Nano Research高被引特色文章簡讀及期刊簡介

【期刊簡介】

《納米研究（英文版）》（Nano Research）是一本國際化、多學科交叉的專業學術期刊。該期刊主要刊登納米研究領域的高質量、原創性的研究論文和綜述文章。文章內容涉及納米科技研究領域的各個方面。2007年由清華大學出版社創辦，2008年正式出刊，至今已逾10年。

目前有近20個資料庫收錄該刊。自2010年1月被SCI收錄後，期刊影響因子一直穩步上升，2016年為7.354，在所屬的4個學科均處於Q1區。2015年開始增加刊文量，國際影響力日益提升，2016年電子版全文下載量約為28.1萬次，電子訂閱機構7500多個，分布在世界各主要大學和研究機構。

2013年和2016年分別獲得「中國科技期刊國際影響力提升計劃」第一期和第二期A類資助；2017年獲得「中國科技期刊登峰行動計劃」項目支持。先後榮獲「中國出版政府獎期刊獎」、「中國百強科技期刊」、「中國最具國際影響力學術期刊獎」和「中國高校精品科技期刊獎」等多個獎項。

【編輯團隊】

主編

戴宏傑：美國科學院院士、美國科學與藝術學院院士、斯坦福大學教授

李亞棟：中國科學院院士、清華大學教授

顧問編委會主席

薛其坤：中國科學院院士、清華大學教授

副主編

彭笑剛：國家「千人計劃」專家、浙江大學教授

段鑲鋒：美國加州大學洛杉磯分校教授

顧臻：美國北卡大學教堂山分校副教授

《納米研究（英文版）》現有編委共68位，國際編委34位（佔50%）；2011年湯森路透評出全世界最優秀100名化學家中，有12位擔任期刊的主編、副主編或編委。

【近兩年高引特色文章簡讀】

（註：所有圖片均來自相應文章）

[催化類]

A mini review on nickel-based electrocatalysts for alkaline hydrogen evolution reaction

Ming Gong, Di-Yan Wang, Chia-Chun Chen*, Bing-Joe Hwang*, and Hongjie Dai*

利用電能將水分解產生氫氣是一種獲取氫氣的理想方法。但是水分解過程是非自發的，需要外界的能量輸入才能進行。高效的水分解催化劑，即氧化水產氧催化劑和還原水產氫催化劑的使用可大大降低能量輸入量，從而更加高效節能地獲取氫氣。

目前在鹼性條件下，質優價廉的產氧催化劑已經研發出來，因而開發具備同樣高活性且低成本的產氫催化劑成為電解水產氫領域的研究重點。由斯坦福大學戴宏傑課題組發表的這篇短綜述展示了目前鎳基產氧催化劑的研究進展，涉及鹼性條件下產氧的機理研究、納米級鎳金屬和鎳合金催化劑、鎳氧化物和氫氧化物催化劑、硫化鎳及磷化鎳催化劑、鎳基異質結複合催化劑的研究進展及相應的催化性能。

A highly active oxygen evolution electrocatalyst: Ultrathin CoNi double hydroxide/CoO nanosheets synthesized via interface-directed assembly

Jun Wu, Zhiyu Ren*, Shichao Du, Lingjun Kong, Bowen Liu, Wang Xi, Jiaqing Zhu, and Honggang Fu*

黑龍江大學付宏剛和任志宇課題組採用兩相界面法合成了超薄的鎳鈷水滑石/氧化鈷複合納米片[圖1(a)和圖1(b)]。作者利用水溶性還原劑還原甲苯相中有機胺配位的金屬離子以生成大量水合金屬納米晶。在兩相界面張力的擠壓作用下，這些形成水合金屬納米晶相互連接、組裝形成超薄納米片。由於Ni與O軌道雜化、Ni和Co元素之間的電子轉移使得部分金屬呈現高氧化態，進而提高了材料的產氧性能。實驗測得在氮氣飽和的1.0 M KOH水溶液中，納米片的起偏電位為1.48 V；電流為10 mA/cm2時的超電位僅為0.3 V[圖1(c)]。

