清华大学Nature Materials，中科院Nature Materials| 顶刊日报20240416

1.清华大学Nature Materials：一种铁磁极性金属的设计

极性金属由于其独特的功能，受到了人们的广泛关注。近日，清华大学于浦报道了Ca ₃ Co ₃ O ₈ 中本征共存铁磁性、极性畸变和金属性的实验发现。

 

本文要点：

1)  这种材料通过四面体CoO ₄ 单层和八面体CoO ₆ 双层的交替堆叠而结晶。铁磁性金属态被限制在CoO ₆ 层内，并且由于Co位移而产生破坏的反转对称性。空间反演和时间反演对称性的破坏，以及它们的强耦合，产生了具有奇异无磁场非互易电阻率的本征磁手性各向异性。

           

2)  偶极诱导的自旋轨道耦合产生了一种拓扑霍尔效应，这种效应在宽的温度-磁场相空间中持续存在。该工作不仅为探索金属系统中极性和磁性之间的耦合提供了重要平台，还定义了一种实现奇异相关电子态的设计策略。

     

参考文献：

Jianbing Zhang et.al A correlated ferromagnetic polar metal by design Nature Materials 2024

DOI:  10.1038/s41563-024-01856-6

https://doi.org/10.1038/s41563-024-01856-6

           

2.中科院Nature Materials：多元合金加工硬化不稳定性的调控

长期以来，强度-延展性的权衡一直是传统金属结构材料中的一个棘手问题，在多主元素合金中也不例外。在超高屈服强度下，塑性不稳定性（颈缩）过早发生，导致延展性几乎完全消失。近日， 中国科学院力学研究所武晓雷等人 利用过早颈缩来进行VCoNi多主元素合金的加工硬化。    

 

本文要点：

1)  作为初始拉伸响应的Lüders带在带前沿引起持续的局部颈缩，从而产生三轴应力和应变梯度，导致位错快速扩散。此外，位错与局部化学有序区域的相互作用导致额外的加工硬化。双重加工硬化相结合，可反向抑制和稳定过早颈缩，并促进均匀变形。

           

2)  因此，作者实现了强度和延展性的协同作用，其中延展性约为20%，室温和低温变形过程中的屈服强度为2 GPa   。该发现为协同加工硬化提供了一种不稳定性调控策略，以克服超高屈服强度下的强度-延性悖论。

     

参考文献：

Bowen Xu et.al Harnessing instability for work hardening in multi-principal element alloys Nature Materials 2024

DOI:  10.1038/s41563-024-01871-7

https://doi.org/10.1038/s41563-024-01871-7

           

3.华东师范大学Science Advances：沸石-金属氧化物体系催化聚乙烯与二氧化碳的偶联转化    

沸石催化的聚乙烯(PE)芳构化反应通过氢化和氢解反应降低芳烃收率。二氧化碳加氢所需的氢可以由芳构化过程中形成的氢自由基提供。

           

近日， 华东师范大学赵晨，Jingqing Tian，马冰等人 使用沸石-金属氧化物催化剂(HZSM-5+CuZnZrO _x )在380 ℃、无氢和无溶剂的条件下，有效地将PE和CO ₂ 转化为芳烃和CO。

           

文章要点

1） 在HZSM-5上PE芳构化产生的氢，通过沸石的Brnsted酸性中心扩散到邻近的CuZnZrO _x ，在那里被 CO ₂  原位捕获，产生碳酸氢盐，并进一步氢化为 CO。这有利于芳构化，同时抑制氢化和二次氢解反应。

           

2） 芳烃收率为 62.5 wt%，其中 60% 由苯、甲苯和二甲苯 (BTX) 组成。CO ₂  的转化率高达 0.55 mmol g _PE ⁻¹  。

           

该芳构化-氢捕获途径为废塑料和二氧化碳的综合利用提供了一种可行的方案。

 

参考文献：    

Yangyang Liu, et al, Coupled conversion of polyethylene and carbon dioxide catalyzed by a zeolite–metal oxide system, Sci. Adv. 10, eadn0252 (2024)

