1. 北大深研院在有机方法学领域取得新进展
通过参与高效的环加成反应，富电子双烯能够极大促进结构复杂的活性天然产物的合成研究；其中，能够同时被氮和氧取代的丁二烯衍生物，是目前可以分离的最活泼的双烯化合物。但是，这类高活性物种的非环加成反应却鲜有报道。
北京大学深圳研究生院化学生物学与生物技术学院黄湧课题组发展了一个1,2,3,4-四取代丁二烯的合成方法。该反应条件温和，不需要任何催化剂或添加剂，具有高度的原子经济性。他们进一步发现，这类分子不同于其他双烯，相邻的双键不是平面共轭结构，而是以近90度的二面角扭曲。因此，该双烯并不参与常规的环加成反应。研究人员进一步发现，这类炔二烯胺结构在不同的亲电试剂作用下，可以发生一系列新颖的环化、重排反应，生成多种环系（4到7元环）骨架，为双烯在非环加成中的合成应用提供了新的思路和策略。研究结果发表于《自然·通讯》杂志上（Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms7913）。
（来源：北京大学）
2. 微调的分子取向是更高效电池的关键
有机太阳能电池具有很多潜在的优势。他们是由廉价且柔韧的有机物制成，并且可以沉积在玻璃或塑料基体上，允许大规模结构的建造。与硅基电池相比，他们的生产成本更低，更加的绿色环保。但不幸的是，因为有机物的结构特点他们的电池效率还比较低，并且衰减速度更快。
在一项发表于《自然·光子学》杂志上的研究中（Nature Photonics, 2015, DOI: 10.1038/nphoton.2015.84），日本理化研究所（RIKEN）的Itaru Osaka和Kazuo Takimiya通力合作，致力于创造一种叫做体异质结太阳能电池的有机电池，在这种电池中电子的给体和受体层被混合在一起，并获得了10%的能量转化效率，非常接近于可进行商业应用的界限。
Osaka说道，“目前私人企业通过专利技术的使用，已经可以生产出效率接近的电池，因此我们不可能得知物质为何按其方式运作。我们利用一种叫做PNTz4T的基底进行实验，获得了大约8%的初始能量转化效率。并且该基底材料是我们先前制备的，电池活性层的厚度大约为300 nm。奇怪的是，我们发现当使用反向的结构，既使光从透明负极（在我们的结构中为氧化锌）入射时，电池具有更高的效率，这对我们构建的电池类型来说是不正常的。我们认为这是由于混合层中分子的定向排列”。
研究者利用SPring-8同步回旋加速装置对复合物材料进行分析，发现的确在反向的模型中，活性层中分子的取向通常都是正向的，这种取向非常适合电子空穴在材料中的传输。
（来源：新材料在线）
3. 锂离子电池爆炸首次被实时“追踪” 有助评估和改进商用电池安全性能
锂离子电池过热并爆炸的时候会发生什么？据物理学家组织网29日报道，英国伦敦大学学院领导的科研小组首次用复杂的三维图像将电池爆炸时其内外发生的情况追踪下来。
理解锂离子电池为何会爆炸以及其潜在危险连锁反应，对增强其安全使用和完善运输过程的设计非常重要。每年，数以亿计的可充电电池都会被生产并运输到指定位置，它们是为代表现代生活的手机、电脑、汽车和飞机提供电力不可或缺的一部分。尽管电池爆炸很少见，但是今年早些时候，三家航空公司宣称他们将不再允许货仓中携带锂离子电池，因为美国联邦航空管理局测试发现，电池可能导致过热甚至引发重大火灾。
伦敦大学学院、欧洲同步辐射实验室、伦敦帝国理工大学和英国国家物理实验室对此共同研究的成果，发表在4月29日出版的《自然·通讯》杂志上（Nat. Commun., DOI: 10.1038/ncomms7924），第一次实时演示了锂离子电池内部结构损坏变化过程。
论文第一作者、伦敦大学学院化学工程博士生多纳尔·法恩（Donal P. Finegan）说：“我们将两种不同类型的锂离子电池暴露于异常高的温度中，结合高能加速器X射线和热成像技术，对电池内部结构和外部温度变化进行成像。借助光子高通量快速成像探测仪，其捕捉三维图像的速度可达几分之一秒，我们拍摄了电池过热并点燃的‘热失控’瞬间。”
研究小组考察了在将两块商用锂离子电池暴露于超过250摄氏度的环境中时，气孔形成、通风和增加的温度对其内部层结构的影响。结果显示，电池内部支持结构在“热失控”之前一直保持完好，但就在“热失控”爆发的瞬间，内部的铜材料融化导致温度升高至1000摄氏度。热量从内部传递到外部直接导致了“热失控”。
相反，没有内部支持结构的电池在爆炸瞬间导致整个电池外壳与内部分离，在“热失控”之前，紧密连接的电池核心也崩溃了，增加了内部短路和损毁附近物体的风险。
此前，科研人员使用的X射线计算机断层扫描（CT）只能用静态图像分析电池失效机理，在正常工作条件下监测电池变化。