圖1 (a)合成方法示意圖；

(b)合成的鎳鈷水滑石/氧化鈷納米片的透射電鏡（TEM）圖像；

(c)鎳鈷水滑石/氧化鈷納米片的催化產氧性能圖及其同其他材料性能的對比。

Unravelling charge carrier dynamics in protonated g-C3N4interfaced with carbon nanodots as co-catalysts toward enhanced photocatalytic CO2 reduction: A combined experimental and first-principles DFT study

Wee-Jun Ong*, Lutfi Kurnianditia Putri, Yoong-Chuen Tan, Lling-Lling Tan, Neng Li, Yun Hau Ng, Xiaoming Wen, and Siang-Piao Chai*

將二氧化碳還原為有機物是完成碳循環利用的關鍵一步，也是解決目前溫室氣體過度排放帶來的一系列環境問題的潛在途徑之一。開發具有高活性的催化劑是進行規模化二氧化碳還原的前提。

新加坡科技研究局的Wee-Jun Ong團隊和莫納什大學馬來西亞分校的Siang-Piao Chai團隊發表的這篇文章報道了一種碳納米點修飾的氮化碳催化材料。該研究不僅通過實驗系統地對材料結構、物化性質和組成進行了表徵、測試了材料的催化性能[圖2(a)]，還通過第一性原理計算闡釋了材料優異性能的成因：電子可從氮化碳快速傳遞到表面的碳納米點[圖2(b)]，從而形成密集的催化活性位點，將二氧化碳氣體還原為甲烷氣體。

圖2 碳納米點修飾的氮化碳的(a)催化性能穩定性性能；

(b)催化機理示意圖。

Hierarchical MoS2 intercalated clay hybrid nanosheets with enhanced catalytic activity

Kang Peng, Liangjie Fu, Huaming Yang*, Jing Ouyang, and Aidong Tang*

中南大學楊華明課題組與中南大學唐愛東課題組合作發表的該文章報道了一種二硫化鉬基嵌層複合物的合成及其在環境凈化中的應用。作者們利用水熱法，通過十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）的支撐在蒙脫石（MMT）層間原位生長二硫化鉬納米片。所形成的複合材料可有效降解硝基苯酚，一種水體污染物[圖3(a)]。此外，作者們還推理並解釋了該嵌層複合物的生長機理[圖3(b)]。

圖3 (a)催化性能穩定性實驗結果；

(b)材料的生長機理示意圖。

[能量存儲類]

Chemical routes toward long-lasting lithium/sulfur cells

Meinan Liu, Fangmin Ye, Wanfei Li, Hongfei Li, and Yuegang Zhang*

鋰硫電池以其高理論能量密度（2567 Wh/kg）和價格低廉等特點在二次電池科研領域中逐漸嶄露頭角。但是，其自身的一系列缺點使得鋰硫電池目前距離大規模商業化應用還有一定的距離。其中之一便是正極材料硫單質在充放電過程中形成的可溶解於電解液中的多硫化鋰化合物，與負極金屬鋰發生化學反應，從而不斷消耗活性物質硫，導致電池性能迅速衰減，壽命較短。來自清華大學和中科院蘇州納米所的張躍鋼團隊在本篇綜述中詳細綜述了利用化學吸附策略來將多硫化物固定在基底表面，防止多硫化物流失，進而提升電池壽命的研究進展。

作者們首先介紹了多硫化物的化學行為（形成機理等），然後主要展示了有關多硫化物與含氧、硼、氮和硫官能團的相互作用機制的理論計算與實驗研究成果。此外，作者也簡單介紹了有關金屬氧化物類添加劑以及一些高分子類材料用於吸附多硫化物的研究進展。

Three-dimensional graphene framework with ultra-high sulfur content for a robust lithium–sulfur battery

Benjamin Papandrea, Xu Xu, Yuxi Xu, Chih-Yen Chen, Zhaoyang Lin, Gongming Wang, Yanzhu Luo, Matthew Liu,Yu Huang, Liqiang Mai*, and Xiangfeng Duan*

