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北大张艳锋、樊星/理化所夏静ACS Nano | 掺杂Pt单原子与1T-TaS₂基面位点的“相互激活”效应实现高效电催化析氢

英文原题：Mutual-Activation between Doped Pt-Single-Atoms and Basal-Plane Sites in 1T-TaS2 Nanosheets Networks for Highly Efficient Hydrogen Evolution通讯作者：张艳锋、樊星，北京大学；夏静，中国科学院理化技术研究所作者：You Peng (彭友), Xinying Yang (杨欣颖), Yahuan Huan (郇亚欢), Jialong Wang (王嘉龙), Tong Zhou (周桐), Haiping Lin (林海平), Jianyu Cao (曹建宇), Haoxuan Ding (丁皓璇), Jiatian Fu (付加田), Yujin Cheng (程于津), Xing Fan (樊星), Jing Xia (夏静), Yanfeng Zhang (张艳锋)背景介绍氢能是实现碳中和的重要能源载体，利用可再生能源电解水制氢是获得高纯氢的重要途径。铂基催化剂因具有最佳的氢吸附自由能被认为是合适的电催化制氢催化剂，但其稀缺性与高成本限制了规模化的应用。二维过渡金属硫化物（TMDCs）因其低成本、高催化活性和优异的稳定性等特点，作为潜在的铂基替代材料受到了广泛的关注。然而，半导体TMDCs具有受限的边缘活性位点，需要通过金属单原子掺杂等方式激活其惰性基面，进一步提高催化活性。相比之下，VB族金属性TMDCs（例如：TaS2、NbS2等）不仅具备更高的电导率和基面活性，而且低电负性的Ta可与掺杂金属活性中心发生反向电荷转移，有效调控其电子结构，提高催化剂的整体性能。文章亮点近日，北京大学张艳锋教授团队结合其前期工作基础，在碳纳米管薄膜上通过化学气相沉积方法构筑了垂直取向的1T-TaS2纳米片网络，并通过电化学方法在1T-TaS2晶格中实现了均匀的Pt单原子掺杂（图1）。该催化体系具有以下显著优势：1. 垂直纳米片网络同时具有丰富的边缘和基面催化活性位点；2. 碳纳米管薄膜具有高的导电性，有利于电荷传输；3. Pt单原子和1T-TaS2基面位点可以通过“相互激活”效应优化氢吸附自由能，协同增强催化剂整体的性能。图1. 催化剂的制备流程和结构示意图SEM和TEM图像表明，在碳纳米管薄膜上成功制备了垂直取向的纳米片网络。EDS映射图像和HAADF-STEM图像表明，Pt单原子被成功掺杂到TaS2晶格中。HAADF-STEM与基于理论计算的模拟强度曲线均表明，单原子分散的Pt单原子以两种构型存在：Pt 占据Ta位点（PtTa）和Pt占据S位点（PtS）。图2. 催化剂的形貌与结构表征XPS、XANES结合DFT计算结果表明，两种构型的Pt单原子均引起了1T-TaS2中电子的重新分布，使得Pt单原子处于较低的平均价态。其中，Pt占据S位点的构型促进了电子从Ta到Pt的反向电荷转移，调控了Pt的电子结构。图3. 催化剂的电子结构表征制备的催化剂在酸性环境中表现出优异的电催化析氢性能，在10, 50, 100 mA cm-2的电流密度下过电位分别为 ~39, 93, 145 mV，塔菲尔斜率为~34.2 mV dec-1，接近商用Pt/C催化剂。