论文另一作者保尔·希尔润说：“尽管我们只研究了两块商用电池，但结果显示这种实时追踪电池损毁三维图像的方法多么有用。希望通过使用我们的方法，电池安全性能的设计能力可以被评估和改进。”
研究人员计划研究更多电池样本，并探寻导致电池大面积失效的微观层面原因。（记者房琳琳）
（来源：科技日报，2015-4-30，第1版）
4. 哥大打造出可产生0.1微安电流的单分子二极管
美国哥伦比亚大学应用物理学副教授拉莎·文卡塔拉曼（Latha Venkataraman）指导的研究团队开发了一种新技术，成功创建出首个单分子二极管，其性能比之前所有设计的要高50倍，有望在纳米器件领域获得实际应用。论文发表在5月25日的《自然·纳米技术》杂志上（Nat. Nanotechnol., 2015, DOI: 10.1038/nnano.2015.97）。
单分子器件是电子设备微型化的极致。亚利耶·艾佛莱姆和马克·瑞特在1974年提出，单个分子可以作为整流器，一个单向的电流导体。此后，科学家相继演示了单分子连接到金属电极上（单分子结）可用作多种元件，包括电阻器、开关、晶体管，以及二极管。
由二极管充当电阀，其结构需要不对称，以使两个方向的电流处于不同环境。据物理学家组织网报道，为了开发单分子二极管，研究人员简单地设计了具有非对称结构的分子。
“虽然这种不对称分子的确显示出一些类二极管特性，但它们并不有效。”论文第一作者、博士生布莱恩·卡珀兹（Brian Capozzi）解释说，“设计良好的二极管应只允许电流沿一个方向流动——接通方向，并且电流强度要大。非对称分子设计往往会出现接通（开）和断开（关）两个方向上都有微弱电流流过的现象，并且开电流和关电流的比率（整流比）通常都很低。而理想情况是，整流比应该非常高。”
为了克服非对称分子设计的相关问题，文卡塔拉曼的团队将重点放在为分子结构创造一个不对称的环境上。他们的方法相当简单——用离子溶液包围活性分子，并用不同大小的金属电极接触分子。
结果，他们获得的单分子二极管的整流比达到了250，比以前的设计高出50倍。文卡塔拉曼指出，二极管中的开电流可超过0.1微安，对于单分子而言，这个电流已经很大了。此外，新技术很容易实施，可以应用于所有类型的纳米器件，包括那些用石墨烯电极制造的器件。
“能够采用化学和物理学概念设计一个分子电路，并让它具备一定的功能性，这是很令人惊异的。”文卡塔拉曼说，“由于尺度如此之小，量子力学效应绝对是这一器件的一个重要方面。因此，能够创建一个看不见却表现得与预期一致的东西，这是一个真正的成功。”
研究团队目前正在努力理解这项成果背后的物理基础，并试图使用新的分子系统，进一步提高整流比。（记者陈丹）
（来源：科技日报，2015-5-27，第1版）
5. 固态微纳结构量子调控取得突破：中国科大发现基于单原子层的新型单光子源
中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳等与华盛顿大学许晓栋、香港大学姚望合作，在国际上首次在类石墨烯单原子层半导体材料中发现非经典单光子发射器，连接了量子光学和二维材料这两个重要领域，打开了一条通往新型光量子器件的道路。该工作于5月5日在线发表在《自然·纳米技术》期刊上（Nat. Nanotechnol., DOI: 10.1038/nnano.2015.75）。同期的“新闻视角”栏目配发了题为“Metal dichalcogenides: Two dimensions and one photon”的评论文章。
2004年曼彻斯特大学安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功制备石墨烯（即单原子层碳），获得2010年诺贝尔物理奖。然而石墨烯不具备可直接发光的电子结构，限制了其在光电器件方面的应用。最近一类新型的类石墨烯材料单原子层二硒化钨由于其独特的光电性质受到广泛的关注。然而此前国际上所有关于单原子层二维材料的研究都集中于经典光学领域，还未在实验上观察到量子光学现象。
潘建伟、陆朝阳等领导的团队在国际上首次实验发现，二硒化钨二维单原子层中的原子缺陷能够成为发射单光子的器件，具有很好的单色性和偏振性质，并且可以通过外加磁场大幅调控发光波长。与其他的单光子系统相比，这种基于单原子层的单光子器件不仅利于光子的读取和控制，并且可方便地制备和实现与其他光电器件平台结合，例如微纳结构谐振腔，实现高效光量子信息处理线路。理论表明，通过电场控制，还可能实现对单电子多自由度的量子调控，在未来可应用于可容错量子计算研究。陆朝阳教授介绍说，由于基于单原子层的量子调控的潜在前景和新颖物理意义，该领域很快成为国际激烈竞争的焦点。