DOI：10.1126/sciadv.adn0252

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn0252

           

4.Science Advances：具有可切换功能的机械稳定的聚合物分子筛膜用于高二氧化碳分离性能

开发高性能的二氧化碳选择性捕集膜对于推进节能的二氧化碳捕集技术至关重要。虽然分子筛长期以来一直是有吸引力的膜材料，但将其转化为实际的膜应用一直是具有挑战性的。

           

近日， 韩国科学技术院Tae-Hyun Bae等人 介绍了一种创新的方法来制作聚合物分子筛膜，以实现出色的二氧化碳分离性能，同时保持机械稳定性。

           

文章要点：

1） 首先，由精心设计的可溶液加工、超交联和官能化的聚合物制备出具有高透气性和机械稳定性的聚合物分子筛膜。然后，通过随后引入各种胺基载体来微调二氧化碳的选择性。

           

2） 在各种胺中，聚乙烯亚胺因在保留超微孔的同时使较大的孔区功能化而脱颖而出，从而改善了二氧化碳/氮的分离性能。优化后的膜表现出优异的二氧化碳/氮分离性能，超过了其他已报道的聚合物分子筛膜，甚至与迄今报道的大多数碳分子筛膜竞争。    

 

参考文献

Hongju Lee and Tae-Hyun Bae, Mechanically stable polymer molecular sieve membranes with switchable functionality designed for high CO2 separation performance, Sci. Adv. 10, eadl2787 (2024)

DOI: 10.1126/sciadv.adl2787

https://www.science.org on April 13, 2024

           

5.Science Advances：用于有机光电子器件的具有通用三层结构的全溶液处理超柔性可穿戴传感器

全溶液处理的有机光电器件可以大规模制造集成多种功能的超薄可穿戴电子产品。然而，有机光电子复杂的多层堆叠器件结构给可扩展生产带来了挑战。

           

近日， 日本理化学研究所Takao Someya，Kenjiro Fukuda等人 建立了全溶液工艺来制造可穿戴的、自供电的光体积图(PPG)传感器。通过使用适用于有机光伏、光电探测器和发光二极管的三层器件结构，研究人员实现了与蒸发电极的复杂参考器件相当的性能和更高的稳定性。

           

文章要点：

1） 基于全溶液处理的有机发光二极管和光电探测器的PPG传感器阵列可以在大面积的超薄衬底上制备，以实现长期存储稳定性。

           

2） 研究人员将其与大面积、全溶液处理的有机太阳能组件集成在一起，实现了自供电的健康监测系统。

           

3） 研究人员基于有机光电子学在大面积超薄衬底上制造出具有复杂功能的高通量可穿戴电子设备。

           

研究发现可以促进集成复杂功能的超薄电子设备的高通量制造。

     

参考文献

Lulu Sun, et al, All-solution-processed ultraflexible wearable sensor enabled with universal trilayer structure for organic optoelectronic devices, Sci. Adv. 10, eadk9460 (2024)

DOI: 10.1126/sciadv.adk9460

https://www.science.org on April 13, 2024

           

6.JACS：可溶液操作的酸性导电MOF

发展导电MOF材料是个巨大挑战，这是因为MOF的掺杂是个较大的挑战。

           

有鉴于此， 浦项科技大学Sarah S. Park 、 俄勒冈大学Christopher H. Hendon 等 报道通过在 六羟基三苯（hexahydroxytriphenylene） 链接分子上安装悬垂有机胺分子，得到与Cu ₃ (HHTP) ₂ 相同结构的Cu ₃ (HHTATP) ₂ 。    

           

本文要点：

1） 得到的Cu ₃ (HHTATP) ₂ 具有特征性的CuO ₄ 金属节点，最大导电性高达1.21 S/cm，这是二维MOF导电材料最好的结果。合成的Cu ₃ (HHTATP) ₂ 能够通过酸处理得到质子化，并且通过质子化提高导电性。

           

