《Science》、《 Nature》近期化學前沿要聞一覽

1.實時多光譜光生成像技術進展和應用

（Advances in real-timemultispectral optoacoustic imaging and its applications）

     光生成像對生物組織內的光散射不敏感，而且，與傳統光成像技術不同，光生成像是一種能對組織內部高解析度可視化成像的技術。最近，在雷射技術、檢測策略和反演技術方面的進步大幅促進了光生成像技術的發展。一個明顯的標誌是二維和三維的視頻速率多光譜成像技術的發展。Taruttis等就光生成像技術的發展及其在生物和臨床應用方面撰寫了相關綜述。（Nature Photonics DOI: 10. 1038/NPHOTON. 2015. 29）

2.一種超快充電的鋁離子電池

（An ultrafastrechargeable aluminium-ion battery）

     開發可充電電池系統可以滿足從個人電子設備到大型電網的各種能量需求。可充電式鋁基電池具有低成本、低可燃性及高容量的潛在優點。不過，在過去30年中研究者們在研究鋁離子電池的過程中一直遇到各種問題，如陰極材料分解、低的放電電壓（約0.55伏）、壽命短、衰減快等。Lin等最近報導了一種高容量的可充電式鋁電池，這種電池使用鋁金屬作為陽極，三維石墨泡沫作為陰極，不可燃的離子液體作為電解質。這種電池表現出接近2V的放電電壓，以及 70mAh g–1的比容量。他們發現這種陰極可以進行快速的離子擴散和插入，因此1分鐘內便可完成充電，並且在7500個循環內沒有容量衰減。（Naturedoi: 10. 1038/ nature 14340）

3.具有穩定三線激發態的超長有機磷光材料

（Stabilizing tripletexcited states for ultralong organic phosphorescence）

     通過分子設計的手段來控制有機分子的發光性質催生了很多高性能的光電子器件的誕生。不過，在合成具有長壽命激發態分子方面科學家們卻一直沒有很大突破，這主要是因為激發態是一種極不穩定的狀態，很容易失活。An等報導了一種可調節發光壽命的分子設計方法，這種方法可適用於多種類型的分子，其原理是通過強耦合作用來穩定分子的三線態能級。他們設計的分子發光壽命最長可達1.35s，遠長於傳統的有機螢光分子。作者稱他們的工作為拓展有機磷光材料的應用範圍邁開重要一步。（Nature Materials DOI: 10. 1038/ NMAT 4259）

4．一種顏色可調、可編織的纖維狀聚合物發光電化學電池

（A colour-tunable,weavable fibre-shaped polymer light-emitting electrochemical cell）

     可穿戴電子設備和光電子設備的出現不僅需要開發高度柔性的器件，同時還要滿足器件可以編織，這樣才有實際應用價值。Zhang等開發了一種顏色可調、可編織的纖維狀聚合物發光電化學電池（PLEC）。這種纖維狀的PLEC是通過全溶液加工的辦法加工的，因此便於放大規模生產。他們設計的纖維電池具有同軸結構，陰極為修飾過的金屬線，陽極為導電碳納米管，中間夾著電致發光聚合物層。纖維狀帶來了獨特的優勢，例如發光不受視角影響、能提供多種顏色、質輕、柔性、可編織。這種可編織的電池有望未來被製作成可發光的智能衣服。（Nature Photonics DOI: 10. 1038/ NPHOTON.2015. 37）

5.雷射誘導定位的質譜成像

（Mass spectrometryimaging with laser-induced postionization）

     基質輔助雷射解吸電離質譜成像技術（MALDI-MSI）可以同時記錄組織切片內很多細胞的水平分布情況，不過它的靈敏度受到離子數量的限制。Soltwisch等使用波長可調的定位雷射技術來激發氣相離子的二次解離。通過這種辦法，他們成功將動植物組織分子內離子產率的提高了100倍。作者稱這項技術可以使得靈敏MALDI-MS成像技術在微米尺度範圍檢測橫向分布成為可能。（ScienceDOI:10.1126/science.aaa1051）

6.基於可調納米結構的量子點高效發光器件

（High-efficiencylight-emitting devices based on quantum dots with tailored nanostructures）

 

     半導體量子點材料因其獨特的光學特性而被科學家廣泛關注，這些特點包括發射波長隨尺寸變化、窄發射光譜、高發光效率等。最近，Yang等人報導了基於量子點的全系列藍光、綠光、紅光發光器件，每種器件都有超過10%的極高的外量子效率。他們發現量子點的納米結構，尤其是中間層的組成成分和外層厚度對決定器件效率起到至關重要的作用。這些器件均是通過溶液加工法製備的，因此易於放大規模生產。其中，綠光和紅光器件的壽命分別超過90000 和 300000小時。 （Nature Photonics DOI: 10. 1038/ NPHOTON. 2015. 36）

7．使用P型金屬氮化物納米線陣列在可見光條件下解離水

（Visible light-drivenefficient overall water splitting using p-type metal-nitride nanowire arrays）

     依靠太陽能來電解水制氫氣是一種未來生產可再生能源的途徑之一。Kibria等報導了一種利用可見光高效、穩定的電解水製備氫氣的方法。他們所使用的材料是p型摻雜的氮化銦鎵納米陣列。在中性水 （PH= 7）的條件下，體系的表觀量子效率為12.3%。通過使用雙層p型摻雜的氮化鎵/氮化銦鎵納米線異質結結構，他們展示出在聚光條件下太陽能-氫氣轉換效率達到1.8%。作者稱這一穩定高效的納米級光催化體系有潛力應用於大規模的太陽能-燃料轉化方面。（Nature Communications DOI: 10.1038/ ncomms 7797）

8.通過人造界面偶極來控制鈣鈦礦異質結界面的能帶排列

（Controlling bandalignments by artificial interface dipoles at perovskite heterointerfaces）

     「界面即器件」這一概念廣泛影響了很對基於界面的電子器件，如催化劑、清潔能源系統和最近出現的多功能器件。很多器件的性質決定於界面間的能帶排列，而能帶排列常受界面偶極的影響。不過，在鈣鈦礦材料中人為的創造和控制界面偶極還沒有被嘗試過，而這種方法對這類材料可能會很有效果。Yajima等人報導了可在鈣鈦礦金屬-半導體異質結中調控能帶排列的辦法。他們通過在界面處插入正電荷或負電荷改變界面偶極實現這一目標的。作者稱這種方法可用來改變功函數，從而提高器件性能。（Nature Communications DOI: 10. 1038/ ncomms 7759）