《自然·通讯》期刊论文精选（2）
更新日期：2015-07-131. 使用纳米多孔配位模板融合不互溶聚合物（Mixing of immiscible polymers using nanoporous coordination templates）
Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms8473
寻找使不互溶材料融合的办法对促进基础科学和材料工艺的发展是极为重要的。Uemura等人使用多孔配位聚合物（PCPs）作为可脱除模板，在分子水平上对两种不互溶的聚合物进行增容。首先，两种不互溶聚合物PSt和 PMMA依次在PCP中进行聚合反应以使其分散在PCP中。随后，用螯合剂将PCP溶解，于是便可以得到纳米级的PSt/PMMA均匀共混物。这种方法制备的共混材料要比常规方法制备的共混材料具有高得多的热稳定性。
2. X射线和电子显微镜强强联手，实时观测催化反应
美国能源部布鲁克海文国家实验室率先提出了一种新技术，这种技术可以在催化反应的过程中通过操作控制条件来观察原子层面的变化。
该团队采用了一种新开发的结合了X射线吸收光谱和电子显微镜的反应腔来观察一个普通化学反应的过程，结果表明这是一项非常有效的技术，可以为催化剂、电池、燃料电池以及其他能源技术方面带来一场革命。该研究发表在6月29日的《自然·通讯》杂志上（Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms8583）。
为了验证这种新方法的效能，他们对铂催化剂催化乙烯的过程进行了追踪。他们在国家同步加速器光源中心（NSLS）进行了X射线的实验，并在功能纳米材料中心(CFN)进行了电子显微镜谱图方面的研究。
通过TEM，人们能获得纳米粒子的高分辨率的图像，从而能够直观获得其尺寸和分布。但是在微型反应器中，一些信号非常微弱，以至于很难被捕捉到。利用X射线吸收光谱(XAS)可以确定材料的化学物质。将XAS和TEM的数据同时进行分析，他们可以同时计算集中催化剂的数量以及平均尺寸。
图来源：布鲁克海文国家实验室
（摘编自 新材料在线）
3. 科研人员合成新型氧化钴催化剂
中科院宁波材料所张建团队与中科院金属所沈阳材料科学国家（联合）实验室张志东团队等合作，利用碳包覆钴磁性纳米胶囊结构中缺陷石墨壳层的束缚作用，合成了富含高指数晶面的氧化钴催化剂，在甲烷催化燃烧反应中体现出可替代贵金属钯、铂的潜力。相关成果发表于《自然·通讯》杂志（Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms8181）。
贵金属在众多催化反应中体现出优异性能，但由于其固有的稀缺特性和高昂成本，使贵金属替代研究成为国际催化领域的重要发展方向之一。低成本的铁、钴等过渡金属以合金、氧化物、碳化物等形式存在，这些化合物组成各异、晶相多样，有望通过精确设计在晶体生长阶段实现活性中心的表面富集，使其具有接近或超越贵金属的催化性能。
此次研究人员通过原位氧化方法，将碳包钴纳米颗粒局部破壳。金属钴暴露后发生的剧烈氧化过程导致内核体积膨胀，残留的石墨外壳辅助形成缺陷度较高的氧化钴颗粒。研究表明，该催化剂具有转换频率高、表观活化能低的特点，反应速率对氧分压无明显的依赖关系，并在一氧化碳、丙烷、苯系物的完全氧化反应中体现出较高活性。
（来源：中科院宁波材料所）
4. 同时具备能力转移和空穴传递过程的高效三元共混聚合物太阳电池（High-performance ternary blend polymer solarcells involving both energy transfer and hole relay processes）
Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms8327
将具有互补吸收光谱的两种材料整合到一个电池中被视为是提高有机太阳电池能量转化效率的一个有效方法。不过，由于多组分增加了结构的复杂性，因此仅有为数不多的三元体系具有较高的效率。芝加哥大学的Luping Yu团队报道了一种三元共混电池体系，效率高达9.2%。他们发现第三种组分的加入可以降低表面陷阱密度。仔细的分析表明，增加的效率主要源于提升的开路电压、被抑制的载流子复合、提高的光吸收、增强的能量转移和更好的薄膜形貌的共同作用。这一结果为获得更高效的三元共混太阳电池提供了设计思路。
5. 自组装三维可压缩互穿薄膜的超级电容和电池（Self-assembled three-dimensional and compressible interdigitated thin-film supercapacitors and batteries）
Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms8259
传统的薄膜储能器件由在二维基板上堆叠的活性层组成，不使用三维结构。不过，三维器件结构允许能量储存在本体结构中，同时又可获得本体结构的机械性质，如压缩性。Nystrom等人开发了一种三维储能器件，这种器件是通过在气凝胶基体上层层自组装互穿薄膜制成的。这种三维超级电容在400个周期内运行稳定，而且在75%的压缩程度下依然可以正常运行。他们的结果证明，在气凝胶内的层层自组装是制造高表面积3D薄膜器件的有效方法。
6. 作为高倍率锂硫电池阴极材料的三维互穿富硫聚合物的合成（Synthesis of three-dimensionally interconnected sulfur-rich polymers for cathode materials of high-rate lithium–sulfur batteries）
Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms8278
硫元素是锂电池中最受关注的阴极活性材料，因为它具有很高的理论比容量。尽管有很多优点，不过锂硫电池却有严重的容量衰减问题和有限的倍率特性。最近，Moon Jeong Park等人报道了一种有机硫化物大规模合成的方法。他们制作的锂硫电池在100个循环后依然表现出945 mAhg-1的放电速率。作者称这为设计新型锂硫电池阴极材料开辟了路径。
7. 多层二硫化钼材料中电场诱导的强电致发光现象（Electric-field-induced strong enhancement of electroluminescence in multilayer molybdenum disulfide）
Nature Communications, DOI: 10.1038/ncomms8509
层状金属二硫化物因其独特的电学和光学性质而备受关注。尽管单层MoS2显示出直接带隙，但是多层MoS2是非直接带隙半导体材料，并且通常不具备光学活性。Li等人报道了多层MoS2在电场诱导下呈现出强烈的电致发光现象。研究发现在多层MoS2层中存在强烈的直接带隙激子发射。更重要的是，他们发现多层MoS2电致发光效率甚至要高于单层MoS2的发光效率。这种强烈的发光现象可以归因于电场诱导的载流子重新分布。此外，这种发光现象也存在于WSe2多层材料中。作者称这一发现为制备过渡金属二硫化物光电子器件开辟了新路径。
8. 武汉理工复杂纳米管制备及储能应用研究取得新进展
近日，《自然·通讯》期刊（Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms8402）在线发表了武汉理工大学麦立强教授课题组在复杂纳米管可控制备及储能应用方面研究取得的最新成果。
纳米线和纳米管因其独特的性质在能源存储和太阳能电池等领域引起了广泛关注。然而，由于传统合成方法的局限性，多数无机纳米管，尤其是多元素氧化物和双金属氧化物纳米管，却鲜见报道。麦立强课题组率先提出采用一种梯度静电纺丝技术和可控热解相结合的方法，可控制备了多种一维复杂纳米结构。该策略的关键点在于静电纺丝过程中，实现并证明了三种不同分子量的聚乙烯醇沿径向的梯度分布。这种简便的合成策略具有普适性，通过调节不同的烧结过程，可以制备出多种无机多金属氧化物、双金属氧化、单金属氧化物等的介孔纳米管和豌豆状纳米管。获得的介孔纳米管材料在锂离子电池、钠离子电池和超级电容器方面的应用，均具有优异的电化学性能。例如，制得的Li3V2(PO4)3介孔纳米管作为锂离子电池正极材料，在10 C高倍率下，经过9500次循环后仍具有80%的容量保持率。该材料优异的电化学性能归因于这种介孔纳米管结构，能有效地提供大的比表面积、短的离子/电子传输路径和高的结构稳定性。
该工作首次提出通过采用不同分子量的同一聚合物来实现静电纺丝过程中的梯度分布，提供了一种有效的策略来可控制备复杂纳米管。
（来源：武汉理工大学）
9. 拉伸二硫化钼晶体造出能隙可变半导体
近日，美国斯坦福大学一科研团队首次通过拉伸二硫化钼的晶体点阵，“扯”出能隙可以变化的半导体。利用这种半导体，科学家有望制造出能够吸收更多光能的太阳能电池。相关研究成果6月19日在线发表在《自然·通讯》上（Nat. Commun., 2015, DOI: 10.1038/ncomms8381）。
很多电子产品都离不开半导体。为了让半导体为人所用，工程师必须精确地知道电子通过晶体点阵时需要耗费多少能量。这种能量计量叫做能隙，它可以帮助科学家决定哪种物质更适合执行某种电子任务。
斯坦福大学的机械工程师郑晓林（音）和物理学家哈利·马诺哈兰（Hari C. Manoharan）证明，二硫化钼晶体点阵的排列方式赋予了它独特的电子特质。
二硫化钼是具有单层原子结构的物质：一个钼原子连接着两个硫原子，这种三角形晶体点阵不断在水平面上重复，形成纸一样的结构。二硫化钼自然岩石是多个这样的单层结构叠在一起的结果。“从机械工程学的角度来看，单层的二硫化钼非常迷人，因为它的晶体点阵可以被极大地拉伸而不会断裂。”郑晓林说。
据斯坦福大学官网介绍，该科研团队在芯片上雕刻出高低不平的“山峰”和“山谷”，在上面铺上二硫化钼的单层原子结构，然后将二硫化钼的晶体点阵拉伸到“谷底”或“山峰”。这种拉伸改变了电子在二硫化钼晶体点阵中移动时所需要的能量，并产生了一种拥有可变能隙的人工晶体。
自2010年英国科学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖罗夫凭借发现单层碳原子结构的石墨烯获得诺贝尔奖后，科学家一直对单层原子结构的物质非常感兴趣。2012年麻省理工学院的科学家曾在模拟实验中拉伸二硫化钼的晶体点阵，并在理论上改变了二硫化钼的能隙。此次斯坦福大学科研团队则通过该实验真正实现了对二硫化钼晶体点阵的拉伸。
科研人员相信这一实验为科学界在人工晶体结构方面的进一步创新奠定了基础。马诺哈兰认为，这一研究成果将对传感器、太阳能等多领域带来广泛影响。就太阳能领域而言，由于这种人工晶体结构对更大范围的光谱都很敏感，因此具有用于制造更加高效的太阳能电池的潜力。（来源：科技日报，2015-6-30，第2版，记者刘园园）
这张放大1万倍的图片显示，一个电子器件上雕刻出了高低不平的“山峰”和“山谷”，铺在上面的二硫化钼经过拉伸后，形成了一种拥有可变能隙的人工晶体，
图来源：斯坦福大学
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其中没注明来源的1、4-7条摘编自 新材料在线。