材料前沿最新綜述精選(2017年8月第3周)

 

　　

 

 

 

　　圖1 常見的鈣鈦礦裝置結構示意圖

 

　　可溶液加工的有機金屬雜化鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)光轉換效率(PCE)的快速提高給光伏(PV)產業帶來了前所未有的發展，并可進一步將其應用于其他電子設備，如發光二極管，光電檢測器和電池。典型的PSCs由夾在電子和空穴之間的鈣鈦礦膜組成，分別產生ESC /鈣鈦礦和鈣鈦礦/ HSC界面。 選擇性接觸及其界面決定了鈣鈦礦層的性質，并且還控制了PSCs的性能，光伏作用，開路電壓，器件穩定性和PSC中的滯后。近日，康斯坦茨大學Azhar Fakharuddin、馬來西亞彭亨大學Rajan Jose、海梅一世大學Ivan Mora-Sero(共同通訊)等人定義了理想的電荷選擇性接觸，并對于接口材料的選擇如何影響電荷累積，傳輸，轉移/復合，帶對準和PSCs中的電穩定性進行了概述。文章還討論了器件相關的問題，如選擇性接觸(平面或介孔)的形態，能量學和電學性質(絕緣和導電)及其化學性質(有機和無機)。 最后，作者展望了基于鈣鈦礦光伏技術的關鍵挑戰和未來發展方向。

 

　　文獻鏈接：Interfaces in Perovskite Solar Cells(Adv.Energy Mater.,2017,DOI:10.1002/aenm.201700623)

 

　　2 、Angewandte Chemie International Edition綜述：鎂電池背后的熱烈宣傳：對合成化學家關于電解質和陰極需求的公開選拔

 

　　

 

 

 

　　圖2 原子結構圖

 

　　諸如鋰離子電池的先進能量存儲技術給便攜式電子設備帶來了福音，包括移動電話和微型計算機，并且對電動汽車的開發和應用至關重要。鎂金屬是優異的陽極，其具有鋰金屬體積容量的兩倍，并且與標準氫電極相比具有-2.37V的負還原電位。 鎂的主要優點是在充電期間可以明顯減少枝晶形成。近日，來自北美豐田研究所的John Muldoon和Claudiu B. Bucur以及北歐化工技術解決方案公司的Thomas Gregory(共同通訊)等人闡述了電解質和陰極發展歷程中的重要研究，并討論了鎂電池走向實際應用必須克服的一些重大挑戰。

 

　　文獻鏈接：Fervent Hype behind Magnesium Batteries: An Open Call to Synthetic Chemists—Electrolytes and Cathodes Needed(Angew. Chem. Int. Ed.,2017,DOI:DOI: 10.1002/anie.201700673)

 

　　3 、Progress in Polymer Science綜述：電紡納米纖維：聚合物基復合材料中新興的填充物

 

　　

 

 

 

　　圖3 自2010年起基于納米纖維型的電紡納米纖維增強聚合物復合材料的科學出版物分布

 

　　自20世紀90年代以來，快速發展的靜電紡絲技術因為能夠產生直徑為納米級的連續纖維，因此獲得了研究者越來越多的興趣。盡管人們為探索電紡絲納米纖維(如分離，催化，納米電子學，傳感器，能量轉換/儲存和生物醫學)的應用做出了巨大的努力，但是在聚合物復合材料中增強這些納米纖維性能的嘗試是有限的。近日，來自西安交通大學的于德梅教授、美國北卡羅萊納州農業技術州立大學的Lifeng Zhang(共同通訊)等人發表綜述，論述了電紡納米纖維具有通常其它納米級復合填料/增強劑沒有的綜合優點，例如連續性，材料選擇的多樣化，可的控直徑/結構，合理的對準/組裝，批量生產能力等。 因此，電紡納米纖維作為下一代聚合物復合材料的增強填料具有巨大的潛力。

 

　　文獻鏈接：Electrospun Nanofiber: Emerging Reinforcing Filler in Polymer Matrix Composite Materials(Prog. Polym. Sci.,10.1016/j.progpolymsci.2017.08.002)

 

　　4、Chemical Reviews綜述：太陽能轉換中的超快電子動力學

 

　　

 

 

 

　　圖4 太陽能轉換中電子動力學原理圖

 

