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中国科学：材料科学（英文）
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中国科学：材料科学（英文）/EISCI
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    拓展anti-MoS2单层结构的疆域:稳定性和功能性的理论研究

    李锋钰刘宇余林珂吕晓东...
    1260-1272页
    查看更多>>摘要：受二维(2D)过渡金属硫族化合物(TMDs)独特结构和电子性质的启发,我们通过高通量第一性原理计算,筛选了稳定的具有anti-MoS2结构(1T和2H相)的2D硫族化合物X2T(X=过渡金属Sc-Hg和主族元素Li-Ba;T=S、Se和Te).在经过评估的396个候选物中,超过50个X2T(X=Sc,Fe,Y,Zr,Nb,Hf,Ta,IA元素Li-Fr,IIA元素Ca-Ra,N,In,T1 和Te;T=S、Se或Te)单层材料在1T/1T'或2H相中表现出优异的热力学、动力学、力学和热学稳定性.这些anti-MoS2二维材料表现出多样的特性,可以是非磁性/磁性金属或非磁性/反铁磁性半导体,杨氏模量常超过MoS2,并可能具有负泊松比.基于过渡金属的单层容易被O2氧化,其中一些表现出高N2解离活性.氧/氮表面饱和可以抑制过渡金属磁性并增加材料的能带间隙.值得注意的是,在表面原子被氧饱和后,2H-Fe2S单层仍能保持强大的反铁磁性.此外,基于过渡金属的X2T薄片有望作为高效析氢反应的电催化剂.这项研究为二维材料领域增添了新成员,提供了多样的性质与功能,并拓宽了它们的潜在应用领域.

    two-dimensional materialsanti-MoS2 structuresdensity functional calculationsmultifaceted properties

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    基于图网络和优化算法的晶体结构预测方法的比较

    杨帆程观剑尹万健
    1273-1281页
    查看更多>>摘要：本文结合数据库、图神经网络和优化算法,构成了预测晶体结构的一种高效方法.考虑到数据库、图网络架构以及优化算法众多的可选方案,我们需要建立一个基准测试方法,用以评估这些不同方法在性能上的差异.在本研究中,我们从材料数据库中筛选了 100种晶体结构,并建立了一个名为TBCSP的晶体结构预测基准测试,旨在迅速且准确地评估各种晶体结构预测方法的有效性.研究表明,通过结合Materi-als Project数据库、M3GNet架构和贝叶斯优化算法,可以达到高达40％的预测精度.考虑到训练数据的有限性以及元素和晶体结构的多样性,这一发现为通过适度扩充训练数据以进一步提升准确性展示了一条充满希望的路径.

    crystal structure predictionmachine learninggraph networkbayesian optimizationbenchmark

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    非化学计量比的Hf(Zr)1+xO2稳定性和铁电性的起源

    陶蕾张艳芳杜世萱
    1282-1287页
    查看更多>>摘要：铪基氧化物(Hf(Zr)O2)因其优异的铁电性质而成为计算机存储等应用中备受青睐的材料.然而,化学计量比的铪基氧化物基态是非铁电的单斜相.在密度泛函理论计算中,我们发现插入铪或锆原子将随着插入浓度的增加,将Hf(Zr)O2的基态从单斜相转变为三方相.声子色散和态密度投影揭示了插入的Hf(Zr)原子消除了已有的非等效Hf(Zr)原子之间的竞争,从而稳定了r相.此外,Hf/Zr插层原子的有序分布进一步降低了形成能和铁电转换势垒,导致高耐久性和超低的矫顽场.能带结构显示,Hf/Zr插层原子引起的局域平带对漏电流的贡献最小.最后,我们证明了 ZrO2对于形成非化学计量比的Hf(Zr)1+xO2至关重要.
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    用于常见疾病成像的纳米材料造影剂

