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《清华、北大、西交大、中科大、哈工大、大连理工等10逾所高校获2017国家科学技术奖的材料类项目》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2018-01-10

  • 1月8日，2017年度国家科学技术奖励大会在京举行，揭晓了“国家三大奖”（国家自然科学奖、国家技术发明奖、国家科学技术进步奖）和国家最高科学技术奖、中华人民共和国国际科学技术合作奖的归属。

    2017年度国家科技奖评选出271个获奖项目和9名科技专家。其中，国家自然科学奖35项，国家技术发明奖66项，国家科学技术进步奖170项。

    教育部公布的《高校获2017年度国家科学技术奖励情况》显示，全国共有113所高等学校作为主要完成单位获得了2017年度国家科学技术奖三大奖通用项目157项，占通用项目总数216项的72.7%。其中，有64所高校作为第一完成单位的获奖项目数为114项，占通用项目授奖总数的52.8%。

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  • 《大连理工研发出横向异质结材料》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-01-04
    • 当前，能源和环境危机愈演愈烈，当我们询问路在何方的时候，开发和研究新能源材料用于转化太阳能，将其以化学能和电能的方式存储下来，成为极具前景的解决办法之一。自从1972年Fujishima和Honda在Nature上发表半导体TiO2用于光电化学水分解的文章以来，四十多年中，光催化和光电催化的研究文章汗牛充栋。然而，就半导体光电催化水分解这个优秀的体系来说，要达到工业化的条件，仍然面临诸多问题。研究者们在致力于水分解机理探索的同时，也着力于提高半导体的捕光能力、促进载流子分离和提升表面催化效率。简单来讲，调控半导体的带隙或者构筑合适的半导体异质结，以及负载相应的产氢产氧助催化剂都是通常的研究手段，另外，构建合适的材料形貌尺寸、利用表面等离激元的热电子效应、考察晶面效应、研究激子模式等等策略也在近年来得到广泛关注。 成果简介 近日，大连理工大学孙立成教授、侯军刚教授和中国科学院理化技术研究所林哲帅研究员在Adv. Energy. Mater.上发表最新研究成果“Atomically Thin Mesoporous In2O3–x/In2S3 Lateral Heterostructures Enabling Robust Broadband-Light Photo-Electrochemical Water Splitting”（ DOI: 10.1002/aenm.201701114）。该文首先合成二维（2D）原子级薄层In2S3纳米片，然后在氧等离子体中原位氧化生成均一分散的In2O3–x，与In2S3构成横向异质结，该复合材料1.23 V处光电流密度较In2S3纳米片提升了21倍，达到1.28 mA/cm2。通过一系列表征和光电测试分析以及密度泛函（DFT）理论计算，该文认为可以在原子层面深入地理解这种超薄二维材料的界面结。并且，不同氧等离子体处理时间与光生载流子分离和迁移、光电化学水分解性能之间的关系也得以阐述。作者总结了这种材料的几个特性：超薄二维纳米结构具有很大的表面积，可以与电解液进行充分的接触；氧化处理得到丰富的介孔提供了大量活性位点，有利于活性物种的扩散和气泡的释放；富含氧空位的In2O3（In2O3-x）与In2S3构成的横向异质结具有宽光谱响应的特性，极大提高了In2S3的光电化学性能；空穴捕获实验、暂态光谱和理论计算都证明了载流子分离和迁移性能得到提高。这个工作指出了用原子级超薄二维横向异质结材料进行光电化学催化和太阳能转换的新思路。 小结 本文通过氧等离子体原位氧化In2S3二维超薄纳米片生成存在氧空位的In2O3–x纳米颗粒，二者构成了横向异质结从而提升其光电化学性能。这种新的设计理念可以应用于其他薄层二维半导体横向异质结的构筑，其优点在于，二维薄层材料容易造出更丰富的活性位点；氧等离子体处理引入大量的氧空位所形成的异质结大大提高了母体半导体的光谱响应范围，尤其对硫族半导体来说，有可能提高其稳定性；横向异质结构在二维层面发挥作用，极大地促进载流子的分离和迁移，并且很快在表面活性位点处参与反应；原子级层面界面结的形成与研究，为深入研究水分解机理提供了便利。
