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《材料前沿最新综述精选》

  • 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：2018-07-20

  • 1. Advanced Materials: 碳纳米管和石墨烯在锂离子和锂硫电池中的调控作用

    随着社会对高能量密度电池需求的不断增长，为便携式电子设备供电，以及推进车辆电气化和电网储能，已经将锂电池技术推向了极其重要的位置。碳纳米管( CNTs )和石墨烯( graphene )具有许多吸引人的特性，为改善锂离子( Li - ion )和锂硫( Li - S )电池的性能，人们进行了深入研究。然而，人们对它们在锂离子电池和锂电池中的实际作用缺乏普遍和客观的了解。人们认识到，CNTs和石墨烯不是合适的活性锂存储材料，而是更像一种调节剂：它们不与锂离子和电子发生电化学反应，而是用于调节特定电活性材料的锂存储行为，并增加锂电池的应用范围。中国科学院金属研究所的李峰研究员和成会明院士（共同通讯）等人就本文首先讨论了锂电池的评价指标，在此基础上，从基本电化学反应到电极结构和整体电池设计，综合考虑了碳纳米管和石墨烯在锂离子电池和Li - S电池中的调控作用。最后，展望了碳纳米管和石墨烯如何进一步促进锂电池的发展。

    文献链接：The Regulating Role of Carbon Nanotubes and Graphene in Lithium–Ion and Lithium–Sulfur Batteries(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201800863)

    2. Advanced Materials: 金属有机骨架衍生材料:能量转换与储存的进展与展望

    探索高效耐用的新材料是可持续能源转换和储存系统领域的主要要求。在过去三十年中，科研人员已经开发了许多技术来提高催化剂体系的效率，控制颗粒的组成、结构、表面积、孔径以及形态。在这方面，金属有机骨架( MOF )衍生的催化剂作为具有可调性质和活性的能量转换和存储的最佳材料而出现。近年来，金属氧化物、硫族化物、磷化物、氮化物、碳化物、合金、碳材料或它们的复合物等若干纳米或微结构被探索用于电化学能量转换，如析氧、析氢、氧还原或电池材料。从实际应用来看，人们对高效储能系统的兴趣也越来越大。尽管对MOF和MOF衍生材料的合成和应用有多种综述，但它们在电化学能量转换和存储中的应用是一个全新的研究领域，并且是近年来发展起来的。韩国汉阳大学的Ungyu Paik（通讯作者）等人在本文中着重介绍了MOF材料的系统设计和对其固有性能的控制，用以提高电化学性能。

    文献链接：Metal Organic Framework Derived Materials: Progress and Prospects for the Energy Conversion and Storage(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201705146)

    3.Advanced Energy Materials: 利用碳酸盐效应和Z - Scheme反应光催化分解太阳能制氢

    开发太阳能转换和储存的创新技术，对解决全球变暖问题和建立可持续社会具有重要意义。利用半导体粉末的光催化分解水反应作为一种有前途的直接而且简单的太阳能转换技术，已经得到了广泛的研究。然而，化学计量比( H2/O2 = 2 )的H2和O2气体的逸出由于各种问题而非常困难，例如不利的反向反应和不匹配的带势。两个重要的发现拓宽了可用的光催化剂的种类，即:碳酸盐阴离子效应和使用氧化还原介质的Z - scheme光催化反应。研究人员已经发现碳酸氢根阴离子通过优先的过氧化物形成和随后分解成O2而充当氧化还原催化剂。由于使用氧化还原介质的Z - scheme反应减轻了带势失配，因此它广泛适用于各种可见光光催化剂。日本产业技术综合研究所的Kazuhiro Sayama （通讯作者）等人在本文中主要综述了利用碳酸根阴离子效应和Z - scheme反应制备太阳能氢的光催化分解水的研究进展。此外，还综述了光催化-电解混合体系(一种先进的Z - scheme反应概念)在实际和经济制氢方面的最新进展。

    文献链接：Photocatalytic Water Splitting for Solar Hydrogen Production Using the Carbonate Effect and the Z-Scheme Reaction(Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201801294)