    邢洁李子厚姚俊列吴爱国...
    1288-1291页
    查看更多>>摘要：生物医学精准诊断对于疾病的有效治疗十分重要.纳米基成像造影剂具有灵敏度高、特异性强、生物相容性好等特点,在生物医学成像诊断中具有巨大的临床转化潜力.目前,尽管研究者们构筑了大量的纳米基探针材料作为疾病诊断造影剂,但纳米材料造影剂在临床转化方面仍然面临极大的挑战.这里我们主要概述了不同生物医学成像类型的纳米基造影剂所面临的问题,并针对这些难题提出了应对方案和未来的研究重点,最后对纳米基造影剂的临床转化前景进行了展望.
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    高效光催化二氧化碳还原钴单原子催化剂的多尺度结构工程

    王榆惠郑天宇金昱丞孙婷婷...
    1292-1300页
    查看更多>>摘要：人工光合作用将二氧化碳转化为增值化学品和燃料,在克服全球环境能源危机方面具有巨大潜力.然而,由于CO2的热力学稳定性和动力学滞后性,开发高效的CO2RR光催化剂是一个巨大的挑战.本文在微介孔氮掺杂碳(0.8-Co-ISAS/MMNC-900)上制备了一种具有高度分散Co单原子位的分级多孔钴单原子光催化剂,该催化剂显著促进了CO2-to-CO的光还原.0.8-Co-ISAS/MMNC-900催化剂的CO生成速率高达7261 μmol g-1 h-1,CO选择性高达90.1％,并且在四次循环测试中表现出良好的稳定性.实验数据和理论结果表明,分层多孔结构可以促进电荷分离引起的外部局部电场的形成,Co隔离的单原子位和微介孔构型协同作用,促进光激发电子积累、CO2吸附活化和*COOH中间体的形成.本研究通过多尺度多孔结构工程,提出了一种合成CO2还原光催化剂的新策略.

    micro-mesoporous structuresingle-atom catalystscobaltphotocatalytic CO2 reductionCO selectivity

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    简单地纯化超细金纳米线的方法:溶剂排除法

    杨倩王若徐程雪君陈虹宇...
    1301-1309页
    查看更多>>摘要：在超细Au纳米线的合成过程中常伴随着2 nm Au纳米颗粒这一副产物,两者如何分离是长期存在的问题.本研究通过使用溶剂排除法实现了高纯度(＞99％)分离:加入正己烷会导致水从最初的水-THF混合物中被排除.被排除的水优先在纳米线表面吸附的油胺双分子层上成核,从而将纳米线转移到水相中.本文通过仔细地对照实验建立了纯化机理.这种简便的方法可以用于传统方法无法实现的短的超细金纳米线(470和130 nm)的纯化.

    ultrathin Au nanowirephase separationseparationpurificationsolvent exclusion

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    "以膜制膜":三维聚吡咯纳米管阵列薄膜及其应用

    陈盼盼尚薛杭天
    1310-1319页
    查看更多>>摘要：导电聚合物具有良好的导电性和化学稳定性等优异特性,在各种应用领域被广泛研究.三维导电聚合物具有相互连接的网络结构,可提供超高比表面积,是极具潜力的高性能材料结构.尽管纳米制造技术已取得飞速进展,但制备有序导电聚合物超结构,如有序排列的纳米通道,仍极具挑战性.本研究提出了一种简便高效的模板合成法,可制备三维聚吡咯膜结构.以柔性径迹蚀刻聚碳酸酯膜为模板,通过化学聚合法,经去除模板即可获得具有垂直排列通道和连续连接层的三维纳米管阵列薄膜.膜结构中纳米通道长度、直径等微结构尺寸均可精细调控.这种"以膜制膜"的方法具通用性、成本低等特点.进一步,我们证明了该精密膜结构在毒害离子吸附、太阳能光热转换、毒害气体传感等方面应用的可能.该结构对六价铬离子表现出快速、优异的吸附性能;无需额外表面改性和基底结构辅助,可直接应用为界面太阳能光热转换材料;对毒害气体氨气展现出优异的传感响应.该工作不仅为聚吡咯精细膜结构的制备提供了一种可行的方法,也极大地拓展了三维导电聚合物材料的应用.