然而按照Pt质量归一后，制备的催化剂在20和50 mV过电位下的质量活性分别为2.26和10.92 A mg-1，较商用Pt/C催化剂分别提高约21倍和40倍，且具有优异的稳定性。图4. 催化剂的电催化析氢性能测试DFT计算结果进一步表明，Pt单原子通过激活与其相邻的S原子进一步增强1T-TaS2的基面活性，1T-TaS2通过从Ta到Pt的异常电荷转移调节Pt原子的d带中心以增强Pt原子的催化活性。这种独特的“相互激活”效应可以有效调节氢吸附自由能，协同增强催化剂的性能。图5. DFT计算揭示催化剂的相互激活效应总结/展望本研究通过化学气相沉积和电化学沉积方法，在碳纳米管薄膜上构筑了Pt单原子掺杂的1T-TaS2纳米片网络体系，用于高效电催化析氢反应，并通过理论计算揭示了“相互激活”效应的内在反应机制。该工作为单原子与衬底之间的协同催化提供了可推广的材料设计思路，也为开发兼具低成本和高催化活性的电解水制氢催化剂提供了技术支持。相关论文发表在期刊ACS Nano上，北京大学博士研究生彭友为文章第一作者，中国科学院理化技术研究所夏静，北京大学樊星、张艳锋为共同通讯作者。通讯作者信息：张艳锋  教授北京大学材料科学与工程学院博雅特聘教授、博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者。2005年于中国科学院物理研究所获凝聚态物理博士学位。自2006年起，先后在国家纳米中心、日本东北大学和北京大学从事科研工作，现为北京大学材料科学与工程学院长聘教授。研究领域主要集中在低维材料（量子薄膜、石墨烯、氮化硼、过渡金属硫族化合物等）的可控制备、精密表征、新颖物性和应用研究。已在Science, Nature, Nature Electronics, Physical Review Letters等国际顶级期刊发表论文270余篇，总引用超过22000次。获得了包括中国科学院杰出科技成就奖、全国百篇优秀博士论文奖、国家优秀青年科学基金、教育部（青年项目）等在内的多项荣誉与资助。相关成果还荣获北京市自然科学一等奖、北京市优秀博士论文指导教师奖、北京大学宝洁教师奖等。主持和完成国家重点研发计划子课题、基金委重大项目子课题、基金委国际合作项目等20余项。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文ACS Nano. 2025, 19, 41, 36626–36635Publication Date: October 10, 2025https://doi.org/10.1021/acsnano.5c11863 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefXiaodong ChenNanyang Technological UniversityACS Nano 是一个用于交流化学、生物学、材料科学、物理学和工程学领域有关纳米科学和纳米技术研究综合类文章的国际平台。此外，该期刊致力于促进科学家之间的交流，开发新的研究机会，通过新发现来推动领域的发展。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision16.024.239.1
来源： ACS Nano 2025-12-09