    4. Advanced Functional Materials: 用于柔性和神经形态计算的新型电子器件

    从可穿戴的衣服到内脏，可以连接到各种表面的新兴种类的柔性电子系统推动了通信 (例如，物联网、增强现实)和临床研究的显著进步，改变了今天的个人计算模式。“塑料上的系统”领域正处于向超认知社会创新突破的边缘，它与当前备受关注的神经形态应用相融合，可以提供个性化反馈治疗和自主驾驶等智能服务。韩国先进科学研究所的Keon Jae Lee（通讯作者）等人从器件结构、材料、制造工艺和潜在的研究领域着笔，综述了柔性和神经形态技术领域的代表性进展和前言。

    文献链接：Novel Electronics for Flexible and Neuromorphic Computing(Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/adfm.201801690)

    5. Advanced Energy Materials: 可充电钠离子电池先进电极材料的探索

    随着锂离子电池(LIB)市场的快速增长，人们对有限的锂资源产生了担忧，可充电钠离子电池(SIBs)由于钠的大量存在而在电能存储领域受到越来越多的关注。与成熟的商业LIBs相比，SIB系统的所有组件，如电极、电解质、粘合剂和隔膜，在达到实际工业应用水平之前需要进一步探索。借鉴LIB研究成果，SIB电极材料正得到广泛研究，近年来取得了巨大进展。南京大学的郭少华和周豪慎（共同通讯）等人综述了SIBs电极材料的研究进展。提出并系统地研究了各种用于SIBs的新型电极材料，包括具有层状或隧道结构的过渡金属氧化物、聚阴离子化合物和有机分子。展示了几种具有中等能量密度和超长循环性能的有希望的材料。开发适当的掺杂和/或表面处理方法可以有效地促进电化学性能。文章还概述了在实际应用中开发令人满意的SIB电极材料的挑战和机遇。

    文献链接：Exploration of Advanced Electrode Materials for Rechargeable Sodium-Ion Batteries (Adv. Energy Mater., 2018, DOI: 10.1002/aenm.201800212)

    6. Chemical Society Reviews: 二维层状过渡金属二硫族化物中缺陷和掺杂物的原子结构

    层状过渡金属二硫族化物(TMDs)提供了单层2D系统，其具有超出石墨烯单层所能实现的不同性质。TMDs的性质受到原子结构的严重影响，特别是结晶度的不完善，表现为空位缺陷、晶界、裂纹、杂质掺杂剂、波纹和边缘终端。牛津大学的Jamie H. Warner（通讯作者）等人通过本文总结了一些最深入研究的2D TMDs的详细结构形式，例如MoS2, WSe2, MoTe2, WTe2, NbSe2, PtSe2，还将涵盖MXenes。同时该综述将利用最新的球差校正透射电子显微镜(包括环形暗场扫描透射电子显微镜(ADF - STEM)和电子能量损失光谱(EELS) ）所获得的结果，展示如何实现元素辨别，以深入理解结构。综述还将涉及单原子取代掺杂剂如Cr、V和Mn的影响，以及用于理解局部键合构型的电子能量损失谱。预计这一综述将提供2D TMDs的原子水平理解，与化学气相沉积合成、有意掺杂、撕裂、位错、应变、多晶化和限制纳米带所产生的缺陷有关。

    文献链接：Atomic structure of defects and dopants in 2D layered transition metal dichalcogenides(Chem. Soc. Rev., 2018, DOI: 10.1039/C8CS00236C)

