近幾年來，國產的英文期刊發展勢頭迅猛，越來越多的國產英文期刊被SCI收錄。最近幾年國產的材料、化學類SCI期刊發展趨勢是非常亮眼的，其中不乏一些TOP期刊。隨著國內學術期刊團隊的辛勤耕耘和不斷努力，國內多個學術期刊已經取得很不錯的成績，大量優秀科研成果在國內優秀期刊上發表。
本文匯總近期材料類五大期刊（National Science Review、npj Computational Materials、Nano Resreach、Nano-Micro Letters、Microsystems & Nanoengineering）的前沿動態，供廣大科研工作者瀏覽。
NSR(IF13.222)：設計新型碳離子通道用於電化學儲能
一些納米碳化物被認為具有比表面積大、電導率高、機械性能好等優點，被用來開發基於微納米操作的新型碳電極的高性能儲能設備。在典型的電化學電極中，在典型的電化學電極中，離子在材料體相插入/脫嵌（比如在電池中）或在表面吸附/脫附（比如在電化學電容器中）。快速離子遷移是實現碳高效儲能的前提條件，它主要由活性電極或載體材料中的離子通道決定。中國科學技術大學朱彥武課題組聯合法國土魯斯第三大學Patrice Simon教授綜述了近年來新型碳離子通道的設計策略，並對基於這些碳離子通道的可定製離子通道的發展前景進行了評述。
相關研究以「Designing ionic channels in novel carbons for electrochemical energy storage」為題目，發表在National Science Review上。
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DOI: 10.1093/nsr/nwz140
圖1 離子通道的典型製造方法以及相應的能量儲存目標
NSR (IF13.222)：多步絲網印刷實現具有高容量能量密度和卓越安全性的平面化鋅錳微型電池
印刷和微型化電子產品的快速發展迫切要求其兼容的微電池(MBs)具有高性能、適用的可擴展性和卓越的安全性，但面臨著來自不斷報導的堆疊幾何結構的巨大挑戰。中科院大連化學物理研究所吳忠帥團隊發展了一種低成本、簡單高效、規模化的絲網印刷技術，成功製備出兼具良好機械柔性、高安全和長壽命的平面化鋅錳微型電池。研究以二氧化錳、鋅粉、石墨烯為功能材料，分別配置出鋅錳電池的正負電極和石墨烯集流體觸變性油墨；然後採用多步絲網印刷的方法，實現了平面化鋅錳微型電池的規模化製備。該鋅錳電池不僅具有環境友好、高安全的特點，而且表現出了超長的工作壽命，在5C的電流密度下循環1300圈仍能保持83.9%的比容量，同時兼具良好的機械柔性和性能一致性。該工作提出了一種非常有工業應用前景的規模化製備平面化鋅錳微型電池的方法，也為其它平面化柔性儲能器件的發展提供了新的思路。相關研究以「Scalable fabrication of printed Zn//MnO2planar micro-batteries with high volumetric energy density and exceptional safety」為題目，發表在National Science Review上。
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DOI: 10.1093/nsr/nwz070
圖2 絲網印刷平面化鋅錳微型電池製備
NSR (IF13.222)：通過溶液處理實現磁性極化切換的大面積多鐵複合氧化物外延薄膜
具有可調結構的複雜氧化物具有許多引人入勝的特性，但高質量的複雜氧化物外延和精確控制的成分仍然是遙不可及的。在此，中科院深圳先進技術研究院李江宇課題組聯合湘潭大學的謝淑紅教授等人發展了適用於多鐵(1-x)BiTi(1-y)/2FeyMg(1-y)/2O3-(x)CaTiO3(BTDM-CTO)的大面積固溶單晶外延，在原子尺度上證實了其具有強自發極化的鐵電性。成分均勻調整導致室溫下的體積磁化0.07±0.035μB/Fe，實現磁致極化開關，具有較大的磁電係數。這項工作表明了在外延BTFM-CTO薄膜中潛在的解決方案處理大規模複雜氧化物外延和建立新型室溫磁電耦合,從而能夠探索更大空間的組成和結構。相關研究以「Large-scale multiferroic complex oxide epitaxy with magnetically switched polarization enabled by solution processing」為題目，發表在National Science Review上。