ACS Nano | 以规为矩，随方就圆：软模版限域驱动的纳米颗粒有序沉积

英文原题：Integration of Interfacial Chemistry-Guided BaTiO3 Nanoparticle Arrangements in Polymer Film Stacks for Pressure-Sensing Devices通讯作者：李远、李琦、胥蕊娜（清华大学），乔雅丽、宋延林（中国科学院化学研究所）作者：Wenkun Lv（吕文坤）, Yufan Weng（翁雨钒）, Yumeng Wang（王雨萌）, Mengmeng Guo（郭萌萌）, Xuzheng Sha（沙栩正）, Zhou Cao（曹洲）, Yuhang Liu（刘雨杭）, Haowei Lu（陆浩威）, Ruina Xu（胥蕊娜）*, Qi Li（李琦）*, Yanlin Song（宋延林）*, Yali Qiao（乔雅丽）*, Yuan Li（李远）*纳米颗粒的精细排列可引发多种纳米尺度效应，如等离子体共振、量子限域和压电响应。在聚合物基材中，纳米填料的有序分布与图案化能够显著调控复合材料的性能。然而，在微观尺度上实现纳米颗粒的精细化操控仍面临诸多挑战，包括界面的不稳定性和颗粒团聚。尤其是在多层结构的制备过程中，这些因素会导致颗粒排列不可控、分布不均，使得实现精细图案化结构十分困难。图1. 纳米颗粒的限域组装过程针对上述问题，清华大学化学系李远（点击查看介绍）课题组采用软模版限域组装的方法，以钛酸钡（BaTiO3）纳米颗粒和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物（P(VDF-HFP)）为模型体系，探索了纳米颗粒在微结构软模板上的沉积行为。该方法通过调控界面浸润性并利用软模板的微结构限制纳米颗粒的运动，从而在聚合物基材上实现了高精度的沉积，组装线的分辨率可达1 μm，集成密度约2000线/cm。该方法能够有效抑制颗粒溶液的扩散，获得均匀有序的结构。此外，该方法还具有良好的普适性，可扩展至多种纳米颗粒体系，如银纳米颗粒、氮化硼纳米片和碳化硅纳米颗粒等。基于逐层沉积的方式，进一步制备了多层结构，并通过模拟分析了不同图案化结构对电击穿和极化行为的影响。同时，还探讨了多层结构在压电传感器中的应用潜力，为纳米复合材料在聚合物基微电子器件领域的应用提供了新的思路。图2. 基于多层结构制备的压电传感器研究成果以“界面化学诱导的钛酸钡纳米颗粒在聚合物薄膜中的排列及压力传感应用（Integration of interfacial chemistry-guided BaTiO3 nanoparticle arrangements in polymer film stacks for pressure sensing devices）”为题发表于ACS Nano。清华大学吕文坤博士与翁雨钒博士为论文第一作者；清华大学化学系李远副教授、电机系李琦副教授、能动系胥蕊娜教授，以及中国科学院化学研究所乔雅丽研究员、宋延林研究员为共同通讯作者。论文的其他合作者还包括王雨萌博士、郭萌萌博士、沙栩正博士、曹洲博士、刘雨杭博士和陆浩威博士。研究得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、国家重点研发计划、北京分子科学国家研究中心以及清华大学笃实计划与自主科研计划等项目的支持。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Integration of Interfacial Chemistry-Guided BaTiO3 Nanoparticle Arrangements in Polymer Film Stacks for Pressure-Sensing DevicesWenkun Lv, Yufan Weng, Yumeng Wang, Mengmeng Guo, Xuzheng Sha, Zhou Cao, Yuhang Liu, Haowei Lu, Ruina Xu*, Qi Li*, Yanlin Song*, Yali Qiao*, Yuan Li*ACS Nano 2025, 19, 39, 34819–34829https://doi.org/10.1021/acsnano.5c10504 Published September 22, 2025© 2025 American Chemical Society导师介绍李远https://www.x-mol.com/university/faculty/367733 （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-11-24