    7. Accounts of Chemical Research: 电化学沉积:模板合成纳米多孔金属结构的先进方法

    昆士兰大学的Jeonghun Kim和Yusuke Yamauchi（共同通讯）等人近日综述了通过使用硬模板(即多孔二氧化硅、聚合物和二氧化硅胶体的3D模板)和软模板(即溶致液晶、聚合物胶束)的电化学沉积方法设计的纳米多孔金属领域取得的显著进展。此外，作者指出它是如何精确控制晶体生长的，并描述这些新材料的独特物理和化学性质。到目前为止，作者团队已经报道了通过电化学沉积在各种条件下合成多种纳米多孔金属和合金的成果(例如Cu、Ru、Rh、Pd、Pt、Au及其相应的合金)，同时研究了它们的各种潜在应用。通过选择合适的表面活性剂或嵌段共聚物，可以容易地控制通道结构、组成和纳米孔的取向。最终产物的固有性质，例如骨架结晶度、催化活性和抗氧化性，取决于组成和孔结构，这又需要合适的电化学条件。这一叙述分为三个主要部分: ( I )使用硬模板和软模板的电化学沉积的历史，( ii )纳米多孔材料制备所涉及的重要机制的描述，以及( iii )结论和未来展望。作者相信，这一综述将促进对使用电化学沉积方法合成纳米多孔金属的更深入理解，从而使控制纳米多孔结构和优化其性能的新路径朝着有希望的应用方向发展，例如催化、能量存储、传感器等。

    文献链接：Electrochemical Deposition: An Advanced Approach for Templated Synthesis of Nanoporous Metal Architectures(Acc. Chem. Res., 2018, DOI: 10.1021/acs.accounts.8b00119)

