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別刷微博熱搜了，快來看看近半年的納微快報熱搜榜吧！

來源：測試GO 時間：2021-12-09 23:05:08 瀏覽：3225次

《Nano-Micro Letters》（NML，納微快報）是上海交通大學(xué)創(chuàng)辦的英文學(xué)術(shù)期刊。期刊主要報道與納米/微米尺度相關(guān)的最新科技進展及評論性文章，旨在推動納米/微米科技的創(chuàng)新發(fā)展。自2012年獲得第一個影響因子（IF：2.057）以來，短短的幾年時間，NML的影響因子一路突飛猛進，2021年最新影響因子高達16.419！

NML創(chuàng)辦于2009年，內(nèi)容涵蓋物理、化學(xué)、生物、材料、工程等學(xué)科，收錄主題包括但不限于：納米材料的合成和表征、納米領(lǐng)域的量子物理學(xué)、納米級建模和模擬、基于納米材料或納米結(jié)構(gòu)的微器件、納米傳感器、納米電子學(xué)、納米生物學(xué)及生物技術(shù)、納米醫(yī)學(xué)、基于納米結(jié)構(gòu)和納米材料的太陽能電池、與納米和微型材料相關(guān)的應(yīng)用等。

隨著影響力的提升，NML的年發(fā)文量近幾年也在逐漸增加，但幅度并不大，2020年最新年發(fā)文量僅187篇，從筆者統(tǒng)計的趨勢上看，2021年年發(fā)文量即使略有增加，也大概率會維持在200篇左右，可見NML對收錄發(fā)表的文章的要求也是較高的

NML期刊網(wǎng)站首頁“Articles”欄目設(shè)立了“Recent”、“Most Read”和“Most Download”三個主題，分別用來展示最近收錄的文章、最近點擊量最高的文章以及最近下載量最高的文章。筆者總結(jié)發(fā)現(xiàn)，截止目前，進入“Most Read”主題的文章總共有12篇，主要涉及儲能、催化、生物醫(yī)學(xué)及電子器件領(lǐng)域（圖1）。

圖1 NML“Most Read”主題

為了帶領(lǐng)大家一覽優(yōu)秀國刊的風(fēng)采，筆者特意選取了該主題里的部分研究成果進行了解讀介紹，希望能給相關(guān)領(lǐng)域的科研工作者們帶來一絲啟發(fā)。

NML“熱搜榜”解讀

·TiO2嵌入多層前端接觸用于高效鈣鈦礦太陽能電池

通常，前端接觸對鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的電學(xué)和光學(xué)特性有很大影響，PSCs需要足夠高效才能達到太陽能電池高效光子吸收的一些基本要求。單層的前端接觸對PSCs的效率提升有限，因此，人們希望能構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)高效的PSCs。

在多層前端接觸中，電子傳輸層（ETL）被認為是一個關(guān)鍵影響元素，緊湊、均勻分布和無孔隙的ETL是獲得高能量轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素之一。此外，ETL的質(zhì)量，如能級排列、電荷遷移率和形態(tài)等對于提高PSCs的光伏性能影響較大。因此，為了實現(xiàn)高效的PSCs，詳細了解材料的前端接觸設(shè)計、沉積技術(shù)和光電特性至關(guān)重要。

有鑒于此，日本東海大學(xué)的Masao等人[1]提出了一種實用的多層前端接觸設(shè)計，以實現(xiàn)高效的單結(jié)PSCs和鈣鈦礦型疊層太陽能電池（TSCs）。作者采用工業(yè)上可行的噴霧熱解沉積法（SPD）制備了高度致密的二氧化鈦（TiO2-CL）薄膜，并對TiO2電子傳輸層的優(yōu)化和重現(xiàn)性進行了深入研究。

結(jié)果表明，優(yōu)化后的TiO2 ETL厚度為70 nm，短路電流密度為21.3 mA cm-2，開路電壓為1.07 V，填充因子為72%，光電子轉(zhuǎn)換效率高達16.55%，這是目前為止采用SPD法生長的TiO2 ETL的平面型PSCs中的最高值。

此外，為了研究前端接觸對PSCs的光電特性的影響，作者還采用三維時域有限差分法（FDTD）和有限元方法（FEM）對PSCs的光學(xué)和電學(xué)效應(yīng)進行了嚴(yán)格的模擬研究，并將實驗結(jié)果和模擬結(jié)果進行比較。最終結(jié)果顯示，作者設(shè)計出的單結(jié)PSCs與平面單結(jié)PSCs相比，能量轉(zhuǎn)換效率提高了30%以上。這項工作表明了多層前端接觸的優(yōu)化對PSCs性能的突出作用。

圖2 鈣鈦礦太陽能電池的制備原理及形貌表征

·中空介孔碳球限域的CoSe2@NC納米晶用于鉀離子電池

鉀離子電池（KIB）因高能量密度和原材料儲量豐富而備受關(guān)注，被認為是未來儲能系統(tǒng)中鋰離子電池（LIB）的替代品之一。然而，鉀離子較大的半徑（1.38 ?）會導(dǎo)致離子擴散速率緩慢，且電極材料在反復(fù)充放電過程中易產(chǎn)生大的體積膨脹。因此，KIB的主要挑戰(zhàn)在于設(shè)計結(jié)構(gòu)或組成新穎的電極材料，從而實現(xiàn)其高比容量、長循環(huán)壽命和優(yōu)異的倍率性能。