南方科技大学Nano Lett. | 应变工程设计的梯度壳层InP量子点大幅提高其光学性能和稳定性

英文原题：InP Quantum Dots with a Strain-Engineered Gradient Shell for Enhanced Optical Performance and Stability作者：Xijian Duan, Wenda Zhang, Junjie Hao, Ronghuan Liu, Bing Xu, Lei Jin*, Lars Samuelson*, Xiao Wei Sun*量子点电视的超广色域背后，是量子点材料的“色彩魔法”。但商用镉基量子点因毒性受欧盟RoHS等法规限制，环保型磷化铟（InP）量子点成为替代首选。但InP量子点却长期受困于两大瓶颈：氨基膦体系红色InP量子点发射半峰宽大，色彩纯度不足；稳定性差，发光衰减严重。 近日，南方科技大学孙小卫和Lars Samuelson团队在Nano Letters 发表研究论文，提出应变工程梯度壳层策略，制备出InP / ZnSe / ZnSexS1-x /ZnS核壳量子点。通过梯度合金壳层缓解晶格失配，实现厚ZnS壳层生长，让氨基膦体系红色InP量子点首次兼具窄发射（FWHM=45 nm）与高光量子产率（PLQY≥80%）和优异光化学稳定性，为无镉量子点性能突破提供重要方案。图1. InP量子点应力与核壳结构作用示意图核心难题：晶格失配制约性能升级InP量子点的性能瓶颈源于核壳界面的晶格失配。传统用ZnS壳层钝化InP核时，二者7.7%的晶格失配会产生巨大应变，导致ZnS壳层择面生长、空位缺陷增多，引发非辐射复合，最终使发射峰变宽、PLQY下降。虽有研究引入ZnSe和ZnSeS过渡层缓解应力，但通常采用厚ZnSe包覆的方案限制了厚ZnS层的生长，因此限制了光化学稳定性的改善。平衡“应变控制”与“厚ZnS壳层钝化”，成为InP量子点性能突破的核心挑战。创新设计：梯度壳层化解应变矛盾针对这一问题，该团队设计了ZnSe过渡层 + ZnSexS1₋x梯度合金壳层 + 厚ZnS外层多层结构，通过循序渐进的晶格适配策略分散应变：（1）先在InP核外生长0.55 nm薄ZnSe层，缩小晶格差异。（2）生长均匀渐变的ZnSexS1₋x梯度合金壳层，使Se含量从75%逐步降至25%，晶格常数随S含量缓慢减小，实现从ZnSe到ZnS的平滑过渡。拉曼光谱分析显示，该结构使InP核的压缩应变较传统结构降低30.6%，应变在ZnSe0.25S0.75层生长后即达饱和，为厚ZnS生长奠定无应变基础。时间分辨光致发光测试显示，梯度壳层使带边发射占比从58%提升至75%，缺陷相关发射占比显著降低，证明应变缺陷被有效抑制。（3）最后生长3.1 nm厚ZnS外层，彻底钝化表面缺陷，隔绝InP和ZnSe层与水、氧的接触。图2. 不同壳层结构InP量子点HRTEM和应力分布示意图：InP / ZnSe / ZnSexS1-x (a, b, c) 和InP / ZnSe / ZnSe / ZnS (d, e, f)。正应力图反应核心到表面方向的应力分布，切应力反应平行于颗粒表面方向的应力分布；梯度壳层中切应力的增加，来源于Se和S原子的交替排列所引起的晶格扭曲，但也减少了正应力的累积和应力急剧释放带来的壳层缺陷。这一突破源于梯度设计与厚壳层的协同作用——梯度结构消除应变积累，厚且均匀的ZnS壳层则高效钝化表面缺陷，二者结合实现光学性能的全方位升级。这项技术不仅推动低成本氨膦基InP量子点向显示应用迈进，更为其他核壳量子点（如蓝色InP、钙钛矿量子点）的结构设计提供参考，有望成为调控界面应变的通用策略。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：InP Quantum Dots with a Strain-Engineered Gradient Shell for Enhanced Optical Performance and StabilityXijian Duan, Wenda Zhang, Junjie Hao, Ronghuan Liu, Bing Xu, Lei Jin*, Lars Samuelson*, Xiao Wei Sun*Nano Lett. 2025, 25, 36, 13539–13548https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03042 Published August 29, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： Nano Letters 2025-11-12