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  • 《PNAS：中科大新型量子功能材料获重要进展！》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：冯瑞华
    • 发布时间：2018-03-13
    • 中国科大陆亚林教授量子功能材料和先进光子技术研究团队在量子功能材料研究方面取得重要进展。该团队成员翟晓芳副研究员、傅正平副教授等人，与美国劳伦兹伯克利国家实验室Jinghua Guo博士、中国科大赵瑾教授、湖南大学马超教授等合作，在研究新型高温、高对称性铁磁绝缘体过程中，通过把高质量氧化物薄膜制备与同步辐射先进光电学探测、第一性原理计算等相结合， 成功地发现了高于液氮温度（77K）的高对称性铁磁绝缘体，并解释了产生高温铁磁转变现象的新机制。 相关研究成果发表在2018年3月5日出版的美国科学院会刊《Proceedings of the National Academy of Sciences》(PNAS)上。 论文链接： http://www.pnas.org/content/early/2018/02/28/1707817115 通常磁性材料可分为铁磁性和反铁磁性，而在真实的材料中，铁磁材料通常是导电的，反铁磁材料通常是绝缘的。随着量子科技的发展，对量子功能材料的性能逐渐有了更多的需求，例如在量子拓扑器件中需要绝缘的铁磁材料（铁磁绝缘体），同时需要该铁磁绝缘体具有高晶格对称性，以利于与其他材料外延生长成未来量子器件；需要具有尽可能高的铁磁转变温度，以利于更接近于器件的现实工作环境等等。 以往研究中发现的铁磁绝缘体大多是通过两个磁性原子占据位的不同以促使其轨道占据不同，这样的铁磁绝缘体中最著名的就是Y3Fe5O12 (YIG)。但是这一类型的铁磁绝缘体具有复杂的、低对称性的点阵结构，同一种原子可以容易地占据不同晶格格点， 因此高质量铁磁绝缘体的制备非常困难，并且严重影响到其铁磁绝缘体的性能。 更为严重的是，这些复杂结构的铁磁绝缘体在被应用到磁性量子器件或隧穿器件中时，很难和其他高对称性的材料进行外延生长，从而造成未来器件制备与集成的困难。另一方面非常不幸的是，目前已知的、具有高对称性非掺杂铁磁绝缘体的铁磁转变温度都非常低，大部分都位于16K之下，远没有达到最低要求的液氮温度。这样表现出来的低温铁磁绝缘性可能是由于4f轨道太窄，和氧之间超交换作用太弱所导致。通常量子功能材料的罕见性都是受制于基本客观物理规律， 因此要取得突破就必须从深层物理机制着手，设计和研制能够产生新型性能的新量子材料，这对物理机制研究和材料制备都提出了极高的要求。 为了获得能在高温下工作的、具有易外延生长能力的、高对称性结构的铁磁绝缘体，该团队从一开始就进行了充分的材料筛选，认为LaCoO3薄膜是有可能成为一个高对称性铁磁绝缘体的研究对象。但是关于LaCoO3薄膜铁磁性的来源前期却充满了争议，由于对制备要求很高，薄膜中经常会出现大量缺陷，因而前期很多人认为是这些缺陷导致了铁磁性，导致了性能的不稳定及不可控。 在本项工作中，团队成员发挥了高质量单晶薄膜制备的优势，研制了高质量、近似无缺陷的LaCoO3薄膜并深入研究了其铁磁性的来源，发现LaCoO3薄膜确实是一个罕见的高温铁磁绝缘体，其铁磁转变温度可以高达85K，是以往研究过材料的5倍，并高于液氮温度。通过制备不同氧含量、不同应力、不同厚度的LaCoO3薄膜，发现了氧缺陷的浓度增加会引起铁磁性的削弱，并且在氧缺陷导致的Co2+含量达到10%左右时，铁磁性会完全消失；通过第一性原理计算，发现了和实验基本一致的结论，当氧缺陷被引入到拉应力下的LaCoO3薄膜中时，产生的Co2+高自旋态（t2g3eg2）与邻近的Co3+高自旋态或Co2+高自旋态形成局域的反铁磁相互作用，削弱了铁磁性。并且当Co2+的浓度达到12.5%时，反铁磁相互作用取代了铁磁相互作用并成为新的长程序，铁磁性因而完全消失。这些实验和理论工作充分解释并证明了LaCoO3薄膜铁磁绝缘机制， 为未来研制高质量磁性量子器件等应用需求提供了一个亟需的新材料。 文章共同第一作者为合肥微尺度物质科学国家研究中心博士生孟德超和郭宏礼，通讯作者为翟晓芳副研究员和陆亚林教授。该工作得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院和教育部等关键项目的资助。.
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