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DOI: 10.1093/nsr/nwz143
圖3 BTFM-CTO的晶格和溶液處理
npjCompu.Mater.(IF 9.200)：鋰硫電池的錨定行為：多體效應
南京理工大學劉偉、李爽教授等人採用最先進的多體分散(MBD)方法來研究鋰硫(Li -S)電池的錨固行為，這與臭名昭著的「穿梭效應」密切相關。根據金屬硫化物(FeS和SnS2)，研究發現，與其他範德華方法（vdW）相比，MBD方法能更準確地預測錨固機理的方法。文中系統地研究了兩種原型錨固材料——Ti2CF2和摻雜石墨烯體系的錨固機理。發現多體效應對錨定行為的減少起著重要作用，特別是當系統極化較大且vdW相互作用主導錨定行為時。這項工作加深了對錨定機理的基本認識，為篩選抑制梭形效應的錨定材料提供了更準確的標準。相關研究以「Revisiting the anchoring behavior in lithium-sulfur batteries: many-body effect on the suppression of shuttle effect為題目，」發表在npj Computational Materials上。
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圖4 LiPSs吸附在Ti2CF2上的吸附構型和電荷轉移
npjCompu.Mater.(IF 9.200)：仿生自摺疊策略打破碳納米結構材料的強度和延展性之間的平衡
石墨烯具有非凡的機械、電子和熱學性能是有希望構建宏觀高性能和多功能材料的構件之一。碳納米結構材料會出現常見的材料強度-延性悖論，受絲蛋白得益於摺疊結構的構象及其轉變而具有的卓越機械性能的啟發，武漢大學高恩來教授等提出了一種拓撲策略，即通過自摺疊石墨烯片獲得超高延展性的石墨烯基材料，同時保持良好的抗拉強度。石墨烯基材料的機械性能得到了極大的改善，這歸功於在自摺疊界面上對剪切、滑動和展開變形的利用。分子動力學模擬結果表明，無論是調節自摺疊長度還是工程界面的相互作用，都能有效地控制自摺疊結構間範德華界面的強度、延性和延性破壞，其中界面剪切、滑動和打開的開口通道會耗散機械能。在分子動力學模擬原子尺度變形的基礎上，用基於連續介質力學的模型討論了這些材料的變形破壞機理。研究發現為承重工程中強韌性材料的微觀結構設計帶來了深刻的見解。相關研究以「Bio-inspired self-folding strategy to break the trade-off between strength and ductility in carbon-nanoarchitected materials」為題目，發表在npj Computational Materials上。
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圖5 力學參數和幾何參數對SFGMs力學行為的影響
Nano-Micro Letters(IF 9.043)：高容量釩酸銨作陰極的鋅離子電池
環境友好型、安全可靠的可充電鋅離子電池(ZIBs)因其資源豐富的優勢，在大規模儲能領域的潛在應用成為全球關注的焦點。儘管已經取得了初步的成功，但要想實現容量> 400 mAh g−1的鋅離子存儲仍然是一個巨大的挑戰。在這裡，廣東工業大學芮先宏、黃少銘教授聯合中國科學技術大學餘彥教授等證明了NH4V4O10(NVO)作為高容量陰極在有限容量下突破ZIBs瓶頸的可行性。初步的理論計算表明，層狀NVO是沿其[010]方向在層間空間提供快速Zn2+離子分流通道的良好宿主。另一方面，為了進一步增強Zn2+離子插層的動力和長期的循環穩定性，NVO納米粒子自組裝的三維結構被定量設計和製造通過微波-輔助水熱的方法。因此，這種3DNVO陰極具有高容量(485mAh g-1)和優越的長期循環性能(3000次)，在10 A g−1(~ 50 s至完全放電/充電)的情況下。相關研究以「A HighCapacity Ammonium Vanadate Cathode for Zinc-Ion Battery」為題目，發表在Nano-Micro Letters上。