有鑒于此，韓國高麗大學(xué)的Kang等人[2]使用了一種真空輔助策略在空心介孔碳納米球（HMCSs）中均勻形成金屬有機骨架，最終合成限制在HMCS中的氮摻雜碳包裹的超細CoSe2納米晶（CoSe2@NC/HMCS）。在硒化過程中，由2-甲基咪唑衍生的氮摻雜碳基質(zhì)和中空介孔碳納米球的小孔之間的“雙重約束”，可有效地防止CoSe2納米晶體的過度生長。

用于鉀離子電池時，在0.1 A g-1的電流密度下，CoSe2@NC/HMCS復(fù)合材料的初始放電容量為675 mAh g-1，初始充電容量為448 mAh g-1，初始庫侖效率（CE）為66%，且其比容量在120次循環(huán)內(nèi)沒有明顯的衰減。作者認為，這種獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅可以為電子和離子轉(zhuǎn)移提供足夠的通道，而且可以減輕電化學(xué)反應(yīng)過程中 CoSe2納米晶體的體積膨脹。同時，這種合成策略也可以擴展合成其他高性能新型電極。

圖3 CoSe2@NC/HMCS納米晶的合成

·缺陷與摻雜共設(shè)計策略制備非金屬納米碳基ORR電催化劑

隨著化石燃料的加速耗竭和一系列環(huán)境問題的出現(xiàn)，先進的能源轉(zhuǎn)換技術(shù)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。燃料電池和金屬空氣電池被認為是最有希望的下一代清潔能源系統(tǒng)，因為它們能夠直接將燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。然而，燃料電池和金屬空氣電池陰極的氧還原反應(yīng)（ORR）極其遲鈍，其過電位高、穩(wěn)定性差，需要催化劑來提高反應(yīng)活性。

貴金屬鉑（Pt）及其合金一直被認為是最先進的ORR催化劑，但資源有限、成本高、易受燃料影響（如CO失活）和耐久性差等缺點極大地限制了其大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。因此，在過去的幾十年里，探索高效、低成本和儲量豐富的ORR電催化劑引起了人們極大的興趣。

在所有潛在的替代材料中，功能化碳納米材料因其豐富的儲量、易于制備、高物理化學(xué)穩(wěn)定性、突出的活性、燃料免疫和環(huán)境友好性而受到廣泛的研究，被認為是最有前途的ORR催化劑之一。納米碳增強的ORR活性通常被認為來自雜原子（如N，B，P，或S）摻雜或各種誘導(dǎo)缺陷。然而，在實際中，碳基材料通常包含摻雜和缺陷。

為此，武漢理工大學(xué)木士春團隊[3]從雜原子摻雜和缺陷誘導(dǎo)共設(shè)計的角度，綜述了非金屬碳基ORR電催化劑的研究進展。作者著重分析和討論了這些功能化納米碳通過雜原子摻雜、缺陷誘導(dǎo)，特別是二者協(xié)同促進作用的特點、ORR性能及相關(guān)機理。最后，從雜原子摻雜和缺陷工程兩方面提出了碳基電催化劑的發(fā)展現(xiàn)狀和未來前景。這一綜述將有助于合理設(shè)計和制造高效的碳基電催化劑。

圖4 非金屬碳基ORR電催化劑的發(fā)展及典型構(gòu)型示意圖

·受貽貝啟發(fā)的氧化還原活性導(dǎo)電聚合物納米顆粒用于水凝膠生物電子學(xué)

導(dǎo)電水凝膠通常是通過將導(dǎo)電納米材料或本征導(dǎo)電高分子摻入到水凝膠骨架中來制備的。然而，導(dǎo)電納米材料，如石墨烯，碳納米管（CNT）或銀納米線等在水凝膠形成過程中容易團聚，這種團聚阻礙了導(dǎo)電通路的形成。因此，基于導(dǎo)電納米材料的復(fù)合水凝膠通常具有較差的導(dǎo)電性。傳統(tǒng)導(dǎo)電水凝膠的組織因粘附性差，所以常導(dǎo)致不穩(wěn)定的電信號檢測和高的界面電阻，同時該類水凝膠組織親和性也有待提高。

受貽貝粘附蛋白氧化還原反應(yīng)的啟發(fā)，西南交通大學(xué)魯雄教授團隊[4]提出了一種用于制備導(dǎo)電、氧化還原活性、親水性導(dǎo)電聚合物/磺化木質(zhì)素納米顆粒（CP/LS NPs）的通用策略，并將該納米顆粒作為納米填料，用于制備導(dǎo)電水凝膠。這種導(dǎo)電納米顆粒是通過乳液聚合的方式制備的，其中磺化木質(zhì)素不但作為模板與導(dǎo)電高分子進行纏結(jié)形成納米顆粒，而且對導(dǎo)電高分子進行摻雜從而提高其導(dǎo)電性。