浙江大学ACS Nano | 铈原子掺杂助力镍铁氢氧化物实现双路径高效析氧，波动能源下稳定制氢

英文原题：Cerium-Doped NiFe Hydroxides Enabling Hybrid Pathways for Durable Alkaline Water Oxidation under Fluctuating Power通讯作者：王勇、毛善俊（浙江大学）作者：Suwen Wang (汪素闻), Binbin Lin (林彬彬), Menghui Qi (戚孟辉), Jiadong Chen (陈佳东), Xiangbowen Du (杜向博文), Shanjun Mao (毛善俊), Yong Wang (王勇)氢能作为一种储量丰富、环境友好的二次能源，是实现全球零排放目标的关键。在多种制氢技术中，阴离子交换膜水电解（AEMWE）因其高效率、低成本和与可再生能源良好的兼容性而备受青睐。然而，AEMWE的性能在很大程度上受限于碱性介质中缓慢的析氧反应（OER）动力学。在众多非贵金属OER催化剂中，镍铁基层状双氢氧化物（NiFe-LDH）成本低廉且在碱性环境中活性较高，是最有前景的材料之一。但其实际应用仍面临本征活性有限和稳定性不佳的挑战，这主要源于氧中间体转化能垒高以及金属离子溶出等问题。尽管通过金属掺杂、缺陷工程等策略已取得一定进展，但如何防止相分离并在优化结构的同时实现长期稳定和高性能，仍是当前研究的重大难题。本研究通过简单的一步水热法，成功在泡沫镍上合成了原子级分散Ce的NiFe-Ce LDH纳米片。相关测试表明Ce的掺入引起了晶格膨胀和更有序的层状结构，且未形成CeO2杂质相。图1. 材料合成图及表征图XPS和XAS等精细表征证实Ce的引入引发了显著的电荷重分布（电子从Ce/Ni转移至Fe），稳定了Fe的低价态，增加了Ni3+比例，并形成了关键的Ce-O-Ni/Fe键合作用，为提升活性和稳定性奠定了电子结构基础。图2. 材料光谱图优化后的NiFe-Ce LDH表现出卓越的电催化性能：在10 mA cm-2电流密度下，过电位低至220 mV；在500 mA cm-2高电流密度下能够稳定运行长达650小时。在膜电极组装（MEA）电解槽中，该催化剂在20 A大电流下持续运行800小时后，电压仅略微上升0.1 V，展现出卓越的产业化应用前景。特别值得注意的是，在模拟风电波动工况下，电解槽仍保持稳定性能，凸显了其与可再生能源系统的高度兼容性。此外，在碱性海水这一苛刻环境中，该催化剂仍维持高活性与稳定性，并能够有效抑制氯离子氧化副反应，展现了广阔的应用潜力。图3. 材料性能图通过原位ATR-SEIRAS（衰减全反射表面增强红外吸收光谱）和DEMS（差分电化学质谱）等先进原位技术，直接捕捉到反应过程中*OOH（AEM路径特征中间体）与OO*（LOM路径特征中间体）的同时生成，为“AEM-LOM”混合反应路径提供了直接、有力的实验证据。图4. 材料机理图DFT计算表明，Ce掺杂调控了Ni的3d带中心和O的2p带中心，增强了金属-氧的共价性，降低了晶格氧氧化的能垒，从而促进了LOM路径。差分电荷分析表明，电子从Ce向Fe转移，有效防止了Fe位点的过氧化与溶出，从理论上解释了催化剂高稳定性的根源。图5. 材料计算图总结/展望该项研究通过单原子掺杂策略，实现了对催化剂电子结构的精准调控，协同激活了双反应路径，成功解决了OER催化剂活性与稳定性难以兼得的难题。所开发的NiFe-Ce LDH催化剂不仅性能超越了贵金属基准，更在波动电源输入和海水电解等严苛条件下展现出卓越的适应性，极大地推动了可再生能源驱动下的绿色制氢技术的发展与实际应用。相关论文发表在期刊ACS Nano 上，浙江大学博士研究生汪素闻和硕士研究生林彬彬共为第一作者，浙江大学化学系王勇教授和毛善俊副研究员为通讯作者。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Cerium-Doped NiFe Hydroxides Enabling Hybrid Pathways for Durable Alkaline Water Oxidation under Fluctuating PowerSuwen Wang, Binbin Lin, Menghui Qi, Jiadong Chen, Xiangbowen Du, Shanjun Mao*, Yong Wang*ACS Nano 2025, 19, 35, 31915–31928https://doi.org/10.1021/acsnano.5c12459 Published August 28, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society通讯作者信息王勇教授王勇，浙江大学求是特聘教授，浙江省全省高值化学品低碳合成重点实验室主任。国家杰出青年基金获得者，国家重点研发计划项目首席科学家，国家重点研发计划“催化专项”总体专家组成员。先后荣获中国催化青年奖、侯德榜化工科技创新奖及青山科技奖。团队聚焦多相催化及工业催化，系统解决了生物炭材料可控合成的几个关键问题，揭示了生物质水热碳化调控的科学基础，开发了系列合成方法，把生物炭水热合成化学由微米尺度推进到分子水平。深入研究了负载型催化剂的几何与电子结构效应，提出POMs单分子多相催化新策略；利用氮掺杂等策略开发了系列高性能催化剂，并率先实现其工业应用。带领团队围绕高值化学品制造布局创新链，将先进催化和过程强化技术与化工产业深度融合，开发了具有自主知识产权和核心竞争力的新型催化技术和绿色生产系统解决方案，成功实现化妆品原料、香料、维生素及特种胺等多类高值化学品的工业生产。迄今为止，发表SCI论文200余篇，被引2.8万余次，h-index为77；授权国家发明专利60余件，美国专利5件，日本专利2件。作为第一完成人，荣获中国专利金奖、浙江省技术发明一等奖和自然科学一等奖以及中国石油与化学工业联合会技术发明特等奖等多项荣誉。课题组主页链接：www.chemwy.cn （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-11-03