    conductive polymerpolypyrrole 3D structurepoly-pyrrole network structuresolar-steaming materialspolypyrrole gas sensors

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    高吸附电化学纤维传感器用于实时、准确检测颅内一氧化氮

    高睿王列李丹宋杰...
    1320-1331页
    查看更多>>摘要：电化学一氧化氮传感器能够实时监测颅内一氧化氮浓度,对于了解大脑中一氧化氮的功能至关重要.然而,在大脑中使用的传统刚性传感电极面临着灵敏度低和植入后神经炎症引起一氧化氮浓度异常的问题.在这里,我们报道了一种结合物理和化学吸附能力、具有高灵敏度和准确性的电化学一氧化氮传感器.其对一氧化氮的物理和化学吸附能力分别来自于电极的高比表面积和丰富的羧基官能团.此外,柔软的电极可以与脑组织的力学性能相匹配,实现了一个高度适应的电极/组织界面.由此设计的颅内一氧化氮传感器表现出迄今为止所报道文献中最高的灵敏度,为3245 pA nmol-1 L,检测限为0.1 nmol L-1.电极在植入后未观察到显著的炎症反应以及过量的一氧化氮表达,提高了检测的准确性.该传感器成功捕捉了大脑中的一氧化氮波动,并实现了对多个脑区的同时检测,促进了对大脑中一氧化氮生理病理作用的研究.

    carbon nanotube fiberNO sensorreal-timeim-plantable sensor

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    基于水性气相二氧化硅浆料制备柔性二氧化硅气凝胶复合毡

    张舜尧王鲁凯冯军宗姜勇刚...
    1332-1339页
    查看更多>>摘要：二氧化硅气凝胶由于其低导热率在隔热应用方面具有巨大的潜力.然而,它们通常具有较差的机械性能,需要在保持低热导率的同时增强机械性能.本研究以商业化气相二氧化硅和甲基三甲氧基硅烷为硅源,并以水和乙醇为溶剂形成浆料.基于此,二氧化硅气凝胶块体(SAMs)可通过常压干燥进行制备,且无需额外的表面改性或溶剂置换.制备的SAMs保持了典型的纳米孔结构,具有低密度(0.24g cm-3)、收缩率(4％)和热导率(0.046 W m-1 K-1).通过辊压将浆料浸渍到纤维毡中,并通过浆料热固化和常压干燥制备出二氧化硅气凝胶毡(SABs).制备的SABs具有良好的柔韧性和机械性能,便于安装和隔热应用,并显著减少了生产周期和成本.此外,基于SAMs的纳米孔结构和低收缩率,通过调控遮光剂的粒径和质量分数进一步降低了SABs的高温热导率,优化后的SABs在800℃的热导率低至0.054 W m-1 K-1.

    silica aerogelflexible blanketambient dryingther-mal insulation

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    Mn2+离子掺杂制备的高效红光发射无铅铯钪卤化物钙钛矿晶体

    曹梦妍李仁富李智霖赵修建...
    1340-1347页
    查看更多>>摘要：通过简便的湿化学方法,将Mn2+离子掺杂到Cs2ScCl5·H2O钙钛矿中,可以快速合成具有高光致发光量子产率的钙钛矿晶体.在红光区掺杂Mn2+的钙钛矿晶体的量子产率比主体材料高出12倍以上,比CsMnCl3·2H2O高出近24倍.此外,利用密度泛函理论计算研究了材料的轨道杂化性质,进一步研究了材料的光学性质.Mn2+掺杂后,被Sc八面体分离的Mn八面体可以更有效地限制激子,有利于提高量子产率.与原来的带隙相反,出现了归属于Mn和宿主元素的新杂化轨道.掺杂样品的吸收和激发范围从深紫外吸收扩展到紫外和可见吸收.基于上述性质,利用掺杂Mn2+的钙钛矿制备了蓝芯片激发的高效白色发光二极管,其显色指数高达91,为未来在光电子领域的应用开辟了道路.

    PLQY enhancementMn2+dopingDFT calculationwhite light-emitting diodes

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