1.晶格應變控制催化劑活性
　　（Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials） 　　斯坦福大學崔屹教授課題組最近報導了利用電池電極材料（LiCoO2）直接且持續地控制Pt催化劑的晶格應變，從而調控Pt對于氧還原反應（ORR）的催化活性。利用金屬覆蓋層的傳統方法帶來應變的同時會引起配體效應，他們提出的這種充電放電電極材料的電化學轉化法引起的體積變化能夠被精確地控制，從而調控電極材料上支撐的催化劑的壓縮應變或者拉伸應變。LiCoO2在充放電時具有約5%的晶格壓縮和拉伸應變，這會引起Pt納米顆粒的晶格也發生相應的應變。他們利用球差校正透射電鏡觀察到了這一變化，并且電化學測試表明Pt對于氧還原反應的催化性能在壓應變下具有90%的提高，而在拉伸應變下催化性能卻有40%的降低。這些結果也與理論計算相一致。（Science DOI: 10.1126/science.aaf7680）

　　2.磁絕緣體中的電流誘導翻轉
　　（Current-induced switching in a magnetic insulator） 　　重金屬中的自旋霍爾效應使充電電流轉換成純自旋電流，然后注入到相鄰的鐵磁體中以施加扭矩。這種自旋軌道扭矩（SOT）已經廣泛用于操縱金屬鐵磁體中的磁化。在磁絕緣體（MI）的情況下，盡管充電電流不能流動，自旋電流可以傳輸，但電流誘導控制 MI 中的磁化迄今還未實現。Can Onur Avci等人展示了鉑覆蓋層中充電電流驅動垂直磁化銩鐵石榴石薄膜中產生自旋電流，從而誘導轉換。利用自旋霍爾磁阻和諧波霍爾測量進行估計，薄膜中具有相對較大的自旋混合電導和阻尼狀 SOT，這表明在 Pt/MI界面處有顯著的自旋透明度。他們還展示了在低電流密度下，穿過這個界面注入的自旋電流導致了確定性磁化反轉，為基于 MI 的超低耗散自旋電子器件奠定了基礎。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4812）

　　3.具有超高和超低功函數歐姆接觸的摻雜聚合物半導體
　　（Doped polymer semiconductors with ultrahigh and ultralow work functions for ohmic contacts） 　　為了制造高性能半導體器件，需要電極和半導體層之間有良好的歐姆接觸從而通過接觸引入最大電流密度。實現歐姆接觸需要從具有高和低功函數的電極分別注入空穴和電子，其中功函數是將電子從電極的費米能級移至真空能級所需的最小能量。然而，制造具有足夠高或低功函數的導電膜是很有挑戰性的，特別是對于溶液處理半導體器件。空穴摻雜聚合物有機半導體在有限的功函數范圍內是可用的，但是具有超高功函數的空穴摻雜材料，特別是具有超低功函數的電子摻雜材料尚不可用。其中關鍵性的挑戰是控制去摻雜和抑制摻雜劑遷移從而使薄膜穩定。Tang等人提出了一種簡單的方法來克服這些限制從而實現很寬的功函數（3.0-5.8電子伏特）范圍內的溶液處理摻雜膜，這種方法通過對共軛聚電解質電荷摻雜，然后內部離子交換產生自補償的重摻雜聚合物。這些材料中聚合物主鏈上的移動載流子通過共價鍵合的反離子來補償。雖然他們提出的自補償摻雜聚合物表面類似于自摻雜聚合物，但這種聚合物是由獨立的電荷載流子摻雜和補償步驟產生的，從而使得能夠通過使用強摻雜劑來實現極高或極低的功函數。Cindy G. Tang 等人的工作提供了一種產生歐姆接觸的方法，不僅可以用于有機半導體，而且可能用于其它先進的半導體，包括鈣鈦礦、量子點、納米管和二維材料。（Nature DOI: 10.1038/nature20133）

　　4.高效率和高穩定性CsSnI3 鈣鈦礦太陽能電池的
　　（Enhanced stability and efficiency in hole-transport-layer-free CsSnI3 perovskite photovoltaics） 　　盡管大量研究工作已經將鉛鈣鈦礦光伏發電的功率轉換效率提高到大于20％，但基于錫鹵化物鈣鈦礦的光伏技術至今還未能從這樣深入的研究成果中受益。這主要源于錫鹵化物鈣鈦礦對氧化的敏感性、缺陷形成的低能量以及難以形成無針孔膜。鑒于此， Marshall 等人展示了無空穴選擇性界面層的 CsSnI3 鈣鈦礦光伏器件。這一器件表現出的穩定性約是使用甲基銨碘化鉛鈣鈦礦相同結構的器件的10倍，并表現出迄今為止最高的 CsSnI3 器件光伏效率：3.56％。后者主要是得益于高器件填充因子，這一點是通過使用不需要電子阻擋層或者基于將鈣鈦礦前體與 SnCl2 共沉積而使鈣鈦礦膜中的針孔密度最小化的附加處理步驟實現的。這兩個發現提升了這種類型的無鉛鈣鈦礦光伏可實際應用的前景。（Nature Energy DOI: 10.1038/NENERGY.2016.178）