與目前報道的導(dǎo)電納米顆粒相比，由于使用生物相容性磺化木質(zhì)素作為導(dǎo)電高分子的摻雜劑，CP/LS NPs形成的導(dǎo)電水凝膠具有優(yōu)良的生物相容性和細胞親和性，且由于磺化木質(zhì)素中親水性基團的存在，CP/LS NPs具有良好的水分散性，能夠在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中均勻分布并形成良好連接的導(dǎo)電通路。因此，基于CP/LS NPs的水凝膠具有良好的導(dǎo)電性。

類似于貽貝粘附化學(xué)，由于導(dǎo)電聚合物能夠促進木質(zhì)素分子上的兒茶酚/醌基之間的相互轉(zhuǎn)換，制備的CP/LS NPs具有氧化還原活性，這種動態(tài)氧化還原平衡使木質(zhì)素上的酚羥基能長期維持在較高值，從而賦予CP/LS NPs摻雜的水凝膠優(yōu)異的粘附特性。這種原位形成納米結(jié)構(gòu)的策略開創(chuàng)了將導(dǎo)電聚合物應(yīng)用于水凝膠的新途徑，以用于具有柔性和粘性的生物電子器件。

圖5 CP/LS NPs復(fù)合材料的制備

·納米纖維素-石墨烯雜化材料在多功能傳感器領(lǐng)域的應(yīng)用

天然衍生的納米纖維素具有獨特的理化特性，作為可再生智能納米材料具有巨大的潛力，在集成石墨烯等功能二維碳材料后，能夠精確定制特性并用于多功能傳感器。總的來說，將納米纖維素和石墨烯復(fù)合，其親和性、穩(wěn)定性、分散性、修飾性和易功能化是一些突出的優(yōu)點，從而使得納米纖維素-石墨烯雜化材料表現(xiàn)出極其優(yōu)異的綜合特性。此外，隨著環(huán)境問題的加劇，不可再生能源日益枯竭，設(shè)計和開發(fā)這種混合多功能材料一直是下一代先進功能材料和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵策略之一。

有鑒于此，清華大學(xué)朱宏偉團隊[5]綜述了目前最先進的納米纖維素-石墨烯復(fù)合材料的合成、功能化制備及在多傳感領(lǐng)域的應(yīng)用。這些復(fù)合材料在電子器件、環(huán)境和人體生物信號的檢測及模擬方面顯示出了巨大的潛力，可作為多功能傳感平臺。作者首先分別綜述了納米纖維素、石墨烯的合成，并總結(jié)了兩者的界面相互作用和功能化的基本原理。隨后，詳細介紹了制備可再生多功能化納米材料技術(shù)的最新進展，討論了作為多功能傳感平臺的新型納米纖維素-石墨烯雜化材料實現(xiàn)的可能性及方法。最后，作者重點介紹了納米纖維素-石墨烯復(fù)合材料在多傳感應(yīng)用中的發(fā)展現(xiàn)狀、持續(xù)的挑戰(zhàn)和潛在的未來前景。

圖6 纖維素結(jié)構(gòu)示意圖

總結(jié)與展望

可以看到，能夠進入NML“熱搜榜”的文章，必然是極其優(yōu)秀的論文，且作為國內(nèi)較為優(yōu)秀的期刊，NML緊跟學(xué)術(shù)熱點，重點關(guān)注領(lǐng)域集中于儲能、催化、生物醫(yī)藥和傳感器等方向，這在一定程度上也能代表最新最熱的學(xué)術(shù)進展，相信這也能給廣大的科研工作者們帶來一絲啟發(fā)！

參考文獻

[1] Shahiduzzaman, M., Hossain, M.I., Visal, S. et al. Spray Pyrolyzed TiO2 Embedded Multi-Layer Front Contact Design for High-Efficiency Perovskite Solar Cells. Nano-Micro Lett. 13, 36 (2021). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00559-2.

[2] Yang, S.H., Park, SK. & Kang, Y.C. MOF-Derived CoSe2@N-Doped Carbon Matrix Confined in Hollow Mesoporous Carbon Nanospheres as High-Performance Anodes for Potassium-Ion Batteries. Nano-Micro Lett. 13, 9 (2021). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00539-6.

[3] Zhang, J., Zhang, J., He, F. et al. Defect and Doping Co-Engineered Non-Metal Nanocarbon ORR Electrocatalyst. Nano-Micro Lett. 13, 65 (2021). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00579-y.

[4] Gan, D., Shuai, T., Wang, X. et al. Mussel-Inspired Redox-Active and Hydrophilic Conductive Polymer Nanoparticles for Adhesive Hydrogel Bioelectronics. Nano-Micro Lett. 12, 169 (2020). https://doi.org/10.1007/s40820-020-00507-0.

[5] Brakat, A., Zhu, H. Nanocellulose-Graphene Hybrids: Advanced Functional Materials as Multifunctional Sensing Platform. Nano-Micro Lett. 13, 94 (2021). https://doi.org/10.1007/s40820-021-00627-1.

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