1. 光致晶格膨脹提高鈣鈦礦太陽能電池效率

       （Light-induced lattice expansion leads to high-efficiency perovskite solar cells）

       材料名稱：鹵化物

       研究團隊：美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室Mohite研究組

       光誘導結構動力學，在基于混合鈣鈦礦的光電子器件的物理性質、器件性能和穩定性方面發揮著重要作用。Tsai 等人報導了連續光照會導致混合鈣鈦礦薄膜中的均勻晶格膨脹，這是獲取高效光伏器件的關鍵。相關的原位結構和器件表征揭示出，光誘導的晶格膨脹對混合陽離子純鹵化物平面器件的性能是有利的，能夠將功率轉換效率從 18.5％ 提高到 20.5％。晶格膨脹導致了局部晶格應變的弛豫，這降低了鈣鈦礦-接觸界面處的能壘，從而改善了開路電壓和填充系數。即使在全光譜一個標準太陽（100毫瓦/平方厘米）照射下連續工作超過 1500 小時，光致晶格膨脹也不會損害這些高效光伏器件的穩定性。（Science DOI: 10.1126/science.aap8671）

       2. 對范德華異質結構中分數 Chern 絕緣體的觀測

       （Observation of fractional Chern insulators in a van der Waals heterostructure）

       材料名稱：雙層石墨烯-六方氮化硼異質結構

       研究團隊：加州大學圣芭芭拉分校Young研究組

       拓撲有序相的特點是長程量子糾纏和分數統計，而不是對稱性破缺。拓撲有序首次發現于分數填充的連續朗道能級中，自此之后便被提出在拓撲非平凡 Chern 能帶的分數填充中會更普遍地出現。Spanton 等人報導了對于雙層石墨烯-六方氮化硼異質結構中由于磁場和超晶格電勢相互作用而產生的哈珀-霍夫斯塔特能帶分數填充處的空隙態的觀測，并在 Chern 指數 C = -1，±2 和 ±3 的能帶的分數填充處觀測到了相。這些相中，有一些在 C = -1 和 C = 2 能帶中的，是以分數霍爾電導為特征，也就是說，它們是被稱為分數 Chern 絕緣體，并且能夠構成拓撲有序超越朗道能級的一個例子。（Science DOI: 10.1126/science.aan8458）

       3.利用人造界面實現碳酸鹽電解質中的可逆鎂化學

       (An artificial interphase enables reversible magnesium chemistry in carbonate electrolytes)

       材料名稱：碳酸鹽電解質

       研究團隊：美國國家可再生能源實驗室Chunmei Ban研究組

鎂基電池與對應的鋰基電池相比具有潛在的優勢。但是，可逆的 Mg 化學需要低電位下熱力學穩定的電解質，而這通常需要通過腐蝕性組分和以抗氧化穩定性為代價來實現。在鋰離子電池中，電解質的陰極和陽極穩定性之間的沖突，是通過形成防止電解質被減少的陽極界面來解決的。這種策略不適用于鎂電池，因為二價 Mg2+ 無法穿透這樣的界面。Son 等人在 Mg 陽極表面上設計了一種人造 Mg2+ 導電界面，成功分離了電解質對陽極和陰極要求，并在抗氧化電解質中證實了高度可逆的 Mg 化學。這種人造界面促成了含水的基于碳酸鹽的電解質中 Mg/V2O5 全電池的可逆循環。這種方法不僅為 Mg電池 ，也為面臨相同問題的其他多價陽離子電池提供了新的途徑，使它們朝著能量儲存應用邁出了一大步。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/s41557-018-0019-6）

       4. 一種構建不對稱催化劑的人造分子機器

       (An artificial molecular machine that builds an asymmetric catalyst)

       材料名稱：輪烷分子機器

       研究團隊：英國曼徹斯特大學Leigh研究組

       生物分子機器能夠執行人造分子機器所渴望達到的復雜的分子水平任務。例如，核糖體可以將來自橫貫其中的聚合物軌道的信息（信使 RNA）翻譯成其構建的新聚合物（多肽）。其中讀取的密碼子的序列和數量決定了摻入生物機器合成聚合物中的構件的序列和數量。然而，在人造大分子的合成中，既不能輕易控制序列，也無法輕易將長度信息從一種聚合物轉移到另一種（迄今為止只能在人造系統中通過模板合成完成）。開發出的基于輪烷的分子機器，通過沿著用氨基酸苯酚酯衍生的單分散低聚物軌道運動的大環的作用，能夠連續地將氨基酸（包括β-氨基酸）添加至生長中的肽鏈。帶螺紋的大環吸取阻斷其路徑的基團，并通過連續的天然化學連接反應連接它們從而形成對應于軌道上構件順序的肽序列。Bo 等人研究表明，作為翻譯序列信息的替代方式，輪烷分子機器可以將聚苯乙烯鏈的窄多分散性，轉移至分子機器制造的同型亮氨酸低聚物，其中，這種聚苯乙烯鏈是通過原子轉移自由基聚合合成的亮氨酸酯衍生的。所得到的窄分子量低聚物折疊成α-螺旋二級結構，充當用于查耳酮 Juliá-Colonna 環氧化的不對稱催化劑。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0105-3）

