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| 1 | 高熵合金材料研究进展(英文)显示文摘根据人类开发材料的能力来看,合金成分经历了从简单到复杂的发展过程.合金的功能和性能不断改善,同时促进了人类文明进步.具有多组分的高熵合金(HEAs)可以有效地改善合金的微观结构和性质.高熵合金具有诸如高强度和高硬度、优异的耐腐蚀性和热稳定性、良好的抗疲劳强度及断裂强度、强耐辐射性等优异的性能,这是传统的合金无法比拟的.这些优异的性能也说明高熵合金未来具有非常高的应用前景.近年来,高熵合金在各个领域也呈现出快速发展的趋势.为了更好地了解高熵合金的基础,未来快速开发出具有更加优异性能的高熵合金,本文综述了近年来关于高熵合金的发展.高熵合金的发展已经经历了两个阶段,第一个阶段为等摩尔-单相固溶体结构的高熵合金,第二阶段为非等摩尔比的多相固溶体高熵合金.本文主要讨论了高熵合金的制备方法、组分设计、相形成和微观结构、优异的性能和高熵合金在计算模拟方面的应用,同时提出了高熵合金的未来发展趋势和前景. | 张蔚冉 Peter K.Liaw 张勇 | 2018 | Science China Materials2018，61，1： | 48 |
| 2 | 基于银纳米线/PDMS微结构复合电介质的柔性透明电容式压力传感器及其在穿戴式触摸键盘的应用(英文)显示文摘对可穿戴电子设备来说,采用简易制备技术得到具有高灵敏度、快速响应的压力传感器至关重要.本文成功地研制了一种基于特殊微结构银纳米线/PDMS复合电介质层材料的柔性透明电容式压力传感器.与采用纯PDMS平面结构的电介质层器件相比,有微结构的传感器具有更高的灵敏度(0.831 kPa-1,<0.5 kPa),更低的检测范围,更好的稳定性和耐久性.本文对导电填料含量和微结构的增强传感机理也进行了讨论.此外,还研制了一个5×5的传感器阵列并用于柔性透明的可穿戴式触摸键盘系统.研究结果表明所研制的压力传感器在未来的电子皮肤领域将具有良好的应用前景. | 史瑞龙 娄正 陈帅 沈国震 | 2018 | Science China Materials2018，61，12： | 28 |
| 3 | 用于光电催化还原CO_2为燃料的设计进展(英文)显示文摘当今能源危机以及全球温室效应日益严重.以太阳能驱动的CO_2还原为解决这些问题提供了一个全新的绿色途径,并受到研究者的广泛关注.光电催化过程能够整合光催化和电催化两者的优势,从而实现对CO_2还原更高的效率和更理想的选择性.近几十年来,光电催化CO_2还原蓬勃发展,已经取得了一些令人瞩目的成果.本文总结了近年来基于光电催化CO_2还原的设计工作.在讨论CO_2还原的基本理论和评价体系的基础上,我们首先介绍了光阴极的调控手段,包括提高光利用效率、开拓催化活性位点、调控反应过程等等.此外,我们还讨论了最近发展的用于CO_2还原的新型光电催化装置.我们最后总结了光电催化CO_2还原目前还面临的问题和此领域今后研究的重点. | 张宁 龙冉 高超 熊宇杰 | 2018 | Science China Materials2018，61，6： | 23 |