本篇論文介紹了加州大學洛杉磯分校段鑲鋒課題組和武漢理工大學麥立強課題組合作發表的有關鋰硫電池正極材料的研究工作。研究者們利用氧化石墨烯作為碳骨架前驅體，硫代硫酸鈉作為硫源，通過一步水熱法合成了自支撐的三維還原氧化石墨烯包覆硫顆粒的鋰硫電池正極材料[圖4(a)]。其中三維還原氧化石墨烯骨架為電化學反應提供了優良的導電網路；三維多孔結構可實現硫單質的大量負載並為電解質的快速傳輸提供通道[圖4(b)]；同時還原氧化石墨烯對硫顆粒的包覆可以在一定程度上緩解電化學反應過程中多硫化物的穿梭效應。

實驗測試表明，該正極材料的硫單質負載量可達90 wt.%，且以整個電極質量計算容量時，在0.1 C電流密度下容量高達969 mAh/g；在1 C電流密度下的長循環過程中，容量次衰減率僅為0.052%[圖4(c)]。

圖4合成的硫-還原氧化石墨烯(a)結構示意圖，

(b)掃描電鏡（SEM）圖片和(c)長循環性能。

Facile fabrication of integrated three-dimensional C-MoSe2/reduced graphene oxide composite with enhanced performance for sodium storage

Dong Xie, Wangjia Tang, Yadong Wang, Xinhui Xia*, Yu Zhong, Ding Zhou, Donghuang Wang, Xiuli Wang, and Jiangping Tu*

相較於鋰離子電池，鈉離子電池因為鈉豐富的儲量而使得成本更低。但因為鈉離子較鋰離子更大，致使很多優良的鋰離子電極材料無法用於鈉離子的存儲。因此，開發新型高活性的鈉離子電池電極仍是目前該領域研究的熱點之一。

本文報道了來自浙江大學塗江平課題組的一篇關於碳包覆二硫化鉬-還原氧化石墨烯的鈉離子電池負極材料（合成方法示意圖見圖5(a)，合成的材料形貌見圖5(b)）的工作。該負極材料展示出了利用鈉離子存能的高活性：200 mA/g電流密度下電容量達445 mAh/g；4000 mA/g電流密度下電容量達228 mAh/g[圖5(c)]。

圖5 (a)合成方法示意圖；

(b)SEM圖片和(c)碳包覆二硫化鉬-還原氧化石墨烯複合電容量性能圖及與相應單一材料的性能對比。

Hierarchically porous carbon foams for electric double layer capacitors

Feng Zhang, Tianyu Liu, Guihua Hou, Tianyi Kou, Lu Yue, Rongfeng Guan, and Yat Li*

超級電容器是能量存儲器件大家族中的另一個大類。不同於電池，超級電容器可以在極短時間內完全放電或完全充電，且造價低、性能穩定，適合用於高功率電能輸出或輸入裝置。但是，超級電容器存儲的電量往往不及電池。近些年興起了將超級電容器的電容量大幅提升的研究熱潮。但值得指出的是，電容量的大幅提升往往只在較慢的充放電速率下達到。受限於離子擴散和電子傳導速率的制約，超級電容器的電容量在快速充放電速率下提升量仍不明顯。

在本篇文章中，來自加州大學聖克魯茲分校李軼課題組報道了一種具有多級孔結構的多孔三維超級電容器電極。該電極的合成原料為殼聚糖水凝膠。通過引入碳酸鉀使其在高溫下產生大量氣體物質（如一氧化碳和二氧化碳）及生成氫氧化鉀，達到高溫剝離殼聚糖碳化形成的三維碳結構並引入大量介孔和微孔[圖6(a)]以增加電極表面積的目的。得益於高比表面（>1000 m2/g），高導電性，獨特的孔結構[圖6(b)]和殼聚糖帶來的本徵氮摻雜，該電極在105mA/g的極高電流密度下的電容量高達166.3 F/g[圖6(c)]。

圖6 (a)合成方法示意圖；

(b)SEM圖顯示材料的多孔結構；

(c)電極的倍率性能。

[電磁波吸收類]

Achieving excellent bandwidth absorption by a mirror growth process of magnetic porous polyhedron structures

