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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：2879次

《Nano-Micro Letters》（NML，納微快報）是上海交通大學創辦的英文學術期刊。期刊主要報道與納米/微米尺度相關的最新科技進展及評論性文章，旨在推動納米/微米科技的創新發展。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創辦于2009年，內容涵蓋物理、化學、生物、材料、工程等學科，收錄主題包括但不限于：納米材料的合成和表征、納米領域的量子物理學、納米級建模和模擬、基于納米材料或納米結構的微器件、納米傳感器、納米電子學、納米生物學及生物技術、納米醫學、基于納米結構和納米材料的太陽能電池、與納米和微型材料相關的應用等。

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

NML期刊網站首頁“Articles”欄目設立了“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。筆者總結發現，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、生物醫學及電子器件領域（圖1）。

圖1 NML“Most Read”主題

為了帶領大家一覽優秀國刊的風采，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，希望能給相關領域的科研工作者們帶來一絲啟發。

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）的電學和光學特性有很大影響，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，人們希望能構建多層結構來實現高效的PSCs。

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

有鑒于此，日本東海大學的Masao等人[1]提出了一種實用的多層前端接觸設計，以實現高效的單結PSCs和鈣鈦礦型疊層太陽能電池（TSCs）。作者采用工業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電子傳輸層的優化和重現性進行了深入研究。

結果表明，優化后的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的光學和電學效應進行了嚴格的模擬研究，并將實驗結果和模擬結果進行比較。最終結果顯示，作者設計出的單結PSCs與平面單結PSCs相比，能量轉換效率提高了30%以上。這項工作表明了多層前端接觸的優化對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注，被認為是未來儲能系統中鋰離子電池（LIB）的替代品之一。然而，鉀離子較大的半徑（1.38 ?）會導致離子擴散速率緩慢，且電極材料在反復充放電過程中易產生大的體積膨脹。因此，KIB的主要挑戰在于設計結構或組成新穎的電極材料，從而實現其高比容量、長循環壽命和優異的倍率性能。

有鑒于此，韓國高麗大學的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次循環內沒有明顯的衰減。作者認為，這種獨特的結構設計不僅可以為電子和離子轉移提供足夠的通道，而且可以減輕電化學反應過程中 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境問題的出現，先進的能源轉換技術引起了學術界和工業界的廣泛關注。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，因為它們能夠直接將燃料中的化學能轉化為電能。然而，燃料電池和金屬空氣電池陰極的氧還原反應（ORR）極其遲鈍，其過電位高、穩定性差，需要催化劑來提高反應活性。

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模的商業應用。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、高物理化學穩定性、突出的活性、燃料免疫和環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，武漢理工大學木士春團隊[3]從雜原子摻雜和缺陷誘導共設計的角度，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，特別是二者協同促進作用的特點、ORR性能及相關機理。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展現狀和未來前景。這一綜述將有助于合理設計和制造高效的碳基電催化劑。

圖4 非金屬碳基ORR電催化劑的發展及典型構型示意圖

·受貽貝啟發的氧化還原活性導電聚合物納米顆粒用于水凝膠生物電子學

導電水凝膠通常是通過將導電納米材料或本征導電高分子摻入到水凝膠骨架中來制備的。然而，導電納米材料，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，這種團聚阻礙了導電通路的形成。因此，基于導電納米材料的復合水凝膠通常具有較差的導電性。傳統導電水凝膠的組織因粘附性差，所以常導致不穩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的啟發，西南交通大學魯雄教授團隊[4]提出了一種用于制備導電、氧化還原活性、親水性導電聚合物/磺化木質素納米顆粒（CP/LS NPs）的通用策略，并將該納米顆粒作為納米填料，用于制備導電水凝膠。這種導電納米顆粒是通過乳液聚合的方式制備的，其中磺化木質素不但作為模板與導電高分子進行纏結形成納米顆粒，而且對導電高分子進行摻雜從而提高其導電性。

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

類似于貽貝粘附化學，由于導電聚合物能夠促進木質素分子上的兒茶酚/醌基之間的相互轉換，制備的CP/LS NPs具有氧化還原活性，這種動態氧化還原平衡使木質素上的酚羥基能長期維持在較高值，從而賦予CP/LS NPs摻雜的水凝膠優異的粘附特性。這種原位形成納米結構的策略開創了將導電聚合物應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域的應用

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合，其親和性、穩定性、分散性、修飾性和易功能化是一些突出的優點，從而使得納米纖維素-石墨烯雜化材料表現出極其優異的綜合特性。此外，隨著環境問題的加劇，不可再生能源日益枯竭，設計和開發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發展的關鍵策略之一。

有鑒于此，清華大學朱宏偉團隊[5]綜述了目前最先進的納米纖維素-石墨烯復合材料的合成、功能化制備及在多傳感領域的應用。這些復合材料在電子器件、環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-石墨烯復合材料在多傳感應用中的發展現狀、持續的挑戰和潛在的未來前景。

圖6 纖維素結構示意圖

總結與展望

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

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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