| 4 | 硼热/碳热还原技术制备高致密度、高纯度高熵硼化物陶瓷(英文)显示文摘以过渡金属氧化物(MOx)和碳化硼(B4C)为原料,采用硼热/碳热还原技术在1800℃下制备得到了等摩尔比的亚微米级五元高熵硼化物(Ti0.2Hf0.2Zr0.2Nb0.2Ta0.2)B2粉体,并深入探讨了硼热/碳热还原过程中产物的物相、形貌以及固溶体变化过程.X射线衍射谱表明所制备的粉体在1800℃即形成了单相结构,但直到2000℃样品中各元素才分布均匀.将得到的粉体在2050℃/50 MPa的条件下进行放电等离子烧结,获得了相对密度为97.9%的高熵硼化物陶瓷.研究发现,当烧结温度从2000℃增加到2050℃时,高熵陶瓷晶粒迅速长大,平均晶粒尺寸从6.67μm增大到41.2μm.2000℃下制备得到的高熵硼化物陶瓷具有良好的力学性能,其硬度、杨氏模量和断裂韧性分别为22.44±0.56 GPa,~500 GPa,2.83±0.15 MPa m^1/2. | 顾俊峰 邹冀 孙世宽 王皓 于苏洋 张金咏 王为民 傅正义 | 2019 | Science China Materials2019，62，12： | 19 |
| 5 | 二维有机-无机杂化钙钛矿:从材料性能到器件应用(英文)显示文摘二维(2D)钙钛矿材料(包括纯2D和准2D)是在传统意义上的三维钙钛矿晶格中插入大基团卤化铵形成的.在过去的20年里,二维钙钛矿材料种类不断丰富,相关理论研究不断深入,在光电器件领域的应用不断拓展.本综述介绍了2D钙钛矿材料的基本形成机制和性能,汇总和比较了2D钙钛矿薄膜的制备方法,并给出了其在太阳电池以及发光二极管领域的应用实例.最后,提出了该领域亟待解决的问题,以及未来的研究趋势. | 马爽 蔡墨朗 程泰 丁希宏 时小强 Ahmed Alsaedi Tasawar Hayat 丁勇 谭占鳌 戴松元 | 2018 | Science China Materials2018，61，10： | 18 |
| 6 | 具有近红外吸收的二维/三维ZnIn2S4/氮掺杂石墨烯光催化剂的制备及其高效CO2捕获和光催化还原性能(英文)显示文摘具有宽光谱太阳能利用的分等级异质结光催化剂,正成为一种新兴的先进光催化材料,被应用于太阳能驱动二氧化碳转化为高附加值的化学原料.本工作通过水热法使二维硫化铟锌纳米墙垂直生长于三维氮掺杂石墨烯泡沫上,形成分等级异质结光催化剂.该催化剂展现出优异的光热转换效率、选择性捕获CO2和光催化还原CO2的能力.在273 K和1个大气压条件下,负载1 wt%氮掺杂石墨烯泡沫的复合催化剂表现出最优异的性能,其中对CO2和N2的吸附选择性为30.1,并且对CO2的等量吸附热为48.2 kJ mol^-1.在无助催化剂和牺牲剂的条件下,负载1 wt%氮掺杂石墨烯泡沫的复合催化剂,其光催化转化CO2为CH4、CO和CH3OH的效率分别是纯的硫化铟锌的9.1、3.5和5.9倍.该增强效应得益于三维石墨烯泡沫高度开放的网状结构,良好的CO2吸附能力和两种组份之间的强相互作用.此外,利用原位照射X射线光电子能谱仪和开尔文探针技术分析了电荷转移的方向,本工作为设计高效太阳能转化分等级异质结光催化剂开辟了新的思路. | 夏阳 程蓓 范佳杰 余家国 刘刚 | 2020 | Science China Materials2020，63，4： | 17 |
| 7 | 黑磷量子点/g-C_3N_4复合光催化剂的制备及其增强的光催化还原CO_2到CO性能(英文)显示文摘开发还原二氧化碳生成燃料和有价值化学品的低成本、非金属半导体光催化剂,是减少二氧化碳浓度的一种有效方案.本工作通过简单的静电吸附方法成功地将黑磷量子点(BPQDs)分散在石墨相氮化碳(g-C_3N_4)载体上,成功制备了BP@g-C_3N_4复合材料,并对其在紫外-可见光激发下光催化还原CO_2的性能进行了研究.电化学表征,瞬态吸收光谱和荧光光谱数据表明BPQDs的负载提高了g-C_3N_4的载流子分离效率.