超硬材料網

       1. 基于金屬二硫化鉬納米片的電化學致動器
       將電能轉換為機械能的致動器在各種機電系統和機器人技術中都很有用，包括應用于可導向的導管、飛機的自適應機翼和減阻風力渦輪等。致動器系統可以基于諸如熱，溶劑吸附/解吸或電化學作用（在諸如碳納米管電極、石墨電極、聚合物電極和金屬的系統中）的各種刺激。Acerce 等人證明，通過在薄塑料基材上對二維金屬二硫化鉬（MoS2）的化學剝離所得納米片的重堆積，所形成的電極薄膜的動態膨脹和收縮可以產生顯著的機械力。具體來說，MoS2 膜能夠產生大約 17 兆帕的機械應力，這高于哺乳動物的肌肉（約 0.3 兆帕）而與陶瓷壓電致動器（約 40 兆帕）相當，并且在高達 1 赫茲情況下應變約為 0.6％。致動器性能歸因于 MoS2 納米片金屬 1T 相的高電導率，重堆積 MoS2 層的彈性模量（2 至 4 千兆帕）和納米片之間的快速質子擴散。這些結果可能會引導產生用于高應變和高頻應用的新型電化學致動器。（Nature DOI: 10.1038/nature23668）

       2.在 NOx 選擇性催化還原中由游離銅離子形成的動態多核位點
       銅離子交換進入沸石對于用氨（NH3）與氮氧化物（NOx）的選擇性催化還原（SCR）是有活性的，但是低溫反應速率對銅（Cu）體積密度的依賴性與單個位點的反應不一致。Paolucci 等人結合了穩態和瞬態動力學測量、X 射線吸收光譜和第一原理計算，以證明在反應條件下，游離的 Cu 離子可以穿過沸石窗口并形成參與氧（O2）-介導 CuI→CuII 氧化還原整體步入 SCR 的瞬態離子對。骨架鋁中心的靜電束縛限制了每個離子可以探索的體積，從而限制了其形成離子對的能力。游離的單個原子動態可逆地形成多核位點表現出異質或均相催化劑常規界限之外的獨特現象。（Science DOI: 10.1126/science.aan5630）

       3. 混合氧化石墨烯/石墨烯層狀膜對 NaCl 和染料的高效排斥
       碳納米材料非常穩健，并且具有對分離技術應用獨特的吸引力，但是當處于長時間強烈的交叉流動時，它們的可擴展性和高耐鹽性仍然面臨挑戰。Morelos-Gomez 等人提出了一種采用簡單環保的方法，通過噴涂石墨烯氧化物/幾層石墨烯/脫氧膽酸鹽的水性分散體制備了石墨烯基的膜。該膜非常強度足夠以承受長時間（120 小時）的強橫向流動剪切，同時保持對陰離子染料 NaCl 的排斥率接近 85％ 和 96％。實驗結果和分子動力學模擬顯示脫氧膽酸鹽的存在增強了這些石墨烯基的膜對 NaCl 的排斥。此外，這些新型混合層狀膜相比純石墨烯氧化物膜顯示出更好的耐氯性。這些可擴大生產的石墨烯基膜具有的脫鹽性能和耐剪切和耐氯性能使其有望用于實際的水分離應用。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2017.160）

       4. 頂點氧對銅超導體內平面交換相互作用程度的影響
       在高 Tc 超導體中，磁性和電子性質由 CuO2 平面中的價電子有效地從一個點躍遷到另一個點的概率來確定，這一機制與現場庫侖排斥相反，并且被跳躍積分所支持。后者的空間范圍與傳輸性質（包括超導性）以及自旋激子（磁子）的色散關系有關。Peng 等人在倒易空間的很大一部分上通過共振非彈性 X 射線散射以極高精度測量并比較了頂端原子數不同的三個反鐵磁母體化合物（單層 Bi2Sr0.9La1.1CuO6+δ，雙層Nd1.2Ba1.8Cu3O6 和無限層 CaCuO2）的磁譜。他們觀察到缺少頂點氧會增加平面內的跳躍范圍，而在 CaCuO2 中，頂點氧促成了真正的三維（3D）交換鍵網絡。這些結果建立了交換相互作用和晶體結構之間的對應關系，并提供了對超導轉變溫度的材料依賴性的新見解。（Nature Physics DOI: 10.1038/NPHYS4248）

