2纳米晶体的体积膨胀。同时,这种合成策略也可以扩展合成其他高性能新型电极。

    图3 CoSe2@NC/HMCS纳米晶的合成


    ·缺陷与掺杂共设计策略制备非金属纳米碳基ORR电催化剂

    随着化石燃料的加速耗竭和一系列环境问题的出现,先进的能源转换技术引起了学术界和工业界的广泛关注。燃料电池和金属空气电池被认为是最有希望的下一代清洁能源系统,因为它们能够直接将燃料中的化学能转化为电能。然而,燃料电池和金属空气电池阴极的氧还原反应(ORR)极其迟钝,其过电位高、稳定性差,需要催化剂来提高反应活性。

    贵金属铂(Pt)及其合金一直被认为是最先进的ORR催化剂,但资源有限、成本高、易受燃料影响(如CO失活)和耐久性差等缺点极大地限制了其大规模的商业应用。因此,在过去的几十年里,探索高效、低成本和储量丰富的ORR电催化剂引起了人们极大的兴趣。

    在所有潜在的替代材料中,功能化碳纳米材料因其丰富的储量、易于制备、高物理化学稳定性、突出的活性、燃料免疫和环境友好性而受到广泛的研究,被认为是最有前途的ORR催化剂之一。纳米碳增强的ORR活性通常被认为来自杂原子(如N,B,P,或S)掺杂或各种诱导缺陷。然而,在实际中,碳基材料通常包含掺杂和缺陷。

    为此,武汉理工大学木士春团队[3]从杂原子掺杂和缺陷诱导共设计的角度,综述了非金属碳基ORR电催化剂的研究进展。作者着重分析和讨论了这些功能化纳米碳通过杂原子掺杂、缺陷诱导,特别是二者协同促进作用的特点、ORR性能及相关机理。最后,从杂原子掺杂和缺陷工程两方面提出了碳基电催化剂的发展现状和未来前景。这一综述将有助于合理设计和制造高效的碳基电催化剂。

    图4 非金属碳基ORR电催化剂的发展及典型构型示意图


    ·受贻贝启发的氧化还原活性导电聚合物纳米颗粒用于水凝胶生物电子学

    导电水凝胶通常是通过将导电纳米材料或本征导电高分子掺入到水凝胶骨架中来制备的。然而,导电纳米材料,如石墨烯,碳纳米管(CNT)或银纳米线等在水凝胶形成过程中容易团聚,这种团聚阻碍了导电通路的形成。因此,基于导电纳米材料的复合水凝胶通常具有较差的导电性。传统导电水凝胶的组织因粘附性差,所以常导致不稳定的电信号检测和高的界面电阻,同时该类水凝胶组织亲和性也有待提高。

    受贻贝粘附蛋白氧化还原反应的启发,西南交通大学鲁雄教授团队[4]提出了一种用于制备导电、氧化还原活性、亲水性导电聚合物/磺化木质素纳米颗粒(CP/LS NPs)的通用策略,并将该纳米颗粒作为纳米填料,用于制备导电水凝胶。这种导电纳米颗粒是通过乳液聚合的方式制备的,其中磺化木质素不但作为模板与导电高分子进行缠结形成纳米颗粒,而且对导电高分子进行掺杂从而提高其导电性。

    与目前报道的导电纳米颗粒相比,由于使用生物相容性磺化木质素作为导电高分子的掺杂剂,CP/LS NPs形成的导电水凝胶具有优良的生物相容性和细胞亲和性,且由于磺化木质素中亲水性基团的存在,CP/LS NPs具有良好的水分散性,能够在水凝胶网络中均匀分布并形成良好连接的导电通路。因此,基于CP/LS NPs的水凝胶具有良好的导电性。

    类似于贻贝粘附化学,由于导电聚合物能够促进木质素分子上的儿茶酚/醌基之间的相互转换,制备的CP/LS NPs具有氧化还原活性,这种动态氧化还原平衡使木质素上的酚羟基能长期维持在较高值,从而赋予CP/LS NPs掺杂的水凝胶优异的粘附特性。这种原位形成纳米结构的策略开创了将导电聚合物应用于水凝胶的新途径,以用于具有柔性和粘性的生物电子器件。

    图5 CP/LS NPs复合材料的制备


    ·纳米纤维素-石墨烯杂化材料在多功能传感器领域的应用

    天然衍生的纳米纤维素具有独特的理化特性,作为可再生智能纳米材料具有巨大的潜力,在集成石墨烯等功能二维碳材料后,能够精确定制特性并用于多功能传感器。总的来说,将纳米纤维素和石墨烯复合,其亲和性、稳定性、分散性、修饰性和易功能化是一些突出的优点,从而使得纳米纤维素-石墨烯杂化材料表现出极其优异的综合特性。此外,随着环境问题的加剧,不可再生能源日益枯竭,设计和开发这种混合多功能材料一直是下一代先进功能材料和可持续发展的关键策略之一。

    有鉴于此,清华大学朱宏伟团队[5]综述了目前最先进的纳米纤维素-石墨烯复合材料的合成、功能化制备及在多传感领域的应用。这些复合材料在电子器件、环境和人体生物信号的检测及模拟方面显示出了巨大的潜力,可作为多功能传感平台。作者首先分别综述了纳米纤维素、石墨烯的合成,并总结了两者的界面相互作用和功能化的基本原理。随后,详细介绍了制备可再生多功能化纳米材料技术的最新进展,讨论了作为多功能传感平台的新型纳米纤维素-石墨烯杂化材料实现的可能性及方法。最后,作者重点介绍了纳米纤维素-石墨烯复合材料在多传感应用中的发展现状、持续的挑战和潜在的未来前景。

    图6 纤维素结构示意图

    总结与展望

    可以看到,能够进入NML“热搜榜”的文章,必然是极其优秀的论文,且作为国内较为优秀的期刊,NML紧跟学术热点,重点关注领域集中于储能、催化、生物医药和传感器等方向,这在一定程度上也能代表最新最热的学术进展,相信这也能给广大的科研工作者们带来一丝启发!


    参考文献

    [1] Shahiduzzaman, M., Hossain, M.I., Visal, S. et al. Spray Pyrolyzed TiO2 Embedded Multi-Layer Front Contact Design for High-Efficiency Perovskite Solar Cells. Nano-Micro Lett. 13, 36 (2021). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00559-2.

    [2] Yang, S.H., Park, SK. & Kang, Y.C. MOF-Derived CoSe2@N-Doped Carbon Matrix Confined in Hollow Mesoporous Carbon Nanospheres as High-Performance Anodes for Potassium-Ion Batteries. Nano-Micro Lett. 13, 9 (2021). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00539-6.

    [3] Zhang, J., Zhang, J., He, F. et al. Defect and Doping Co-Engineered Non-Metal Nanocarbon ORR Electrocatalyst. Nano-Micro Lett. 13, 65 (2021). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00579-y.

    [4] Gan, D., Shuai, T., Wang, X. et al. Mussel-Inspired Redox-Active and Hydrophilic Conductive Polymer Nanoparticles for Adhesive Hydrogel Bioelectronics. Nano-Micro Lett. 12, 169 (2020). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00507-0.

    [5] Brakat, A., Zhu, H. Nanocellulose-Graphene Hybrids: Advanced Functional Materials as Multifunctional Sensing Platform. Nano-Micro Lett. 13, 94 (2021). https://doi.org/10.1007/s40820-021-00627-1.

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    12条评论
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    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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