在氙灯的照射下,与g-C_3N_4(CO的生成速率为2.1μmol g^(-1)h^(-1))相比,BP@g-C_3N_4复合材料光催化还原CO_2活性显著提高(当BPQDs的负载量为1 wt%时,CO的生成速率为6.54μmol g^(-1)h^(-1)).本工作发展了一种新型的可还原CO_2的非金属基光催化剂. | 韩春秋 李珏 马照宇 谢海泉 Geoffrey I.N.Waterhouse 叶立群 张铁锐 | 2018 | Science China Materials2018，61，9： | 17 |
| 8 | 析氢反应中电催化剂设计与构效关系:从纳米结构到单原子显示文摘随着全球能源需求的增加和环境污染的加剧,氢能作为一种新型的能源越来越受到广泛的关注.高效催化剂的设计和开发是制氢研究中极具挑战性的难题.催化剂的表界面组成与结构对其性能具有极其重要的影响,如何科学地设计调控催化材料表界面结构来提高电催化析氢反应的活性和稳定性一直是催化领域研究的重点.本综述针对电催化析氢体系中的多尺度催化剂设计合成为研究对象,以纳米结构催化剂的设计及构效关系为出发点,总结了目前针对电催化析氢反应的纳米催化剂的合成及构效关系的研究进展,从原子尺度提出纳米催化剂高活性的起源.结合目前报道的各种单原子催化剂的设计合成、在析氢反应中的应用及构效关系的研究,讨论了设计定向单原子位点析氢催化剂的方向,同时对电解水制氢催化剂的发展趋势和挑战进行了展望. | 潘原 张超 林燕 刘智 王敏敏 陈晨 | 2020 | Science China Materials2020，63，6： | 17 |
| 9 | 超低温环境下亚稳态CoCrFeNi高熵合金的优异塑性和锯齿流变行为(英文)显示文摘低温环境下,位错的运动受到限制而导致极少数的金属和合金能保持优异的力学性能,尤其是塑性.本文研究了具有面心立方结构的CoCrFeNi高熵合金的超低温服役,发现其在低温环境下具有优异的综合性能. 4.2 K时的拉伸强度达到1260 MPa,同时延伸率达到62%,展现出极强的低温应用潜力;超低温环境下,高熵合金极低的层错促进了变形孪晶的产生,使其表现出高强高韧的优异力学性能.此外,在液氦环境下,该合金中FCC-HCP的相转变和锯齿流变行为使得合金在77 K以下温度的塑性降低;同时,关于锯齿特征的动态模型分析证实由于相变行为的出现导致该合金中锯齿行为的不稳定特点.液氦环境下,大量的变形孪晶和相变行为的共同作用导致了较高的应变硬化率,从而使高熵合金的塑性变形维持在较高的应力水平,并且形成了锯齿特征. | 刘俊鹏 郭晓向 林青云 何战兵 安祥海 李来风 Peter K.Liaw 廖晓舟 于利萍 林均品 谢璐 任景莉 张勇 | 2019 | Science China Materials2019，62，6： | 16 |
| 10 | 金属氧化物中的氧空位:先进催化剂设计的新进展显示文摘高效、稳定的催化材料有望解决日益严峻的环境污染和能源危机问题.金属氧化物具有高稳定性、低成本以及高催化活性等优点,在能源转换和环境净化等领域有广阔的应用前景,已广泛应用于H2O裂解、CO2还原、固氮以及污染物的高级氧化等催化领域中.氧空位作为金属氧化物中普遍存在的一种内在缺陷,被证实可显著影响甚至改变材料的物理化学性质,是调控催化剂结构和催化性能的有效手段.深入了解催化材料氧空位的调节以及氧空位对催化性能的作用机制,为设计出高效金属氧化物催化剂提供重要理论基础.本文综述了近年来调控氧空位的基本原理和控制因素,介绍了氧空位的结构与催化活性的基本关系,包括如何影响材料的光吸收、电荷分离和反应物的吸附活化等,着重介绍了氧空位的形成机制及其对金属氧化物催化特性的影响.同时,我们还对多组分催化过程中,氧空位与其他类型催化组分间的协同催化机制进行了总结.最后,本文提出了材料缺陷工程在催化领域面临的机遇和挑战. | 庄国鑫 陈雅文 庄赞勇 于岩 余家国 | 2020 | Science China Materials2020，63，11： | 15 |