　　5.熵的貢獻增強了 CeO2（100）面的極性補償
　　（Entropic contributions enhance polarity compensation for CeO2(100) surfaces） 　　材料的表面結構控制著材料的物理和化學響應。表面極性端子因其與眾不同的性質而十分吸引人，不過它們本質上是不穩定的。而金屬化、吸附和有序重建這幾種機制可以消除熱力學的負面效應，使極性表面部分穩定。對于CeO2（100），Marçal Capdevila-Cortada 等人提出了基于表面紊亂的補充穩定化機制，該機制已經通過了理論模擬：解釋了表面能和構型熵、展示了離子分布簡并的重要性、識別了確保平衡的結構之間的低擴散勢壘。氧化物中的無序構造還可以通過優先吸附水而進一步穩定。對于具有大量空位的表面，熵穩定項將會出現。在建立新的結構-活性關系時，評估表面紊亂的影響仍是個挑戰。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4804）

　　6.高分辨率三維結構顯微鏡
　　（High-resolution three-dimensional structural microscopy by single-angle Bragg ptychography） 　　通過布拉格衍射強度相位恢復的相干X射線顯微技術使得能夠在納米級空間分辨率下對晶體內的晶格畸變進行三維成像。雖然這種能力可用于解決納米級的結構-性質關系，但嚴格的數據測量要求可能會限制現有方法的應用。Hruszkewycz 等人介紹了一種稱為三維（3D）布拉格投影疊層成像（3DBPP）方法，可以對結晶材料中納米尺度晶格特性和應變場進行高效 3D 成像。該方法使得能夠從單一入射光束角處測量的一系列二維X射線布拉格相干強度衍射圖案進行晶體體積的 3D 圖像重建。樣本的結構信息是由掃描光束沿著垂直于布拉格衍射出射光束的兩個互逆空間方向，以及沿著實空間中的第三維度進行編碼的。同時，Hruszkewycz等人還為他們提出的方法提供了分析推導、數值演示和納米電子原型設備組件中晶格畸變的實驗重建。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4798）

　　7.降低有機光伏電池的效率-穩定性-成本差距
　　（Reducing the efficiency–stability–cost gap of organic photovoltaics with highly efficient and stable small molecule acceptor ternary solar cells） 　　若想對有機光伏模塊進行技術部署，需要先提高器件的光轉換效率和穩定性，并同時保持材料的成本較低。Baran 等人展示了一種實現太陽能點高效率和高穩定性的三元方法，其中三元包括兩個非富勒烯受體，與可縮放和可配體的供體聚合物，即聚（3-己基噻吩）（P3HT），以及高效率低帶隙聚合物，這三部分包含在單層體異質結器件中。在基于 P3HT 的非富勒烯共混物中添加吸收性小分子受體，使得在沒有任何溶劑添加劑的情況下器件效率提高到了 7.7±0.1％ 。這樣的提升歸因于微結構的變化，包括減少了電荷復合和增加了光電壓，以及改善了在整個可見光區的光收集。相對于聚合物：富勒烯器件，基于 P3HT 的器件在環境條件下的穩定性也有顯著改善。兩種混合的受體與低帶隙供體聚合物（PBDTTT-EFT，也稱為PCE10）組合，使得太陽能電池具有 11.0±0.4％ 的效率和 1.03±0.01V 的高開路電壓。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4797）

　　8.3 nm分辨率探測雙金屬表面的電子和催化性質
　　（Probing the electronic and catalytic properties of a bimetallic surface with 3 nm resolution） 　　在原子分子尺度理解異相催化是表征活性位點和提高催化劑設計所必需的。要達到這樣精確的尺度需要特定技術將催化性能與具體的表面結構聯系起來，從而避免平均效應。尖端加強拉曼光譜（TERS）結合配備等離子加強拉曼散射掃描探針顯微鏡能夠在納米/原子尺度同時提供各種環境下的形貌和化學信息。這一技術已經用來監測催化反應，并且用來建立局部結構與異相催化劑功能的關系。雙金屬催化劑，如：Pd-Au，在各種催化反應中表現出優異的催化性能。但是，由于結構的復雜性，要構建結構與反應活性的關系還十分具有挑戰性。廈門大學的Ren研究小組利用TERS技術實現了在原子分辨下的具體活性位點的化學物理性質探測。他們使用異腈化苯作為探測分子在3nm分辨率下探測了Pd/Au雙金屬催化劑的物理化學性質。他們觀察到一個弱化的N≡C鍵和異腈化苯在Pd階梯邊界上反應活性的提高。密度泛函理論揭示了低配位階梯邊界Pd原子具有更高的d能帶電子結構，從而證實了這些觀測。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2016.241）
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