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    • 1、Acta Mater.综述：透射电子显微镜对AA7050铝合金分离成核和原位成核的研究 AA7050 Al-Zn-Mg-Cu合金因其重量轻，强度高而广泛应用于航空航天工业。其机械性能主要取决于纳米尺度的析出物，之前已经探索了相应的沉淀硬化模型。 过饱和固溶体→GP区→η'析出物→η析出物的沉淀序列是众所周知的。然而，GP区→η'和η'→η沉淀物的精确转变机制尚未阐明。近日，台湾大学Jer-Ren Yang和Yo-LunYang（共同通讯作者）等人通过利用高分辨透射电子显微镜（HRTEM）和纳米尺度能量色散X射线（EDX）研究了Al-Zn-Mg-Cu合金AA区域中的GP区→η'→η析出序列的转变机制，连续的原位HRTEM帧显示在相邻的GPII区溶解时，η'沉淀物的分离成核发生在别处。系统地阐述了成核机理及原位转变。 文献链接：Transmission electron microscopy investigation of separated nucleation and in-situ nucleation in AA7050 aluminium alloy（Acta Mater.,2018,DOI：10.1016/j.actamat.2018.02.045） 2、Adv. Mater. 综述：定向凝固过程中经孕育处理的铝合金等轴晶粒的非均匀成核 通过孕育处理的晶粒细化是降低热撕裂敏感性并改善铝铸件结构均匀性和力学性能的重要技术。近几十年来，接种的细化机理以及不同因素对晶粒细化性能的影响得到了广泛的研究。近日，挪威科技大学Yan jun Li（通讯作者）等人通过原位X射线照相固化研究，实现了对定向凝固过程中非均匀成核和晶粒长大的分离温度梯度效应和冷却速率效应的定量研究。提出一种物理模型来定量说明温度梯度对生长晶粒周围熔体中晶粒异质形核的影响。此外，还预测本实验模型对于其他晶粒生长及环境应用。 致歉：很抱歉，未能找到通讯作者 Yan jun Li 的确切中文名字，小编表示诚挚的歉意！ 文献链接：Revealing the heterogeneous nucleation behavior of equiaxed grains of inoculated Al alloys during directional solidification（Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.058） 3、Adv. Mater.综述：镁溶质运输扩散理论 镁及其合金具有比铁基或铝基合金更低的密度，能够成为汽车和航空航天工业中轻量化的重要候选材料，从而提高燃料效率。溶质的添加是采用集成计算材料工程ICME方法开发先进镁合金的主要策略。在镁合金中观察到拉伸载荷时的锯齿状流动，是由于通过溶质扩散形成的位错周围存在溶质云。因此，镁的溶质扩散运输对于设计新的镁合金以及了解制造和加工过程中的材料行为至关重要。近日，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校 Dallas R.Trinkle（通讯作者）等人通过开发一种格林函数从初始计算模型空缺介导运输的61个溶质在六角密排堆积镁，确定了Mg晶格中所有对称唯一的空位跳跃，并使用格林函数法精确计算了稀溶质浓度极限下的Onsager系数，同时使用DFT计算的热力学数据。通过预测和对比实验测量结果，分析镁溶质的扩散运输等机理。 文献链接：Ab initio magnesium-solute transport database using exact diffusion theory（Adv.Mater.，2018，DOI: 10.1016/j.actamat.2018.03.025） 4、Adv. Mater.综述：Fe-Si-C合金中铁素体转变过程中的碳富集 由于工业和理论上的重要性，钢中的奥氏体（γ）向铁素体（α）转变一直是研究最广泛的转变之一。在合金钢中，置换元素（例如硅（Si），锰（Mn），表示为X）和间隙元素（如碳（C））的扩散率通常相差几个数量级。在Ae3温度下相对较大的过冷度下，发生非分区α生长，非分区α生长所需的时间通常与工业上使用的热处理时间尺度相当，因此非分区α变化对工业特别重要。近日，清华大学H.-D. Wu（通讯作者）发表最新研究，研究了Fe-0.4％C-(1.5,3)％Si合金在800?700℃等温铁素体相变过程中的微观组织演变，转变动力学，特别是C富集。提出两种模型，可忽略的分配局部平衡（NPLE）模型和平衡（PE）模型来描述非分区α生长过程中的α/γ界面条件。 致歉：很抱歉，未能找到通讯作者 H.-D. Wu 的确切中文名字，小编表示诚挚的歉意！ 文献链接：Carbon enrichment during ferrite transformation in Fe-Si-C alloys（Adv. Mater. 