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圖6 3D-NVO結構示意圖及化學和物理特性表徵
Nano-Micro Letters(IF 9.043)：一種提高集成電容的超微孔炭材料
電極材料的孔隙結構對提高碳基超級電容器的功率密度和穩定性具有重要意義。在此，北京化工大學於運花教授團隊聯合華盛頓州立大學WeiHong Zhong教授通過一步碳化/活化緻密的纖維素(BC)前體，然後氮/硫雙摻雜，製備了具有超高集成電容的超微孔碳。微孔碳具有高度集中的微孔(~ 2 nm)和相當數量的亞微孔(2g−1)和充填密度(1.18 g cm−3)。協同效應來自於特定的多孔結構和最佳摻雜，有效地增強了離子存儲和離子/電子傳輸。因此，卓越的特殊電容，包括超高的重量和容量電容(430 F g−1和507 F cm−3，在0.5 A g−1時)，即使在10 A g−1(327 F g−1和385 F cm−3)的高電流密度下也具有良好的循環和速率穩定性。通過合成多孔碳和BC骨架，全固態纖維素超級電容器呈現出超高的區域能量密度(~ 0.77 mWh cm−2)、體積能量密度(~ 17.8 W L−1)和極好的循環穩定性。相關研究以「An Ultra microporous Carbon Material Boosting Integrated Capacitance for Cellulose Based Supercapacitors」為題目，發表在Nano-Micro Letters上。
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DOI: 10.1007/s4082002003937
圖7 u-MPC的製備及其對能量密度的增強機制
Nano Research(IF 8.515)：一種新的電池方案:將納米結構的磷陽極與硫化鋰陰極耦合
鋰離子電池已接近理論極限，無法滿足人類社會日益增長的需求。鋰硫電池具有較高的理論比能，是下一代儲能的理想選擇。然而，鋰電池中鋰金屬的使用損害了安全性和性能，導致了枝晶的形成和容量的快速下降。以前的研究探索了替代電池系統，以取代Li-S電池中的金屬鋰，例如Si/Li2S耦合。近年來，人們開始關注紅磷作為鋰離子的良好負極材料。在此，華中科技大學孫永明教授聯合史丹福大學崔屹教授利用P/C納米複合陽極和塗有硫化鋰的碳納米纖維陰極，建立了一種新的電池方案。研究發現，紅磷陽極在以醚基的電解質體系中可以兼容，並能成功地與硫化鋰陰極耦合。這種概念證明全電池顯示出顯著的比容量，速率和循環性能。該工作將提供一個有用的替代系統和有價值的見解，以尋求下一代能源存儲設備。相關研究以「A novel battery scheme: Coupling nanostructured phosphorus anodes with lithium sulfide cathodes」為題目，發表在Nano Research上。
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圖8 納米P/Li2S電池的三維結構示意圖
Nano Research(IF 8.515)：葉酸受體靶向的二維納米探針對動脈粥樣硬化斑塊的分子成像
脆弱的動脈粥樣硬化斑塊是大多數心血管疾病的原因。葉酸受體(FR)陽性活化的巨噬細胞被認為是易損斑塊形成的重要組成部分。廈門大學張現忠、鄭南峰教授與中國醫學科學院藥物研究所朱海波團隊合作開發葉酸偶聯的2D Pd@Au納米材料(Pd@Au-PEG-Fa)，用於對進展期動脈粥樣硬化斑塊中的FRs進行靶向性多模態成像。單光子發射計算機斷層掃描(SPECT)、計算機斷層掃描(CT)和光聲成像(PA)證實動脈粥樣硬化斑塊中血液半衰期延長和放射性物質的富集。在重粥樣硬化斑塊中，SPECT、CT和PA顯像在體內檢測到強信號，注射Pd@Au-PEG-FA後明顯高於正常動脈粥樣硬化斑塊。預注過量葉酸(FA)阻斷研究可有效降低Pd@Au-PEG-FA對動脈粥樣硬化斑塊的靶向能力，進一步證實Pd@Au-PEG-FA對斑塊病變的特異性結合。組織病理學特徵表明，探針信號與高危斑塊一致。綜上所述，Pd@Au-PEG-FA具有良好的藥代動力學特性，為檢測動脈粥樣硬化斑塊中出現FRs的高危斑塊提供了一種有價值的方法。相關研究以「Molecular imaging of advanced atherosclerotic plaques with folate receptor-targeted 2D nanoprobes」為題目，發表在Nano Research上。