| 11 | 用于锂金属负极的轻质、高掺氮量碳纳米纤维基三维集流体(英文)显示文摘锂金属是未来二次电池实现高能量密度化的关键负极材料,然而,如何实现锂金属的均匀和无枝晶沉积是目前制约其实际应用的关键问题.本论文采用静电纺丝技术及高温碳化方法制备了一种轻质、高掺氮量(9.5 at%)的三维碳纳米纤维集流体.该集流体较低的密度能提升基于整个电池的能量密度,而且高掺氮量使其具备亲锂的特性,从而有效降低锂离子在其表面的初始形核过电位,得到均匀的金属锂种子层,实现后续金属锂的均匀沉积.这种三维结构有效抑制了锂枝晶的产生,降低了电池的极化,金属锂沉积/脱除测试中其库伦效率在循环250圈后仍可保持在98%以上.将其沉积金属锂后与LiFePO_4组装全电池,电池极化降低,在循环300圈后容量保持率可达82.4%,表现出很好的应用前景. | 吴浩良 张云博 Yaqian Deng 邓亚茜 黄志佳 张琛 贺艳兵 吕伟 杨全红 | 2019 | Science China Materials2019，62，1： | 15 |
| 12 | 光催化还原CO_2合成太阳燃料半导体光催化剂的设计与制备(英文)显示文摘近年来,严重的化石燃料短缺以及环境污染问题使得人工光合作用引起了科研工作者的广泛关注,光催化转换CO_2成为有价值的太阳能燃料被认为是解决能源危机以及环境问题的最好的方法之一.有效地控制半导体表面的催化反应以及光生载流子是制备高活性以及高选择性半导体CO_2还原光催化剂的关键因素,至今,研究人员已经提出了许多策略来增强光催化转换CO_2的活性以及选择性.本文在分析提高光催化效率和选择性限制因素的基础上,尝试从几个不同方面总结了近些年来提高光催化CO_2还原效率的方法以及它们的设计原理,包括增强半导体可见光响应、促进光生电子空穴分离、提高CO_2的吸附和活化、加速CO_2还原的动力学以及抑制不良反应等方面.因此,本文不仅系统地总结了近年来高活性高选择性光催化CO_2还原光催化剂的设计进展,而且为高效光解水产氢和污染物降解光催化剂的设计提供了重要参考. | 李鑫 温九青 刘敬祥 方岳平 余家国 | 2014 | Science China Materials2014，57，1： | 15 |
| 13 | 金属氧化物纳米材料的设计与合成策略(英文)显示文摘在过去十几年里,纳米材料和纳米技术在新兴技术和新能源方面的应用获得了长足发展.纳米材料由于其异于块体材料的独特性能完全改变了人们对材料性质的认识,并且极大地提高了基于纳米材料的电子、催化、可持续能源转化与存储等元器件的性能.纳米材料的性能随着材料形状、尺寸、以及维度的变化而改变,因此,纳米材料的合成与设计在合理使用与进一步提高现有纳米材料技术与功能材料性能上是至关重要的一步.本综述总结概述了不同维度金属氧化物纳米材料,尤其是以应用最为广泛的氧化钛、氧化锌和氧化锡为代表的纳米材料比较通行的合成方法与策略.此外归纳了各类合成方法以及实验方案并分析了各方法中存在的优缺点.通过对现行合成策略的纵览和理解,我们期待能够进一步发展和优化出以性能为导向的纳米结构并进一步推动纳米科学和技术的发展与进步. | 孙子其 廖婷 寇良志 | 2017 | Science China Materials2017，60，1： | 14 |