2018, DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.040） 5、Acta Mater.综述：用新型晶体塑性有限元模型分析镁合金中的离散孪晶演化 镁（Mg）合金具有较差的可成形性和延性，与异向机械性能（例如各向异性和低温拉伸-压缩不对称性）相关。复杂的塑性行为是由剧烈的微观本质引起的，这也是造成多晶微观结构发生明显变形孪生的原因。近日，来自约翰霍普金斯大学的Somnath Ghosh教授（通讯作者）等人通过基于图像的晶体塑性有限元模型，并通过显式孪生演化，研究了AZ31镁合金多晶组织的变形和孪生机制。同时基于图像的模拟针对统计，等效的代表性体积元素进行，揭示了模型捕获的各种变形机制。此外，文章也探索了使用三晶和多晶模型探究局部现象和变形机制。 文献链接：Discrete twin evolution in Mg alloys using a novel crystal plasticity finite element model（Acta Mater.，2018，DOI: 10.1016/j.actamat.2018.02.032） 6、Adv.Mater.综述：多相体心立方高熵合金的尺寸依赖塑性和损伤响应 高熵合金（HEAs）已经成为一类新的多组分金属合金，为探索大量成分空间提供了机会，以实现具有多种独特和不寻常特性的组成复杂的材料。近日，格罗宁根大学Indranil Basu（通讯作者）等人使用相关的纳米力学测试，高分辨率显微镜和相分析，研究尺寸依赖性塑性响应。使用包括面心立方（FCC）和体心立方（BCC）结构相的热锻多相Al0.7CoCrFeNi HEA。观察到的塑性行为与由旋节调制微结构和有序硬化效应组合产生的位错硬化机制相关。揭示了从BCC到FCC的结构转变。根据固有组成梯度和相关的缺陷-界面间相互作用来讨论应力引起的微结构演变。 文献链接：Size dependent plasticity and damage response in multiphase body centered cubic high entropy alloys（Adv.Mater.,2018,DOI: 10.1016/j.actamat.2018.03.015） 7、Nat. Commun.综述：纳米晶合金氧化和分解过程的原位原子尺度观察 纳米结构和合金化是获得增强块状金属性能的主要措施。氧气污染是金属粉末暴露在空气中严重塑性变形时不可避免地发生的问题。这种污染会改变固结材料的形态和性能，其主要原因是缺乏关于纳米晶合金中氧的行为的详细研究。近日，韩国材料科学研究所Jungho Ryu（共同通讯作者）等人通过使用像差校正高分辨率透射电子显微镜和相关技术来研究高应变Cu-Fe合金原位加热过程中的氧气行为。为单相Cu-Fe复合材料中氧化物形成提供了直接观察结果，并为设计由氧化物分散体强化的纳米晶材料提供了有效途径。 文献链接：In situ atomic-scale observation of oxidation and decomposition processes in nanocrystalline alloys（Nat. Commun.，2018，DOI: 10.1038/s41467-018-03288-8） 8、Phys. Rev. Lett.综述：bcc Fe中单位位错-缺陷相互作用驱动的应变率敏感性异常 先进反应堆的设计寿命长，同时在极端温度和辐射条件下运行。中子照射铁素体合金通常包括超饱和缺陷，如自身间隙原子和空位簇。这些缺陷簇与位错之间的相互作用对于理解和预测材料的机械降解如膨胀、蠕变和脆化是至关重要的。近日，美国密歇根大学Yue Fan（通讯作者）等人通过采用基于能量基础的原子建模算法实现验证了bcc Fe中边缘位错与无序空位簇之间的相互作用，该位错在108至103 s-1的广泛应变率范围内进行了研究。研究集中在一个bcc Fe系统中CRSS的非单调变化，但其基本原理-即热激活和机械负载之间的复杂相互作用-是适用于许多不同的材料。位错的显微组织演变在不同时间尺度上可能有不同的定性差异。各种机制之间的转换被认为是应变率和热激活的潜在转换。 文献链接：Abnormal Strain Rate Sensitivity Driven by a Unit Dislocation-Obstacle Interaction in bcc Fe（Phys. Rev. Lett.,2018,DOI: 10.1103/PhysRevLett.120.125504） 9、Nano Lett.综述： 自修复液状氧化铝在室温下变形 氧化铝和二氧化硅是用于钝化的特殊氧化物，因为它们在空气中以几纳米厚度的玻璃态存在，及有助于阻止氧化的发生。这些表面玻璃在氧化环境中的机械行为及其初始形成对于理解不仅应力腐蚀开裂，而且有助于薄膜生长和纳米玻璃动力学的研究。