相关阅读：中国科学技术大学报道
（来源：科技日报，2015-5-14，第1版）
6. 超短超强激光脉冲信噪比单次测量获进展
上海交通大学物理与天文系钱列加团队日前在超短超强激光脉冲信噪比单次测量以及时空噪声研究方面取得了重要进展。研究解决了超高动态范围激光脉冲单次测量的关键技术难题，建立了时空域非线性互相关的全新测量能力，发现了一类新的具有时空耦合特征的强激光噪声的物理本质，为进一步提高超短超强激光脉冲信噪比提供了重要解决思路。相关成果发表于近期出版的《自然·通讯》杂志（Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms7192）。
经过长期的研究，该团队发明了光纤列阵探测系统、互相关新构型、高保真度测量等三项专利技术（已获得美国及中国的专利授权）。据此，该团队近期研发了1053纳米和800纳米两个波长版本的信噪比单次测量仪，分别应用于中科院/中物院上海联合实验室的高能钕玻璃拍瓦激光系统以及中科院上海光机所强场物理国家重点实验室、中科院物理所光物理重点实验室的两套钛宝石强激光系统，代表着世界范围内首批成功的工程应用，及时解决了国家重大专项工程建设的迫切需求。
超短超强激光的脉冲信噪比（即主峰强度与噪声的比值）是制约激光聚焦光强走向极端强场状态的重大技术瓶颈，而实时、单次测量是实现超高信噪比的前提条件。之前国际上信噪比单次测量只是处于技术摸索阶段，关键指标“测量动态范围”的最好水平长期徘徊在106的水平，远远达不到实际应用的要求（>109）。信噪比单次测量技术的缺失也严重影响了对强激光噪声物理本质和来源机理的认识。
（来源：中国科学报）
以下8条摘编自新材料在线：
7. 金属-卤化物钙钛矿用于太阳能电池和发光二极管（Metal-halide perovskites for photovoltaic and light-emitting devices）
Nature Nanotechnology, DOI:10.1038/nnano.2015.90
金属-卤化物钙钛矿是一种晶体材料，最初的产生仅仅源于科学家们的好奇心。令人意想不到的是，当用于太阳能电池后，其迅速发展成为主流太阳能电池技术的有力竞争对手。短短四年的时间，能量转化效率从3%飞跃至超过20%。最近，Henry J. Snaith等人就基于钙钛矿的太阳能电池技术和发光二极管技术撰写了一篇综述文章。他们讨论了这类材料的可调节性和加工方法，太阳能电池的运行机理，着重讨论作为发光和激光器件的各种特性。此外，他们还探讨了钙钛矿在热稳定性和运行稳定性方面将面临的问题，并预测了钙钛矿若想走向商业化的未来发展方向。
8. 在平面二极管中钙钛矿-富勒烯杂化材料抑制滞后作用（Perovskite-fullerene hybrid materials suppress hysteresis in planar diodes）
Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/ncomms8081
可溶液加工平面钙钛矿器件在很多光电子应用方面都展示出了良好的前景。不过，钙钛矿器件容易产生滞后现象，使得电流不稳定。多伦多大学的Jixian Xu 等人首次报道了钙钛矿-富勒烯杂化薄膜，仅一个简单的步骤便可以极大地抑制滞后现象和复合损失。PCBM均匀地分散在整个钙钛矿晶区边界中，形成有效的电学耦合微观形貌。光致发光瞬态光谱证明PCBM相可以有效提升电荷分离效率。
9. 无金属双功能电化学催化剂用于氧气还原和析氧反应（A metal-free bifunctional electrocatalyst for oxygen reduction and oxygen evolution reactions）
Nature Nanotechnology, DOI: 10.1038/nnano.2015.48
氧气还原反应（ORR）和析氧反应（OER）常规方法是使用贵金属（如Pt）和金属氧化物（如RuO2和MnO2）来催化进行的。不过，这些金属基催化剂有很多缺点，如价格昂贵、选择性低、稳定性差并且对环境有害。Jintao Zhang等人制备了一种掺杂氮和磷的多孔碳泡沫催化剂，比表面积为1663 m2 g-1，同时它对ORR和OER都具有很好的电化学催化活性。作者将这种催化剂用于锌空气电池上，电池的开路电压为1.48 V，能量密度为835 Wh kgzn-1，运行时间为240h。理论计算结果表明，N、P的掺杂及石墨烯的边缘效应对这种双功能催化剂的活性起到至关重要的作用。（详细报道）