| 14 | 用于分子分离的氧化石墨烯膜:机遇与挑战(英文)显示文摘氧化石墨烯作为一种典型二维材料具有单原子层厚度和大量含氧官能团,可作为高性能分离膜的理想构筑单元,已成为近年来的研究热点.通过对氧化石墨烯纳米片的有序组装,可构筑亚纳米尺寸的分子传质通道,对水分子、有机小分子、气体分子具有快速选择性透过效应,在水处理、溶剂纯化和气体分离等膜过程展现出优异的分离性能.本文重点分析了近期氧化石墨烯膜的突破性进展,并指出氧化石墨烯膜用于分子分离过程所面临的机遇与挑战. | 刘公平 金万勤 | 2018 | Science China Materials2018，61，8： | 14 |
| 15 | 双金属有机骨架衍生CuNi/C纳米复合型高效氧还原催化剂的研究(英文)显示文摘氧还原催化剂在金属空气电池和燃料电池的可再生能源技术中起至关重要的作用.尽管该方面研究已有很多,高活性低成本的催化剂的开发仍然十分困难.本文以金属有机骨架为前驱体,成功合成出非贵金属铜镍双金属碳基纳米复合物并作为高效的氧还原催化剂.单金属复合物Cu/C和Ni/C皆具有较好的氧还原催化作用,铜镍双金属复合物进一步综合了二者优点从而提升了催化性能.本文所合成的铜镍双金属复合物中的金属比例可通过调整前驱体中的原料配比来准确控制,所得的一系列金属比例的铜镍双金属碳基纳米复合物在极限电流密度、起始电位和半波电位三个方面都超过了单金属复合物.此外,铜镍双金属碳基纳米复合物在碱性环境中具有良好的稳定性且超过了目前最好的氧还原催化材料铂,大大加强了其作为氧还原催化剂的优势.铜镍双金属碳基纳米复合物优越的电化学催化性能归功于金属铜和镍以及碳材料基底的协同作用. | 吴思思 朱迎港 霍一峰 罗耀聪 张丽华 万弋 南博 曹鲁杰 王振宇 李泯婵 杨明阳 程化 卢周广 | 2017 | Science China Materials2017，60，7： | 14 |
| 16 | 柔性PDMS薄膜摩擦纳米发电机用于监测瞬时力传感和人体关键运动(英文)显示文摘具有出色电学响应和自供电能力的柔性可穿戴传感器已成为个人医疗保健和人机交互领域重要的研究方向.本文制备了一种基于摩擦纳米发电机的柔性自供电触觉传感器,由具有微四棱锥台结构的PDMS薄膜、铜电极以及P(VDF-TrFE)纳米纤维组成.在外部机械力刺激下,该传感器能通过接触-分离模式直接产生电学信号.MEMS工艺制备的均匀可控的微四棱锥台结构和静电纺丝制备的P(VDF-TrFE)纳米纤维,使得传感器展现出高灵敏度(2.97 V kPa^-1、高稳定性(超过40000次循环没有衰减)、快速响应(在1 Hz频率下60 ms)、低压力探测能力(重约35 mg,压强约为4 Pa的水滴)以及良好的线性度(在低压力区域为0.99231).PDMS薄膜的超柔韧性和优异的生物相容性,使得传感器能舒适地贴合在人体皮肤上.此外,所设计的传感器可以通过判断对应的电学响应信号识别各种人体运动类型.基于上述优势,该摩擦纳米发电机有望应用于姿态监测、健康评估以及人机交互等领域. | 余俊斌 侯晓娟 崔敏 石树正 何剑 孙雅薇 王超 丑修建 | 2019 | Science China Materials2019，62，10： | 13 |