近来，中佛罗里达大学Akihiro Kushima等人（通讯作者）等人在O2气体环境下，通过使用原位透射电子显微镜（TEM）对纯铝纳米纤维拉伸进行研究。研究发现，氧化铝像液体一样变形，并且可以匹配Al的变形，在适度的应变率下没有任何裂缝/裂纹，并以原子分辨率观察氧化铝的自愈过程。在铝上发现氧化铝薄膜的无缝生长有益于探索更好地控制气相沉积薄膜和纳米玻璃中的界面。同时，原位技术将ETEM与纳米级培养基固定器结合起来，被证明是研究SCC和金属初始氧化的有力工具，可以在原子分辨率下观察化学和/或机械诱导的相变。 文献链接：Liquid-Like, Self-Healing Aluminum Oxide during Deformation at Room Temperature（Nano Lett.,2018,DOI: 10.1021/acs.nanolett.8b00068） 10、Nano Lett.综述：等离子体辅助的金属纳米线上单个量子发射体的选择性和超分辨激发研究 由多个量子发射体与等离子体波耦合组成的混合系统对于未来的集成量子纳米光电路领域是最有前景的构建模块。在衍射极限区域中超级分解和选择性激发连续量子发射体的技术，对于研究等离子体介导的量子发射以及操纵等离子体激元电路中的单等离激元产生和传播具有重要意义。近日，中国科学院物理所魏红教授（通讯作者）等人通过调整纳米线上表面等离子体激元的干涉场，可控地激发与银纳米线结合的多个量子点。同时还通过一种新的超分辨率成像方法，将纳米线上的可调谐表面等离子体干涉图案与结构化照明显微镜技术相结合。为多量子发射体和等离子体波导的耦合系统提供了一种新颖的高分辨率光激发和成像方法，有利于与等离子体纳米波导和纳米电路结合的多量子发射体的研究。此外，作者还总结了这类实验条件下的应用前景和挑战。 文献链接：Plasmon-Assisted Selective and Super-Resolving Excitation of Individual Quantum Emitters on a Metal Nanowire（Nano Lett.，2018，DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b05448）
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    • 编译者：冯瑞华
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    • 1、Progress in Polymer Science综述：用于水处理的电纺聚合物纳米纤维膜的进展：制造，改性和应用 图1 静电纺丝中纳米纤维形成示意图 膜技术的研究已成倍增长，以用于处理废水，回收污染的水，并提供更多的淡水。电纺纳米纤维膜（ENMs）由于其独特的性质，例如高达90％的高孔隙率和大的比表面积而显示出极大的应用于膜过程的潜力。与其他纳米纤维制备技术相比，静电纺丝技术能够通过设计特殊的组件来开发纳米纤维支架的独特结构，并且通过结合多功能材料，可以很容易地将纳米纤维功能化。近日，南洋理工大学的Wang Rong教授（通讯作者）等人总结了电纺聚合物膜的制造和改性方面的最新进展，特别强调了它们在水处理应用中的进步、挑战和未来的改进方向。文章首先简要介绍了静电纺丝的复杂过程，阐述了聚合物溶液的固有性质、操作参数和周围环境条件对纳米纤维和纳米纤维膜形成的影响，总结了静电纺丝设备的各种设计。随后回顾了制备多功能复合ENM的方法，包括纳米纤维的改性，将目标分子加载到纳米纤维表面，以及在ENM表面实施选择性层。随后作者提供了关于过去在水处理中使用复合ENM的成就和当前挑战的综合讨论。 文章链接：Progress in electrospun polymeric nanofibrous membranes for water treatment: fabrication, modification and applications (Prog. Polym. Sci.,2017, DOI:doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2017.10.003) 2、Progress in Polymer Science综述：一维聚合物纳米结构在阳极氧化铝模板的纳米孔中的分子自组装 图2 PMMA被限制在半径为R的二维圆柱体中的示意图 一维（1D）聚合物纳米结构由于其独特的性质以及在诸如传感器，晶体管，分离，存储和光伏电池等领域中的许多潜在应用而受到关注。近日，九州大学的Atsushi Takahara 教授（通讯作者）等人对由阳极氧化铝（AAO）模板制备的一维聚合物纳米结构的研究活动进行了回顾。 详细介绍了利用AAO模板制备聚合物纳米结构的方法，包括聚合物熔体渗透法、聚合物溶液渗透法和化学合成法。 