材料前沿最新綜述精選(2017年8月第3周)

 

　　

 

 

 

　　圖1 常見的鈣鈦礦裝置結(jié)構(gòu)示意圖

 

　　可溶液加工的有機(jī)金屬雜化鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)光轉(zhuǎn)換效率(PCE)的快速提高給光伏(PV)產(chǎn)業(yè)帶來了前所未有的發(fā)展，并可進(jìn)一步將其應(yīng)用于其他電子設(shè)備，如發(fā)光二極管，光電檢測(cè)器和電池。典型的PSCs由夾在電子和空穴之間的鈣鈦礦膜組成，分別產(chǎn)生ESC /鈣鈦礦和鈣鈦礦/ HSC界面。 選擇性接觸及其界面決定了鈣鈦礦層的性質(zhì)，并且還控制了PSCs的性能，光伏作用，開路電壓，器件穩(wěn)定性和PSC中的滯后。近日，康斯坦茨大學(xué)Azhar Fakharuddin、馬來西亞彭亨大學(xué)Rajan Jose、海梅一世大學(xué)Ivan Mora-Sero(共同通訊)等人定義了理想的電荷選擇性接觸，并對(duì)于接口材料的選擇如何影響電荷累積，傳輸，轉(zhuǎn)移/復(fù)合，帶對(duì)準(zhǔn)和PSCs中的電穩(wěn)定性進(jìn)行了概述。文章還討論了器件相關(guān)的問題，如選擇性接觸(平面或介孔)的形態(tài)，能量學(xué)和電學(xué)性質(zhì)(絕緣和導(dǎo)電)及其化學(xué)性質(zhì)(有機(jī)和無機(jī))。 最后，作者展望了基于鈣鈦礦光伏技術(shù)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)和未來發(fā)展方向。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Interfaces in Perovskite Solar Cells(Adv.Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201700623)

 

　　2 、Angewandte Chemie International Edition綜述：鎂電池背后的熱烈宣傳：對(duì)合成化學(xué)家關(guān)于電解質(zhì)和陰極需求的公開選拔

 

　　

 

 

 

　　圖2 原子結(jié)構(gòu)圖

 

　　諸如鋰離子電池的先進(jìn)能量存儲(chǔ)技術(shù)給便攜式電子設(shè)備帶來了福音，包括移動(dòng)電話和微型計(jì)算機(jī)，并且對(duì)電動(dòng)汽車的開發(fā)和應(yīng)用至關(guān)重要。鎂金屬是優(yōu)異的陽極，其具有鋰金屬體積容量的兩倍，并且與標(biāo)準(zhǔn)氫電極相比具有-2.37V的負(fù)還原電位。 鎂的主要優(yōu)點(diǎn)是在充電期間可以明顯減少枝晶形成。近日，來自北美豐田研究所的John Muldoon和Claudiu B. Bucur以及北歐化工技術(shù)解決方案公司的Thomas Gregory(共同通訊)等人闡述了電解質(zhì)和陰極發(fā)展歷程中的重要研究，并討論了鎂電池走向?qū)嶋H應(yīng)用必須克服的一些重大挑戰(zhàn)。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Fervent Hype behind Magnesium Batteries: An Open Call to Synthetic Chemists—Electrolytes and Cathodes Needed(Angew. Chem. Int. Ed.,2017,DOI:DOI: 10.1002/anie.201700673)

 

　　3 、Progress in Polymer Science綜述：電紡納米纖維：聚合物基復(fù)合材料中新興的填充物

 

　　

 

 

 

　　圖3 自2010年起基于納米纖維型的電紡納米纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料的科學(xué)出版物分布

 

　　自20世紀(jì)90年代以來，快速發(fā)展的靜電紡絲技術(shù)因?yàn)槟軌虍a(chǎn)生直徑為納米級(jí)的連續(xù)纖維，因此獲得了研究者越來越多的興趣。盡管人們?yōu)樘剿麟娂徑z納米纖維(如分離，催化，納米電子學(xué)，傳感器，能量轉(zhuǎn)換/儲(chǔ)存和生物醫(yī)學(xué))的應(yīng)用做出了巨大的努力，但是在聚合物復(fù)合材料中增強(qiáng)這些納米纖維性能的嘗試是有限的。近日，來自西安交通大學(xué)的于德梅教授、美國北卡羅萊納州農(nóng)業(yè)技術(shù)州立大學(xué)的Lifeng Zhang(共同通訊)等人發(fā)表綜述，論述了電紡納米纖維具有通常其它納米級(jí)復(fù)合填料/增強(qiáng)劑沒有的綜合優(yōu)點(diǎn)，例如連續(xù)性，材料選擇的多樣化，可的控直徑/結(jié)構(gòu)，合理的對(duì)準(zhǔn)/組裝，批量生產(chǎn)能力等。 因此，電紡納米纖維作為下一代聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)填料具有巨大的潛力。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Electrospun Nanofiber: Emerging Reinforcing Filler in Polymer Matrix Composite Materials(Prog. Polym. Sci.,10.1016/j.progpolymsci.2017.08.002)

 

　　4、Chemical Reviews綜述：太陽能轉(zhuǎn)換中的超快電子動(dòng)力學(xué)

 

　　

 

 

 

　　圖4 太陽能轉(zhuǎn)換中電子動(dòng)力學(xué)原理圖

 

