材料前沿最新综述精选(2017年10月第5周)

1、Nature Reviews Materials综述:柔性机械材料的研究

图1 形状变形超材料实物图

近日，来自西班牙马德里卡洛斯三世大学的Johan Christensen(通讯作者)等人概述了新型柔性机械超材料，这种材料表现出非常奇特的功能，例如：随着机械力的变化，材料形状和图案发生变化；运动和波的单向引导以及可重新编程的刚度或耗散等特性。作者讨论了确定这些属性的设计原理，着重研究了线性和基于机制的超材料。最后总结了先进机械超材料在设计、创造和概念化等领域所面临的挑战。

文献链接：Flexible mechanical metamaterials(Nat.Rev.Mater.: 10.1038/natrevmats.2017.66）

2、Nature Energy综述: 高透过率太阳能电池的分布式应用研究

图2 不同传播程度的光伏系统

太阳能为我们日益增长的能源需求提供可行的解决方案，近十年来，在屋顶和太阳能发电厂所采用的常规光伏技术发展迅速，前景十分广阔。近日，来自密西根州立大学的Richard R. Lunt(通讯作者)等人概述了在不同程度可见光透明度下太阳能电池的进展。新型太阳能电池可以选择性地吸收紫外光和近红外光，使得建筑环境的许多表面能够转变为太阳能收集阵列，而不会影响到其功能或美学。作者讨论了透明光伏特性的必要因素，并概述了在建筑物、窗户、电子设备显示器和汽车上广泛采用的要求。

文献链接：Emergence of highly transparent photovoltaics for distributed applications(Nat.Energy: 10.1038/s41560-017-0016-9）

3、Advanced Materials综述: 软光子学和仿生光学的进步与机遇

图3 表面等离子体激元(SPP)和局部表面等离子体共振(LSPR)

近日，来自麻省理工学院的Mathias Kolle和成均馆大学的Seungwoo Lee(共同通讯作者) 等人概述了软光子学和仿生光学领域的最新发展，强调了两个领域之间的联系，并讨论了软光子学和生物光子学的发展前景。作者介绍了受自然控制光的方法启发而得出的光线操纵策略，这些方法通常依赖于软复合物和流体在微米或纳米尺度形态中的整合，其光学性能不同于现在组件。

文献链接:Progress and Opportunities in Soft Photonics and Biologically Inspired Optics(Adv. Mater.: 10.1002/adma.201702669）

4、Nature Reviews Chemistry综述：分子电催化剂智能设计的研究

图4 不同强度酸中发生的电化学催化反应

近日，来自巴黎第七大学的Cyrille Costentin和Jean-Michel Savéant(共同通讯作者)等人概述了电催化的新型设计，通过构建火山图来检测反应动力学与单一初级中间体的稳定性之间的关系。作者主张通过催化塔菲尔图来提高周转频率与超电势的关系，从而为本征催化剂性能提供了更少的限制性和更可靠的评估。在该框架内，优化分子催化剂的方法涉及到改变配体取代基以调节催化剂的电子结构。最后，作者介绍了对于智能设计的展望，它有赖于大量的实验数据，需要研究人员不懈的工作。

文献链接：Towards an intelligent design of molecular electrocatalysts(Nat.Rev.Chem.: 10.1038/s41570-017-0087）

5、Chemical Society Reviews综述：氧化石墨烯的合成研究

图5 尺寸对GO分散体流变行为的影响

石墨烯氧化物(GO)已经成为复合材料中重要的添加剂和性能增强材料, 由于其二维特性和可调功能，GO可以逐层堆叠形成宏观的自组装膜。近日，新加坡国立大学的Kian Ping Loh和罗格斯大学的Manish Chhowalla(共同通讯作者)等人研究了制备氧化石墨烯的新方法，将膨胀后的石墨作为原料，制备横向尺寸大于10μm的大尺寸氧化石墨烯(LGO)。与GO相比，LGO具有更低的缺陷密度，同时可以通过化学还原法转化为石墨烯。此外，作者还讨论了LGO薄膜作为性能增强剂的独特优点，最后对GO的氧化还原作出了展望。