根据聚合物的分子结构，研究并展示了七种聚合物，无定形均聚物、无定形 - 无定形嵌段共聚物、无定形/无定形聚合物共混物、半结晶均聚物、半结晶/无定形聚合物共混物、半结晶 - 无定形嵌段共聚物和纳米孔中的半结晶 - 半结晶嵌段共聚物。 文章链接：Molecular self-assembly of one-dimensional polymer nanostructures in nanopores of anodic alumina oxide templates (Prog. Polym. Sci.,2017, DOI: doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2017.10.004) 3、Nature Reviews Materials 综述：广泛可调谐的半导体合金纳米材料带隙工程 图3 典型半导体及其合金的带隙和晶格常数 在过去十年中，通过把不同的单个半导体合金化，开发具有各种带隙的纳米级半导体材料的研究已经取得了巨大的进步。这些材料包括传统的II-VI和III-V半导体及其合金，无机和混合钙钛矿，以及新兴的2D材料。近日，加州大学伯克利分校的杨培东、窦乐添和清华大学的宁存政教授（共同通讯作者）等人介绍了这些材料的一个重要的共同特征，它们的纳米级尺寸导致了在不同组成的整体结构内或衬底与靶材料之间的晶格失配的大容限度，这能够进而实现任意合金组成的控制。因此，这些合金的带隙可以被广泛调节，而不会在散装材料中存在不可避免的有害缺陷。这些缺陷对晶格失配具有有限的容限。这类纳米材料可能对光子应用产生深远的影响，包括可调激光器、固态照明、人造光合作用和新太阳能电池。 文章链接：Bandgap engineering in semiconductor alloy nanomaterials with widely tunable compositions (Nat.Rev.Mater.,2017, DOI: 10.1038/natrevmats.2017.70) 4、Chemical Society Reviews 综述：二维硼材料的结构，性质和应用 图4 各种硼结构的概念几何前体 硼在元素周期表中的金属和非金属之间，是化学性质最通用的元素之一，可以形成至少十六个由连接的硼多面体构成的大块多晶型物。在低维度，硼化学更加耐人寻味，因为具有几个到几十个原子的硼簇，有利于形成平面或笼状结构，在构象和电子结构方面与碳相似。由于硼和碳之间的相似性，人们提出了是否存在稳定的二维（2D）硼的问题，从中可以构建其他硼纳米结构。近日，莱斯大学的 Boris I. Yakobson教授（通讯作者）等人回顾了目前在实现硼原子层的理论和实验方面的进展。首先描述为了理解硼团簇的尺寸依赖结构而进行了十年的努力，然后介绍了理论上如何在将硼团簇外推到二维形式，从独立状态到基底上以及探索在实际路线方面发挥作用。虽然二维硼已被揭示具有不寻常的机械、电子和化学特性，但在实际应用中因为缺乏从底物转移的路线以及质量样品的受控合成，因此实现其潜力仍然受到很大的阻碍。 文章链接：Two-dimensional boron: structures, properties and applications (Chem.Soc.Rev.,2017, DOI: 10.1039/C7CS00261K) 5、Chemical Society Reviews 综述：将生物质衍生的纳米结构碳及其复合材料作为锂离子电池的负极材料 图5 LIB中的生物质来源的碳及其复合物作为阳极示意图 日益增长的能源需求刺激了锂离子电池（LIB）的研究活动。作为地球上丰富的可再生能源的生物质能，在开发可持续生物质衍生碳及其高性能复合材料方面发挥了积极作用。与其他材料（例如硅，锡，金属氧化物等）不同，生物质衍生的碳及其复合材料，由于其成本低、绿色环保合成等优点，越来越多地应用于LIB，并且具有易于获得、可持续发展，以及可以提高电池性能，包括容量、循环性能和稳定性/耐用性的优点。近日，辽宁石油化工大学的龙文宇、Yan-Jie Wang和英属哥伦比亚大学David Wilkinson 教授（共同通讯作者）等人重点关注了生物质来源的碳及其复合材料在LIB阳极中的作用，并将其作为了构建可再生材料与电化学储能装置之间密切联系的战略指南。此外，该综述提供了生物质来源的碳及其复合材料LIB阳极的重要分析和比较，以及对该领域其他挑战和未来的方向的重要见解。 文章链接：Biomass-derived nanostructured carbons and their composites as anode materials for lithium ion batteries(Chem.Soc.Rev.,2017, DOI: 10.1039/C6CS00639F) 6、Chemical Society Reviews 综述：无机纳米粒子作为磁共振成像造影剂的工程 图6 影响MRI的因素：CAs的纳米级的尺寸、表面和形状效应 磁共振成像（MRI）由于其精细的软组织对比度、高空间分辨率、较少的电离辐射和广泛的临床适用性，因此是一种非常有价值的非侵入性成像工具。