　　電子是太陽能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。 通過光催化過程將光能轉(zhuǎn)化為光伏發(fā)電，或通過光催化過程轉(zhuǎn)化為能量豐富的分子(太陽能燃料)，總是以能量豐富的電子的光誘導(dǎo)開始。這些電子在實(shí)際裝置中的獲得取決于一系列電子傳遞過程，其動(dòng)力學(xué)和效率決定了材料和器件的功能。為了捕獲太陽能電池材料中的光電子-空穴對(duì)的能量，必須將相反電荷與靜電吸引力分離，防止重新組合并將其通過活性材料輸送到可以提取的電極。在光催化太陽能燃料生產(chǎn)中，這些電子過程耦合到化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致光的能量存儲(chǔ)在化學(xué)鍵上。近日，瑞典隆德大學(xué)Villy Sundström(通訊作者)等人討論了目前正在開發(fā)的用于染料或量子點(diǎn)敏化的太陽能電池，富勒烯聚合物太陽能電池，有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池以及一些光催化系統(tǒng)。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Ultrafast Electron Dynamics in Solar Energy Conversion(Chem.Rev.,2017,DOI:10.1021/acs.chemrev.6b00807)

 

　　5、Accounts of Chemical Research綜述：四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯——從偶然發(fā)現(xiàn)到有希望的雜環(huán)光電材料

 

　　

 

 

 

　　圖5 四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯雜環(huán)光電材料結(jié)構(gòu)示意圖

 

　　有機(jī)光電子學(xué)的發(fā)展需要具有光物理和電子性質(zhì)合適組合的化合物。芳族醛，芳香胺和丁烷-2,3-二酮的多組分反應(yīng)可以直接獲得以前不可用的1,2,4,5-四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯。通常，芳族核心的構(gòu)造僅僅是長期進(jìn)行多步驟官能化的第一階段。相反，1,2,4,5-四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯的合成會(huì)影響帶有C2的對(duì)稱性框架中預(yù)先安置的取代基，從而有了大量的結(jié)構(gòu)可能性。此外，醛組分的空間位阻有利于提高產(chǎn)物的產(chǎn)率。近日，波蘭科學(xué)院Daniel T. Gryko(通訊作者)等人詳細(xì)討論了四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯從發(fā)現(xiàn)到成熟的歷程，并敘述了其在雜環(huán)光電材料的應(yīng)用。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：The Tetraarylpyrrolo[3,2-b]pyrroles—From Serendipitous Discovery to Promising Heterocyclic Optoelectronic Materials(Acc.Chem.Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00275)

 

　　6、Accounts of Chemical Research綜述：RNA切割DNA酶的發(fā)現(xiàn)和生物傳感應(yīng)用

 

　　基于DNA的酶或DNA酶不存在于自然界中，但可以使用試管技術(shù)從隨機(jī)序列DNA庫分離。 自1994年第一個(gè)DNA酶的報(bào)道以來，人們已經(jīng)分離和研究了許多用于化學(xué)轉(zhuǎn)化的催化性DNA分子。近日，麥克馬斯特大學(xué)的李應(yīng)福(通訊作者)等人首先描述了當(dāng)“進(jìn)行16個(gè)并行選擇”以尋找針對(duì)每個(gè)可能的RNA二核苷酸連接點(diǎn)進(jìn)行切割的DNA酶時(shí)，對(duì)“8-17”小DNA酶序列適應(yīng)性的意外發(fā)現(xiàn)。這項(xiàng)研究還揭示了8-17對(duì)嘧啶-嘧啶接頭活性差的事實(shí)。根據(jù)這些信息，作者發(fā)現(xiàn)在生理?xiàng)l件下表現(xiàn)出強(qiáng)烈催化活性的多種非8-17 DNA酶。最后結(jié)果還表明DNAzymes與DNA復(fù)制的相容性可以有利于擴(kuò)增機(jī)制的設(shè)計(jì)，其可將RNA切割DNA酶的作用與滾動(dòng)循環(huán)擴(kuò)增(等溫DNA擴(kuò)增技術(shù))聯(lián)系起來。

 

　　文獻(xiàn)鏈接：Discovery and Biosensing Applications of Diverse RNA-Cleaving DNAzymes(Acc.Chem.Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00262)

 

　　7、Chem綜述：用于太陽能技術(shù)的膠體量子點(diǎn)

 

　　膠體量子點(diǎn)(QDs)因?yàn)樗鼈兙哂袃?yōu)異的光電性質(zhì)，例如尺寸依賴吸收光譜，有效的電荷分離和運(yùn)輸以及良好的光穩(wěn)定性，因此作為各種太陽能技術(shù)的吸收劑已被廣泛研究。 在過去十年中，為了闡明以結(jié)構(gòu)為主的光電子特性，人們已經(jīng)開展了許多研究工作，目的是最大限度整體地提高太陽能裝置的功率轉(zhuǎn)換效率。近日，魁北克大學(xué)Federico Rosei(通訊作者)等人討論了這些量子點(diǎn)的化學(xué)合成方法和性質(zhì)，并強(qiáng)調(diào)其在太陽能電池，太陽能驅(qū)動(dòng)產(chǎn)氫和發(fā)光太陽能集中器設(shè)備中的應(yīng)用。作者通過強(qiáng)調(diào)合成具有不同結(jié)構(gòu)和組成的量子點(diǎn)的各種策略敘述了近期在這個(gè)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。文章還討論了用于調(diào)整量子點(diǎn)和金屬氧化物中電荷動(dòng)力學(xué)的可用方法。 此外，作者還介紹了幾種基于量子點(diǎn)的太陽能設(shè)備，并討論了其制造和性能。最后，文中闡述了量子點(diǎn)控制合成要解決的挑戰(zhàn)。