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圖9 探針設計與應用原理圖
Microsystems & Nanoengineering (IF 5.616)：電紡CNT嵌入ZnO納米纖維生物傳感器電化學檢測阿特拉津
印度理工學院Shiv Govind Singh教授等報導了一種基於MWCNT嵌入ZnO納米纖維的簡便、靈敏、選擇性和無標籤的阿特拉津電化學檢測平臺的設計和開發。利用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、x射線衍射(XRD)、x射線光電子分光鏡(XPS)、紫外-可見分光鏡(UV-VIS)和傅立葉變換紅外分光鏡(FTIR)對電紡納米纖維進行了表徵。採用電化學阻抗譜(EIS)和循環伏安法(CV)對MWCNT-ZnO納米纖維修飾電極的電化學性能進行了研究。利用電化學和電化學方法，研究了阿特拉津與抗阿特拉津抗體在納米纖維修飾電極上的結合反應。由於MWCNT-ZnO納米纖維的高導電性、表面積大、帶隙小，在檢測範圍10 zM-1µM，傳感器已經達到了靈敏度和檢測極限(LoD)為21.61 (KΩ μg−1mL−1)cm−2、5.368zM。本發明的免疫傳感平臺具有良好的穩定性、選擇性、重複性和重現性，且不易受到幹擾。相關研究以「Electrospun CNT embedded ZnO nanofiber based
biosensor for electrochemical detection of Atrazine: a step closure to single molecule detection」為題目，發表在Microsystems & Nanoengineering上。
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圖10 MWCNT嵌入ZnO納米纖維的合成及生物電極的製備
Microsystems & Nanoengineering(IF 5.616)：一種基於單層石墨烯薄膜的聲波傳感器用於高靈敏度檢測內毒素
靈敏層的厚度對具有延遲線結構和較低石墨烯層數的水平剪切表面聲波（SH-SAW）生物傳感器的靈敏度有重要影響。因此，重慶大學的穆小靜、徐溢教授等開發了一種基於化學氣相沉積生長單層石墨烯(SLG)的無標籤和高靈敏度的SH-SAW生物傳感器用於內毒素檢測。採用該方法，在36° Y-90° X石英襯底上製備了SH-SAW生物傳感器，在246.2 MHz的頻率下，利用丙烯酸材料製作有效的檢測單元。為了提高表面親水性，將殼聚糖塗覆在SLG膜表面。通過與戊二醛交聯，適配體被固定在SLG膜表面。內毒素檢測結果驗證了靈敏度，線性檢測範圍為0 ~100ng /mL，檢測限(LOD)低至3.53 ng/mL。此外，通過檢測從大腸桿菌(E. coli)、銅綠假單胞菌(P. aeruginosa)和黃麴黴毒素中提取的內毒素，驗證了該型SH-SAW生物傳感器從氣相到液相的穩定性良好。因此，這種類型的SH-SAW生物傳感器為內毒素檢測提供了一種有前途的方法，具有巨大的臨床應用潛力。相關研究以「An aptamer-based shear horizontal surface acoustic wave biosensor with a CVD-grown singlelayered graphene film for high-sensitivity detection of a label-free endotoxin」為題目，發表在Microsystems & Nanoengineering上。
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圖11 採用SLG技術的SH-SAW裝置的工作原理和結構
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