中科大刘建伟团队Nano Lett. | 有序纳米线结构用于抗干扰双模态柔性触觉传感器

英文原题：Manipulating Nanowire Structures for Anti-Interference and Bimodal Flexible Tactile Sensors通讯作者：刘建伟（中国科学技术大学）作者：Wen-Ze Wang, Xin-Lin Li, Qi-Rui Yang, Jian-Wei Liu*柔性触觉传感器（FTS）能够感知机械力信号（应变、压力和剪切力等），被广泛用于仿生假肢、健康监测、人工智能以及可穿戴设备等领域。理想的FTS需要同时具备高灵敏度与高精度的触觉信号检测能力。实际应用中，FTS不可避免地会暴露于机械冲击、温湿度变化等外部干扰环境中。多重刺激产生的复杂干扰会显著影响FTS的感知能力，从而降低其传感精度。然而，现有的大多数FTS缺乏抗干扰能力，易导致感知错误或测量失真，极大限制了其实际应用场景。因此，开发结构简单、抗干扰性强且灵敏度高的FTS已成为当前迫切需求。针对上述问题，中国科学技术大学刘建伟教授（点击查看介绍）团队利用纳米线界面组装技术结合机械策略，报道了一种具有优异抗干扰功能的应变和压力双模态FTS。相关研究成果发表于Nano Letters 上。中国科学技术大学博士研究生王文泽、李新林为论文共同第一作者。刘建伟教授为通讯作者。图1. FTS结构及应用的概述图在自然界中，许多生物依靠自身的微尺度结构实现对外界机械力的感知。例如蝎子通过位于跗骨和跗骨腿关节之间的弯曲裂纹感受器来探测环境振动。因此，研究团队受该高灵敏裂纹感受器的启发，开发了一种高性能、抗干扰的双模态FTS（图1）。通过纳米线界面组装结合机械策略辅助组装，实现了大范围有序的银纳米线薄膜的制备。此外，该研究利用调控界面组装方向实现优异的应变传感性能（灵敏度高达7.58 × 105；最小检测限为0.01%）（图2）和优异的压力传感性能（图3）。图2. FTS的应变感知性能图3. FTS的压力感知性能结论与展望本文设计了一种独特的由生物启发的双模态FTS，实现了两种模态的感知。在模态一下FTS具有超灵敏的应变感知能力；在模态二下其具备超优异稳定的压力感知能力。此外，两种模态下的FTS均具有优异的抗干扰性能，能够抵抗外界机械冲击以及温湿度的变化。最后，将FTS集成到人体皮肤表面，可用于手腕和脊柱运动的实时、准确监测。该工作推动了柔性传感器在医疗健康、人体监测领域的发展。该研究得到了国家自然科学基金项目和中国科学院战略重点研究项目的资助，以及中国科学技术大学微纳研究与制造中心、中国科学技术大学理化科学实验中心和中国科学院AI-Scientist机器人平台的支持。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Manipulating Nanowire Structures for Anti-Interference and Bimodal Flexible Tactile SensorsWen-Ze Wang, Xin-Lin Li, Qi-Rui Yang, Jian-Wei Liu*Nano Lett. 2025, 25, 39, 14404–14411https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c03721 Published September 17, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society导师介绍刘建伟https://www.x-mol.com/university/faculty/418151 （本稿件来自ACS Publications）
来源： Nano Letters 2025-10-17