文献链接：Synthesis and reduction of large sized graphene oxide sheets(Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00485K）

6、Chemical Society Reviews综述：微孔材料作为储能装置的应用

图6 样品高压单晶X射线衍射图

近日，来自法国科学研究中心的Alain H. Fuchs(通讯作者)等人概述了几种疏水微孔材料，如沸石、硅胶和二氧化硅等，由于其在几个水侵入-挤出循环后仍然保持着不水解的稳定性，有望作为新型的储能材料。此外，作者通过理论研究和分子模拟讨论了纳米级纯水的实验行为。研究结果表明，一级相变发生水的凝结，其条件是互连的孔结构为3维结构并且充分开放；而在极端条件下，冷凝是通过从稀释到稠密流体的连续超临界交叉而发生的，水临界点相对转移到较低的温度。

文献链接：Forced intrusion of water and aqueous solutions in microporous materials: from fundamental thermodynamics to energy storagedevicestract(Chem.Soc.Rev.: 10.1039/C7CS00478H）

7、Chemical Reviews综述：硅基材料光化学和光物理学的研究

图7 硅基材料(SBMs)框架

硅基材料(SBM)是最先进的化学和生物应用框架系统之一，广泛用于催化、光子学领域和药物递送。研究他们的感光行为需要先进的激光光谱、显微技术以及计算方法。得益于超高速工具的发展，科学家们可以深入研究它们的感光行为。近日，来自卡斯蒂利亚拉查曼大学的Abderrazzak Douhal(通讯作者)等人概述了对硅基材料光动力学理论和超快实验研究，并将其与均相介质中的结果进行了比较。此外，作者还讨论了硅基材料分子内、分子间质子和电子的能量转移。最后通过在光催化、传感器、光子学、光伏和药物传递中的应用举例，表明了硅基材料在现代滚球体育 中具有光明的前景。

文献链接：hotochemistry and Photophysics in Silica-Based Materials: Ultrafast and Single Molecule Spectroscopy Observation(Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00422）

8、Chemical Reviews综述：环糊精与金属离子、无机纳米颗粒的相互作用研究

图8 环糊精结构示意图

环糊精(CD)具有疏水性内腔和亲水性表面，天然存在的大环系统可用来制造环境友好型的功能纳米材料。近日，来自波兰科学院的Janusz Lewiński(通讯作者)等人概述了各种未改性的CD-金属络合物和CD-无机纳米粒子体系的合成材料及其应用，并指出其未来的发展方向。CD的疏水空穴与金属离子或各种无机纳米颗粒的关联可以在水环境下控制无机物的性质。此外，作者还讨论了CD对CD-金属络合物中金属离子的配位灵活性，并总结了CD-金属络合物的合成和表征及其在催化和磁性材料中的应用进展。最后介绍了CD在材料科学和纳米技术中的新兴应用。

文献链接：Interactions of Native Cyclodextrins with Metal Ions and Inorganic Nanoparticles: Fertile Landscape for Chemistry andMaterials Science(Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00231）

9、Chemical Reviews综述：可持续聚合物的研究

图9 塑料产业的不同工业生态模型图

以可持续替代品来取代当前的石油基塑料是现代社会所面临的艰巨挑战，催化剂为促进可持续聚合物的研发提供了有利的工具。近日，来自斯坦福大学的Robert M. Waymouth(通讯作者)等人概述了可持续聚合物的合成方式以及使用期限选择的关键标准。可持续聚合物定义为一种源自可再生原料并呈现闭环生命周期的材料，脂肪族聚酯和聚碳酸酯由于其可再生性和优异的生物降解性可作为这类材料。另外，作者还介绍了“创新杠杆点”，用来描述新的科学和催化技术可能降低在系统级分析中实现闭环生命周期的技术障碍。

文献链接：Catalysis as an Enabling Science for Sustainable Polymer(Chem. Rev.: 10.1021/acs.chemrev.7b00329）

本文由材料人编辑部金属学术组jcfxs01供稿，欧洲足球赛事 编辑整理。

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