2） 作者通过旋涂酸性溶液的方式制备Cu ₃ (HHTATP) ₂ 的大面积薄膜。这项工作实现了一种具有前景的溶液处理构筑导电掺杂MOF材料的方法。

参考文献

Geunchan Park, Monique C. Demuth, Christopher H. Hendon*, and Sarah S. Park* ,  Acid-Dependent Charge Transport in a Solution-Processed 2D Conductive Metal-Organic Framework , J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI:  10.1021/jacs.4c02326

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c02326    

           

7.东南大学Adv Mater综述：解决纳米酶pH局限的机理、方法、应用

在过去十年，纳米酶的发展得到广泛关注，通常起到类过氧化物酶、类氧化酶样和类过氧化氢酶的纳米酶的表现与pH有关，而且人们对于纳米酶的催化机理并不清楚，这严重影响了纳米酶技术的应用。因此人们需要对纳米酶的pH效应有关的机理进行总结讨论，而且进一步讨论如何克服这些局限性。

           

有鉴于此， 东南大学张宇、 马明 、 武昊安 等 综述讨论如何打破纳米酶性能受到pH值的局限性的现象产生的机理，以及方法与应用。

           

本文要点：

1） 总结各种活性随pH变化而变化的纳米酶，并且分析讨论催化环境重构的相关概念、提高纳米酶催化活性和打破pH局限的相关问题。此外，对受到pH值影响的纳米酶在传感、疾病诊断、降解污染物等领域的应用进行总结。最后，讨论如何发展受pH影响纳米酶的挑战以及未来发展的前景。

           

2） 这些总结讨论有助于设计受pH影响纳米酶的设计，拓展这些纳米酶的应用场景，提高纳米酶的效率。

               

           

参考文献

Kaizheng Feng, Guancheng Wang, Shi Wang, Jingyuan Ma, Haoan Wu, Ming Ma, Yu Zhang, Breaking the pH Limitation of Nanozymes: Mechanisms, Methods and Applications, Adv. Mater. 2024

DOI: 10.1002/adma.202401619

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202401619

           

8.华东师范Adv Mater：内嵌CoP的MOF电催化还原硝酸盐制备氨    

在中性溶液环境下电催化还原硝酸盐的技术为绿色合成氨和处理废水提供具有前景的技术，电催化剂的理性设计是成功的关键。

           

有鉴于此， 华东师范大学 余承忠教授 、 刘超 研究员等 基于机器和物流概念，将CoP纳米粒子组装在分子筛咪唑框架材料（Zn-ZIF）内部，从而构筑了纳米工厂，得到性能优异的电催化还原硝酸盐催化剂。

           

本文要点：

1） 将双金属的ZnCo-ZIF进行选择性磷化处理生成CoP，随后生成的CoP能够作为催化活性位点（类似机器的作用）进行分子制造（将NO ₃ ^- 转化为NH ₄ ⁺ ）。Zn-ZIF保留的阳离子有助于反应物的输送，将NO ₃ ^- 反应物通过自动输送的方式传输到催化活性位点，而且及时将NH ₄ ⁺ 从纳米工厂转移。

           

2） Zn-ZIF和CoP之间的相互作用能够调控电子结构，提升缺电子状态的Co位点的d能带位置，因此改善NO ₃ ^- 还原/加氢催化生成NH ₃ ，并且限制竞争的HER反应。CoP/Zn-ZIF纳米工厂实现优异的电催化还原硝酸盐性能，法拉第效率达到97 %，氨的产率高达0.89 mmol cm ^-1  h ^-1 ，该性能达到报道电催化剂的范围。这项研究为开发高效率的电催化剂提供帮助。    

           

参考文献

Chaoqi Zhang, Yue Zhang, Rong Deng, Ling Yuan, Yingying Zou, Tong Bao, Xinchan Zhang, GuangFeng Wei, Chengzhong Yu, Chao Liu ,  Enabling Logistics Automation in Nanofactory: Cobalt Phosphide Embedded Metal‐Organic Frameworks for Efficient Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia , Adv. Mater. 2024

DOI:  10.1002/adma.202313844

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202313844

     

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