| 17 | 二维MXene相Ti_3C_2高效氧还原电催化剂的制备和性能研究(英文)显示文摘二维MXene材料,由于具有良好的导电性和丰富的表面化学性质,在电催化领域具有广泛的应用前景,但在电催化氧还原领域鲜有报道.本文通过HF酸刻蚀和TPAOH插层两步法,用MAX陶瓷制备了具有二维层状结构的MXene相Ti_3C_2材料,并将其用作氧还原电催化剂.制备的二维Ti_3C_2材料厚度为0.5–2.0 nm,表明该材料的层数为1~2层. CV、LSV、RRDE等测试表明,二维Ti_3C_2材料具有良好的ORR性能和稳定性. | 林翰 陈立松 逯向雨 姚鹤良 陈雨 施剑林 | 2019 | Science China Materials2019，62，5： | 13 |
| 18 | 具有高效光热转换性能的碳基纳米复合材料(英文)显示文摘光热转换产生水蒸汽是一种高效的、全新的太阳能利用方式,在污水处理和海水淡化等领域具有广泛应用前景.本文介绍了光热转换的发展以及用作太阳能水蒸汽产生系统的吸光材料的种类,进一步深入分析碳基纳米复合材料(碳纳米管和石墨烯)制备水蒸汽的转换效率,并结合碳基纳米复合材料在光热转换领域的相关研究成果,提出了碳基纳米复合材料在光热领域面临的各种挑战和机遇. | 张骞 徐卫林 王贤保 | 2018 | Science China Materials2018，61，7： | 13 |
| 19 | 分级双核壳架构铱基多金属合金催化剂的高效全解水研究(英文)显示文摘电解水制氢是解决环境和能源危机的一种有效策略.本文采用简便的一步油浴法合成分级双核壳架构(HCSA)铱基多金属合金催化剂,并将其应用于酸性环境中的全解水.所制备的IrNiCu HCSA表现出可以与Pt/C相媲美的氢析出(HER)性能和优于IrO2的氧析出(OER)性能. IrNiCu HCSA作为一种双功能催化剂也显示出卓越的全解水性能,在酸性环境中当电流密度为10 mA cm^-2时电压仅为1.53 V,并且在持续催化20 h后性能基本不变,具有很好的稳定性.本研究为新型铱基多金属合金结构的设计与合成奠定了基础,有望应用于电化学催化水分解领域. | 张洁 陈泽霖 刘畅 赵君 刘思靓 饶德伟 聂安民 陈亚楠 邓意达 胡文彬 | 2020 | Science China Materials2020，63，2： | 13 |
| 20 | 纳米结构硫化镉光催化分解水产氢综述显示文摘太阳能驱动光催化分解水制氢是实现可持续制氢气的一种有效策略.硫化镉半导体光催化剂基于其较强的可见光响应、适宜的氧化还原反应带边位置以及优异的电荷传输性能而备受关注.本文综述了近年来国内外在提高硫化镉基光催化剂制氢性能的设计、改性和制备等方面的研究进展.首先简要介绍了光催化制氢的基本概念和机理,阐述了硫化镉光催化制氢的基本性质、重要进展和瓶颈,综述了该材料的发展前景.随后,重点讨论了硫化镉基光催化剂光催化分解水产氢的各种改性策略,其中有效的策略是产生更多的载流子,促进电荷的有效分离,促进界面电荷转移,加速电荷利用,以及抑制电荷诱导的自光腐蚀.针对每一种改性策略,都详细讨论了影响光催化剂性能的重要因素和未来潜在的研究方向.最后介绍了纳米结构硫化镉和硫化镉基纳米复合材料在光催化分解水产氢中的发展前景和面临的挑战.本综述将为开发镉基半导体光催化剂提供重要和及时的理论指导,并促进其在太阳能氢气生产中的应用. | 沈荣晨 任豆豆 丁英娜 关雅彤 吴永豪 张鹏 李鑫 | 2020 | Science China Materials2020，63，11： | 13 |
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