对比剂（CA）可用于进一步提高MRI的敏感性以获得信息丰富的图像。最近，广泛的研究工作集中在设计和合成高性能无机纳米粒子CAs，以提高MRI的质量和特异性上。近日，中国科学院上海硅酸盐研究所的施剑林、Dalong Ni，华东师范大学的步文博，威斯康星大学的蔡伟波教授（共同通讯作者）等人详细阐述了CAs对MRI的基本规律，包括金属离子的选择、电子运动对水分弛豫的影响及其作用机制。具体讨论了各种设计原理，包括尺寸控制、表面改性（例如有机配体，二氧化硅壳和无机纳米层）和形状调节以影响水分子的松弛。对这些因素如何工作的全面了解，可以指导未来无机纳米粒子的高弛豫性工程。最后，文章总结了当前可获得的高性能CA的方法及其机制，并讨论了纳米微粒CA在MRI中临床转化的挑战和未来发展。 文章链接：Engineering of inorganic nanoparticles as magnetic resonance imaging contrast agents (Chem.Soc.Rev.,2017, DOI: 10.1039/C7CS00316A) 7、Chemical Reviews 综述：电化学阳离子反应中间体 图7 反应中间体电化学池法示意图 电化学是作为产生活性中间体如有机阳离子的有力方法。 一般来说，有两种方法使用反应中间体来进行化学反应：（1）在反应伴侣存在下产生;（2）在没有反应伴侣的情况下产生，在溶液中积累为“池”，随后在反应中添加反应组分。 因为活性中间体通常是短暂的瞬态物种，因此前一种方法更受欢迎；但后一种方法更灵活且多样化。近日，京都大学的Jun-ichi Yoshida 教授（通讯作者）等人重点介绍了后一种方法，并提供了使用现代电化学技术及其随后添加的亲核反应组分的反应，将阳离子活性中间体作为“池”产生和积累的方法进行了简要概述。 文章链接：Electrogenerated Cationic Reactive Intermediates: The Pool Method and Further Advances (Chem. Rev.,2017, DOI:10.1021/acs.chemrev.7b00475) 8、Accounts of Chemical Research综述：应用X射线衍射和电子晶体学解决复杂结构问题 图8 复杂结构的表征手段 自然界中所有的结晶材料，无论是无机的、有机的，还是生物的、宏观的或微观的，都有自己的化学和物理性质，这些物质强烈依赖于它们的原子结构。因此，结构测定在化学、物理、材料科学等方面是非常重要的。其中，最广泛使用的是运用X射线晶体学（单晶X射线衍射（SCXRD）和粉末X射线衍射（PXRD））来测定结晶材料的结构。虽然SCXRD和PXRD在许多情况下都是成功的，但是许多原因限制了其应用。另一种最有价值的技术结构测定是电子晶体学（EC）。特别是对于太小的晶体，不能通过SCXRD进行研究，或对于PXRD太复杂，以电子为探针，单独的EC也可以用于结构测定。由于电子与物质的相互作用强于X射线，因此可以从纳米晶体中获得电子衍射（ED）图案和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）图像。然而，收集一整套ED图案或记录良好的HRTEM图像需要相当多的电子显微镜和晶体学操作的专业知识。电子和材料之间的强烈相互作用也可能导致动力学效应和光束损伤。这些困难使得ED模式和HRTEM图像的结构确定不直接。近来，人们已经开发了两种三维（3D）电子衍射技术，自动电子衍射断层扫描（ADT）和旋转电子衍射（RED），其以自动方式执行数据采集。虽然新开发的3D电子衍射技术（ADT，RED）的动力学效应显著降低，但是对于某些结构，由于光束损伤而获得的初始模型仍然存在问题。上述X射线衍射和EC方法都是强大的技术，但有其自身的局限性。在许多复杂的情况下，单独的一种技术还不足以解决晶体结构，提供补充结构信息的不同技术必须相互支持才能进行完整的结构测定。 近日，北京大学的孙俊良教授（通讯作者）等人对X射线衍射（PXRD和SCXRD）和EC（HRTEM和ED）在结构测定中的优缺点进行了总结，包括对X射线衍射和EC解决复杂结构应用的问题，如峰值重叠、杂质、伪对称和结对、无序框架、定位客体、非周期结构等。此外，文章对结构测定的一些最新进展也做了简要介绍。 文章链接：Application of X-ray Diffraction and Electron Crystallography for Solving Complex Structure Problems (Acc. Chem. Res. ,2017, DOI:10.1021/acs.accounts.7b00366)
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