10. 电化学还原的氧化钛纳米管在室温下进行可逆的氧气收集（Reversible oxygen scavenging at room temperature using electrochemically reduced titanium oxide nanotubes）
Nature Nanotechnology, DOI:10.1038/nnano.2015.51
在室温下具有能快速、可逆吸收氧气特性的材料，对于气体分离和传感是非常理想的。不过，目前为止报道的可逆氧气吸收材料的工作温度最低也要在200-300 ℃ 之间，并且这个过程通常是基于过渡金属氧化物（如 SrCoOx 和 LuFe2O4+x）的热循环完成的。近日，Thomas Close等人制备了可以在室温下快速、可逆吸收氧气的TiO2−x 纳米管材料。氧气的吸收与释放是电化学过程而非热循环。他们对其性能进行测试，发现这种纳米管的吸氧速率高达14 mmol O2 g-1 min-1，比市场上的非可逆氧气吸附剂的吸附速率高 2400 倍。
11. 通过导电通道褶皱改变红荧烯单晶场效应迁移率（Rubrene crystal field-effect mobility modulation viaconducting channel wrinkling）
Nat. Commun., DOI: 10.1038/ncomms7948
柔性有机电子器件即将迎来爆发式增长，弄清楚材料的机械应变如何影响有机薄膜器件的电学性能是非常有必要的。有机单晶材料是系统研究应变效应对电学性能影响的理想材料，因为有机单晶不存在晶界和其他缺陷。马萨诸塞大学阿默斯特分校的Marcos A. Reyes-Martinez等人以经典的有机单晶半导体—红荧烯为模型，研究了应变如何影响场效应迁移率。他们发现随着净压力的改变，绝缘体/半导体界面处的迁移率也随之改变。随后，他们以薄板弯曲理论为基础建立模型，用来预测压力对迁移率的影响范围。作者称，这一工作为研究有机半导体结构—功能间的关系向前迈出重要一步，对开发下一代柔性电子器件非常重要。
12. 等离子金属纳米颗粒的光化学转化（Photochemical transformations on plasmonic metal nanoparticles）
Nature Materials, DOI: 10.1038/nmat4281
等离子纳米材料与电磁场的强烈相互作用为很多技术的开发提供了机会。最近，科学家发现，除了光物理过程外，光致激发的等离子纳米颗粒还可以在其表面引发化学转化。这一过程为很多选择性化学合成反应提供了潜在机会。Suljo Linic 等人就在等离子金属纳米颗粒表面的光化学催化领域的进展撰写了综述。他们讨论了这种化学活性下的物理机理，同时还强调了该领域的一些重要的基本问题。
13. 相转移催化剂在钠氧电池中的重要作用（The critical role of phase-transfer catalysis in aprotic sodium oxygen batteries）
Nature Chemistry, DOI: 10.1038/nchem.2260
在开发储能材料时，可充放电式的金属-氧气电池收到广泛关注，因为其在工作时直接使用氧气分子。很多研究的注意力都集中在Li-O2电池，不过由于具有更好的可逆性，Na-O2电池也吸引了很多的研究兴趣。Chun Xia等人报道了相转移催化剂在Na-O2电池中的重要作用及机理。他们发现相转移催化剂仅起到促使NaO2晶体生长和分解的作用。在没有相转移催化剂的条件下，会长出半无定形的NaO2膜，这会给电池容量带来负面影响。这项工作使我们更深入的认识Na-O2电池与Li-O2电池的差异和工作机理。
14. 在功能化的碳纳米管上电化学聚合苝衍生物用于赝电容电极（Electrochemical polymerization of pyrenederivatives on functionalized carbon nanotubes for pseudocapacitive electrodes）
Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms 8040
电化学储能装置有望成为清洁、高效的储能手段，不过受到目前成本和性能的限制，还很难大规模应用于运输和电网等方面。很多有机分子原料易得，价格低廉并且具有电化学活性。若经过恰当选择及合理设计，这些有机分子将为电化学储能装置提供更广泛的应用空间。Bachman等在修饰过的碳纳米管基底上，电化学聚合苝的多种衍生物，制备出高能量密度的电极材料。这种材料的氧化还原电势和容量与反应程度及化学结构相关。与锂阴极组合后，电池获得了不错的储能密度。这一发明为开发更多纳米结构有机电极提供了一条设计思路。