　　電子是太陽能轉換的關鍵。 通過光催化過程將光能轉化為光伏發電，或通過光催化過程轉化為能量豐富的分子(太陽能燃料)，總是以能量豐富的電子的光誘導開始。這些電子在實際裝置中的獲得取決于一系列電子傳遞過程，其動力學和效率決定了材料和器件的功能。為了捕獲太陽能電池材料中的光電子-空穴對的能量，必須將相反電荷與靜電吸引力分離，防止重新組合并將其通過活性材料輸送到可以提取的電極。在光催化太陽能燃料生產中，這些電子過程耦合到化學反應，導致光的能量存儲在化學鍵上。近日，瑞典隆德大學Villy Sundström(通訊作者)等人討論了目前正在開發的用于染料或量子點敏化的太陽能電池，富勒烯聚合物太陽能電池，有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池以及一些光催化系統。

 

　　文獻鏈接：Ultrafast Electron Dynamics in Solar Energy Conversion(Chem.Rev.,2017,DOI:10.1021/acs.chemrev.6b00807)

 

　　5、Accounts of Chemical Research綜述：四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯——從偶然發現到有希望的雜環光電材料

 

　　

 

 

 

　　圖5 四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯雜環光電材料結構示意圖

 

　　有機光電子學的發展需要具有光物理和電子性質合適組合的化合物。芳族醛，芳香胺和丁烷-2,3-二酮的多組分反應可以直接獲得以前不可用的1,2,4,5-四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯。通常，芳族核心的構造僅僅是長期進行多步驟官能化的第一階段。相反，1,2,4,5-四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯的合成會影響帶有C2的對稱性框架中預先安置的取代基，從而有了大量的結構可能性。此外，醛組分的空間位阻有利于提高產物的產率。近日，波蘭科學院Daniel T. Gryko(通訊作者)等人詳細討論了四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯從發現到成熟的歷程，并敘述了其在雜環光電材料的應用。

 

　　文獻鏈接：The Tetraarylpyrrolo[3,2-b]pyrroles—From Serendipitous Discovery to Promising Heterocyclic Optoelectronic Materials(Acc.Chem.Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00275)

 

　　6、Accounts of Chemical Research綜述：RNA切割DNA酶的發現和生物傳感應用

 

　　基于DNA的酶或DNA酶不存在于自然界中，但可以使用試管技術從隨機序列DNA庫分離。 自1994年第一個DNA酶的報道以來，人們已經分離和研究了許多用于化學轉化的催化性DNA分子。近日，麥克馬斯特大學的李應福(通訊作者)等人首先描述了當“進行16個并行選擇”以尋找針對每個可能的RNA二核苷酸連接點進行切割的DNA酶時，對“8-17”小DNA酶序列適應性的意外發現。這項研究還揭示了8-17對嘧啶-嘧啶接頭活性差的事實。根據這些信息，作者發現在生理條件下表現出強烈催化活性的多種非8-17 DNA酶。最后結果還表明DNAzymes與DNA復制的相容性可以有利于擴增機制的設計，其可將RNA切割DNA酶的作用與滾動循環擴增(等溫DNA擴增技術)聯系起來。

 

　　文獻鏈接：Discovery and Biosensing Applications of Diverse RNA-Cleaving DNAzymes(Acc.Chem.Res.,2017,DOI:10.1021/acs.accounts.7b00262)

 

　　7、Chem綜述：用于太陽能技術的膠體量子點

 

　　膠體量子點(QDs)因為它們具有優異的光電性質，例如尺寸依賴吸收光譜，有效的電荷分離和運輸以及良好的光穩定性，因此作為各種太陽能技術的吸收劑已被廣泛研究。 在過去十年中，為了闡明以結構為主的光電子特性，人們已經開展了許多研究工作，目的是最大限度整體地提高太陽能裝置的功率轉換效率。近日，魁北克大學Federico Rosei(通訊作者)等人討論了這些量子點的化學合成方法和性質，并強調其在太陽能電池，太陽能驅動產氫和發光太陽能集中器設備中的應用。作者通過強調合成具有不同結構和組成的量子點的各種策略敘述了近期在這個領域的研究進展。文章還討論了用于調整量子點和金屬氧化物中電荷動力學的可用方法。 此外，作者還介紹了幾種基于量子點的太陽能設備，并討論了其制造和性能。最后，文中闡述了量子點控制合成要解決的挑戰。