Hualiang Lv, Haiqian Zhang, Jun Zhao, Guangbin Ji*, and Youwei Du

電磁波吸收材料不僅在武器裝備的雷達隱身方面有特殊的戰略地位，在民用領域應用也日趨廣泛。南京航空航天大學姬廣斌教授課題組巧妙地採用無機陽離子(Ba2+)作為形貌誘導劑，成功製備出了微米尺寸、十二面體的對稱結構[圖7(a)]。Ba2+最終轉化為BaCO3，並均勻地分布十二面體中[圖7(b)]。借住聚焦離子束(FIB)和高分辨TEM[圖7(c)]，成功解析出該單晶結構。他們進一步將十二面體α-Fe2O3/BaCO3逐步轉化為磁性多孔十二面體 [圖7(d), 7(e)]，以增強其磁損耗。該多孔磁性特殊結構的複合物展現出良好的電磁吸收性能，在1.5 mm的計算塗層厚度下，具有7.2 GHz的有效帶寬 (

圖7 (a, b)十二面體的SEM照片；

(c)選區衍射圖；

(d, e)Fe3O4/BaCO3多孔結構的SEM照片；

(f)Fe/BaCO3在1.5 mm厚度下的電磁吸收圖譜。

Electromagnetic wave absorption in reduced graphene oxide functionalized with Fe3O4/Fe nanorings

Yi Ding, Long Zhang, Qingliang Liao*, Guangjie Zhang, Shuo Liu, and Yue Zhang*

北京科技大學張躍課題組利用化學水熱生長法合成了一種新型電磁波吸收複合材料，並系統研究了不同成分複合材料的電磁波吸收性能。該複合材料由還原氧化石墨烯包裹的四氧化三鐵/鐵納米環組成[圖8(a)和8(b)]。通過研究，發現了氧化鐵和還原氧化石墨烯的合成條件、成分配比及形貌等對電磁波吸收性能的影響，並指出了吸波性能最佳的合成條件。研究發現，厚度為4毫米的複合材料在9.16 GHz的最小反射率達到?23.09 dB，在7.4-11.3 GHz波段的反射率小於?10dB，有效吸收頻寬達到3.9 GHz[圖8(c)]。本研究提出的方法有望實現大規模化生產，為實現石墨烯複合吸波材料的實際應用奠定基礎。

圖8 (a)鐵基納米環的SEM圖像；

(b)鐵基納米環-還原氧化石墨烯複合材料的SEM圖像；

(c)不同厚度石墨烯複合材料的電磁波吸收性能。

[量子點光學性質控制]

One-pot/three-step synthesis of zinc-blende CdSe/CdS core/shell nanocrystals with thick shells

Yuan Liu, Chaodan Pu, Runchen Lai, Renyang Meng, Wanzhen Lin, Haiyan Qin, and Xiaogang Peng*

浙江大學彭笑剛課題組發表的這篇文章展示了一種在CdSe量子點上外延生長厚度均勻的CdS殼層的方法（圖9）。實驗結果表明，CdSe核量子點濃度在外延生長中起到關鍵作用。除實現接近定量的厚度控制以外，所報道的新方法實現了完好的閃鋅礦單晶結構控制。同時，所得核殼量子點優異的光學性能也達到了幾乎定量的重現性。

圖9 CdSe/CdS核殼結構合成方法示意圖。

【作者簡介】

劉田宇，美國加州大學聖克魯茲分校（University of California, Santa Cruz）化學博士。2012年本科畢業於北京科技大學，於同年加入加州大學聖克魯茲分校Yat Li（李軼）教授課題組攻讀博士學位。主要研究方向為能源轉化與存儲，包括超級電容器、半導體光解水、微生物燃料電池和各類催化劑。除以上領域外亦關注各類二次電池、太陽能電池、生物材料、光催化、金屬-有機框架化合物（MOF），氫氣存儲和化學教育等領域。現已在多個國際同行評議期刊上發表一作論文13篇，通訊作者論文1篇。發表論文總引用量逾1000次（Google Scholar）。Journal of Materials Chemistry A、National Science Review、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Electrochemical Society等國際期刊審稿人。擔任材料人學術科技資訊網特邀編輯和資深作者、美國材料研究學會（MRS）期刊Journal of Materials Research客座編輯、2017年美國MRS春季會議現場記者、Wiley MaterialsViewsChina新聞翻譯和英國皇家化學會（Royal Society of Chemistry）期刊Chemical Communications及Chemical Science的在線博客撰稿人。

本文的撰寫得到了Nano Research編輯部的大力支持，在此表示衷心感謝！

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