       5. 由相位相干超快速淬熄引起的銅酸鹽中超導電性崩潰

       (Collapse of superconductivity in cuprates via ultrafast quenching of phase coherence)

       材料名稱：銅酸鹽

       研究團隊：加拿大英屬哥倫比亞大學Damascelli研究組

       超疏水性是多種天然表面表現出的顯著的進化適應性。單獨分別具有良好機械堅固性、基材附著力和化學穩健性的人造超疏水涂料已經能夠實現了。但是，想要同時表現出這些特征并抵抗通過高速墜落或噴射撞擊的液體穿刺仍是具有挑戰性的。Peng 等人描述了一種全有機、柔性超疏水納米復合涂料，這些涂料在循環膠帶剝離和 Taber 磨損下表現出了強大的機械穩定性，可持續暴露于高腐蝕性介質，即王水和氫氧化鈉溶液中，并可通過可擴展技術作為噴涂和刷涂應用于表面。此外，這種涂層的機械靈活性使得對高速液滴和湍流噴嘴的抗穿刺性至少達到約 35 m?s-1，韋伯數達到約 43000。這些涂料具有多方面的堅固性和可擴展性，應該能夠在苛刻的化學工程以及基礎設施、運輸車輛和通信設備中發現其潛在的用途。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0044-2）

       6. 高相位純度的 1T'-MoS2 和 1T'-MoSe2 層狀晶體

       (High phase-purity 1T’-MoS2- and 1T’-MoSe2-layered crystals)

       材料名稱：1T'-MoS2 和 1T'-MoSe2 層狀晶體

       研究團隊：新加坡南洋理工大學張華研究組

       因為相位結構對諸如電導率和化學穩定性等性質具有深遠影響，所以相位控制在無機材料的精確合成中起著重要作用。金屬相 VI-族過渡金屬硫族化合物（過渡金屬是 Mo 和 W，硫族元素是 S，Se 和 Te）在電催化方面表現出的性能比其半導體對應物還要好，但相控制劑卻一直面臨著挑戰。Yu 等人報告了高純度的微米尺寸金屬相 1T'-MoX2（X = S，Se）層狀體單晶的大規模制備，并發現 1T'-MoS2 晶體具有畸變的八面體配位結構，在熱退火或激光照射后可轉變為 2H-MoS2。電化學測量表明，在酸性介質中，對于電催化析氫反應 1T'-MoS2 的基面比 2H-MoS2 的基面更有活性。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/s41557-018-0035-6）

       7. 利用分層納米結構凝膠實現高效太陽能水蒸發

       (Highly efficient solar vapour generation via hierarchically nanostructured gels)

       材料名稱：納米結構凝膠（HNG）

       研究團隊：德克薩斯大學奧斯汀分校余桂華研究組

       太陽能水蒸發是收集太陽能來凈化污染水或含鹽水的有效方式。然而，水蒸發受到太陽能利用效率低下或需要復雜昂貴的光集中配件的影響。Zhao 等人展示了一種基于聚乙烯醇（PVA）和聚吡咯（PPy）的分層納米結構凝膠（HNG），用作獨立的太陽能蒸汽發生器。它可以原位地利用轉化的能量，來驅動 PVA 網絡的分子網格中包含的水進行蒸發，而其中水凝膠的骨架則可以促進水分的蒸發。漂浮的 HNG 樣品可以利用一個標準太陽照射的 94％ 的能量實現 3.2kg·m-2·h-1 的破紀錄的蒸發量，置于純凈鹽水時每平米每天可以蒸發純化 18-23 升的鹽水。而之所以能實現如此高的水蒸發速率，主要得益于在太陽光照射下，分子級網孔中水蒸發的潛熱大幅降低。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0097-z）

       8. III-V 族硅基太陽能電池在雙端配置下達到 33％ 的光轉換效率

       (III–V-on-silicon solar cells reaching 33% photoconversion efficiency in two-terminal configuration)

       材料名稱：III-V 族硅基太陽能電池

       研究團隊：德國弗勞恩霍夫太陽能系統研究所Cariou研究組

       硅在光伏產業占主導地位，但硅單結太陽能電池的轉換效率固有地限制在了 29.4％，并實際上限制在了 27％ 左右。在多結器件中，通過將硅與高帶隙材料（如 III-V 半導體）相結合，可以克服此限制。但與這種材料結合相關的重大挑戰卻阻礙了高效 III-V/Si 太陽能電池的發展。Cariou 等人展示了一種能夠達到與標準 III-V/Ge 三結太陽能電池類似性能的 III-V/Si 電池。這種器件采用晶片鍵合技術制造，將 GaInP/GaAs 頂電池與硅底電池永久地連接在一起。利用了多晶硅/SiOx 鈍化觸點和用于硅底電池的新型后側衍射光柵來解決 III-V/Si 的界面重組和硅的弱吸收兩個關鍵問題。依靠這些綜合特性，Cariou 等人展示了一款雙端 GaInP/GaAs//Si 太陽能電池，其在一個標準太陽照射下 AM1.5G 轉換效率達到了 33.3％。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0125-0）