       5. 將分子冷卻至多普勒極限以下
       對大多數量子簡并氣體、光學晶格、原子噴泉和其他諸多應用的實驗來說，磁光捕獲和亞多普勒冷卻是必不可少的。一系列廣泛的新應用都期待著超冷分子，而激光冷卻也已經開始向分子延伸了。磁光阱（MOT）已經在單分子物質 SrF 中得到了證明，但尚未達到許多應用所需的亞多普勒溫度。Truppe 等人展示了第二種物質 CaF 的 MOT，并展示了如何使用三維光學粘膠將這些分子冷卻到遠低于多普勒極限的 50μK。這些超冷分子可以裝載到光學鑷子中來捕獲用于量子模擬的任意陣列，或投入到用于測試基本物理學的分子噴泉中，或用于研究在超冷溫度下原子和分子之間的碰撞和化學。（Nature Physics DOI: 10.1038/NPHYS4241）

       6.手性液晶薄膜中半斯格明子的自發形成及其動力學
       斯格明子是不同濃縮物質系統中出現的無核心類渦旋激發，此前對其動力學的實時觀察一直是個挑戰。Nych 等人第一次直接光學觀察到了半斯格明子的自發形成。在手性液晶的薄膜中，根據包括膜厚度在內的實驗條件不同，它們會形成晶格常數為幾百納米的六方晶格，或作為補償其電荷的拓撲缺陷的孤立實體出現。這些半斯格明子表現出了由熱波動驅動的奇妙動力學特性。雖然具有結構接近于光學分辨率極限的特征尺度，但最終實空間成像的數值計算還是成功地證實了實驗觀察結果。手性液晶薄膜由此提供了一個奇妙的平臺，有助于對拓撲激發動力學的直接探索，例如：半斯格明子以及利用光學技術對其進行操作。（Nature Physics DOI: 10.1038/NPHYS4245）

       7. 對乙酰丙酮銅（II）彈性晶體結構變化的原子解析
       單晶通常是易碎非彈性材料。這種機械響應限制了它們在實際應用中的使用，特別是在柔性電子和光學器件中的應用。Worthy 等人描述了眾所周知的配位化合物-乙酰丙酮銅（II）的單晶，這種單晶具有足夠的柔性可以可逆地結合成結。機械測量表明，這種晶體表現出類似于尼龍的軟質材料的彈性，并因此顯示出同時與通常硬物質和軟物質都相關的性質。利用微焦點同步加速器輻射，Worthy 等人繪制了在彎曲時發生的晶體結構變化，從而確定了這種允許原子精度靈活性的機制。在應變下，晶體中的分子能夠可逆地旋轉，從而重新組織以允許彈性所需的機械壓縮和膨脹，而且仍然能夠保持晶體結構的完整性。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/NCHEM.2848）

       8.由團簇前驅體設計和合成的多金屬氧酸鹽-骨架材料
       無機氧化物材料常用于半導體電子學、離子交換、催化、涂料、氣體傳感器以及作為分離材料。盡管對這些無機氧化物材料的合成已經充分理解了，但是由于高溫加工和自上而下的合成方法所施加的穩定性限制卻使得新材料的范圍被減小了。在本綜述中，Vilà-Nadal 等人描述了多金屬氧酸鹽（POM）團簇的衍生化，這使得它們可以通過使用有機或無機連接器組裝成一系列骨架。此外，自下而上的合成方法可用于制備金屬氧化物骨架材料，并且 POM 分子前體的特征可以保留在這些結構中。高度堅固的全無機骨架可以使用金屬離子連接來制備，無需有機組分即可以實現分子合成控制。獲得的骨架具有高穩定性、高催化、光化學和電化學活性。在概念上，這些無機氧化物材料橋接了沸石和金屬-有機骨架（MOF）之間的間隙，并建立了一類新的全無機 POM 骨架，可以利用類似于 MOF 的拓撲和反應原理對其進行設計。（Nature Reviews Materials DOI: 10.1038/natrevmats.2017.54）