中国科学技术大学ACS Nano | MoS₂/SrTiO₃复合体系中电子结构调控的衬底相变策略

英文原题：Tuning the Electronic Structure in the MoS2/SrTiO3 Heterojunction via Phase Evolution of the SrTiO3 Substrate通讯作者：邵翔、乔振华、崔胜涛（中国科学技术大学）作者：Chenxi Huang, Zeyu Li, Jiefu Zhang, Shengtao Cui*, Jun Fu, Yue Xing, JingJing Wang, Zhe Sun, Hualing Zeng, Zhenhua Qiao*, Xiang Shao*过渡金属二硫属化物（TMDCs）/SrTiO3异质结中的电荷转移、电声耦合以及晶格相互作用使其成为极其吸引人的研究平台，在下一代二维电子器件、铁电材料开发以及亚稳态相材料研发等方面展示了极大潜力。而在基础科学研究与应用领域，该体系发挥更大作用的一个核心挑战在于能否以可控且均匀的方式调节其电子结构。针对此问题，中国科学技术大学邵翔教授、乔振华教授联合孙喆教授、曾华凌教授团队瞄准典型的MoS2/SrTiO3异质体系，通过CVD法构筑高质量模型样品，结合理论计算与扫描隧道显微技术（STM&STS）、紫外光电子能谱（ARPES）、变温光电子能谱（PES）等实验上的认证，提出并验证了将温度触发的SrTiO3相变作为调控MoS2/SrTiO3异质体系电子结构的策略。该方法通过异质结界面传导，形成了针对该体系均匀的电子结构调控方法。这种方法利用温度依赖的衬底相变作为自由度，有望为TMDC/SrTiO3界面实现电子结构的控制提供一种可靠且均匀的策略，可能为二维材料体系中稳定、可调的电子结构设计提供一条路径。图1. MoS2/SrTiO3在衬底分别处于立方相和四方相下的理论电子结构。研究人员首先通过理论计算获得了衬底分别是立方相和四方相时MoS2/SrTiO3复合体系的电子结构，发现MoS2/SrTiO3复合体系在衬底由四方相转换为立方相时，带隙表现出明显的缩小（图1）。通过CVD构筑MoS2/Nb:SrTiO3模型样品，并相继开展STM/STS（图2）、ARPES（图3）的测试研究，相关结论与计算结果相互吻合。这些结果结合变温PES谱学表征（图4），显示了MoS2/SrTiO3复合体系在温度演化过程中的电子结构变化，这种电子结构变化不同于常规的热涨落引发的半导体带隙变化，与温度引导的SrTiO3相变紧密相关，并通过界面产生影响。图2. 原子力和扫描隧道显微镜对MoS2/SrTiO3异质结的表征结果。图3. MoS2/SrTiO3异质结的ARPES测试表征。图4. MoS2/SrTiO3异质结中温度依赖的价带分析。总结SrTiO3的相变能够对MoS2/SrTiO3异质结构中的带隙产生显著的调节作用。这种由温度-衬底相变联动引起的电子结构调控效果源于SrTiO3的固有特性，且通过与MoS2的界面耦合而有所增强。此策略呈现出一种类似于“近邻效应”的特征，在温度驱动的衬底相变下引发了复合体系带隙的两段式变化进程。由此产生的异常带隙缩放不同于半导体中的常规热响应，展示了一种可靠且空间均匀的电子结构调控手段。中国科学技术大学特任副研究员黄辰曦、李泽宇和已毕业的张杰夫博士为论文的共同第一作者，邵翔教授、乔振华教授、崔胜涛副研究员为论文的通讯作者。相关成果获得了国家自然科学基金等项目的支持，发表于期刊ACS Nano。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Tuning the Electronic Structure in the MoS2/SrTiO3 Heterojunction via Phase Evolution of the SrTiO3 SubstrateChenxi Huang, Zeyu Li, Jiefu Zhang, Shengtao Cui*, Jun Fu, Yue Xing, JingJing Wang, Zhe Sun, Hualing Zeng, Zhenhua Qiao*, Xiang Shao*ACS Nano 2025, XXXX, XXX, XXX-XXXhttps://doi.org/10.1021/acsnano.5c10890 Published September 11, 2025© 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-09-22

中国科学院长春应化所贺超良研究员/李杲研究员/周宇豪博士ACS Nano | 基于MOF的免疫调节纳米载体储库用于肿瘤免疫治疗

英文原题：A Metal–Organic Framework-Based Immune-Regulating Nanocarrier Depot for Enhanced Combination Cancer Immunotherapy通讯作者：贺超良、李杲、周宇豪（中国科学院长春应用化学研究所）作者：Tianran Wang, Jiaxuan Yang, Junfeng Ding, Yunan Yuan, Yijun Wu, Jinyuan Zhang, Yan Rong, Yuhao Zhou*, Gao Li*, Xuesi Chen, Chaoliang He*免疫治疗是一种前景广阔的癌症治疗方法，在临床上取得了巨大成功。然而，由于肿瘤免疫抑制微环境（TME）的存在，使得免疫治疗对多种肿瘤具有低响应性。作为TME的主要组成部分，肿瘤相关巨噬细胞（TAMs）的促炎（M1）和抗炎（M2）表型调控在免疫调节中发挥了重要作用。因此，设计一种通过调控TAMs表型改变肿瘤免疫抑制微环境、从而提高抗肿瘤免疫治疗效果的制剂至关重要。近日，中国科学院长春应用化学研究所贺超良研究员、李杲研究员和周宇豪博士以铁基金属有机框架（MOF）为基础，构建了一种可有效调节巨噬细胞极化的免疫载体，进一步负载免疫佐剂雷西莫特（R848）并用组织黏附水凝胶包载，制备可实现体内长期免疫和增强抗肿瘤效果的免疫制剂（图1）。相关工作发表在ACS Nano 上。图1. 联合免疫制剂制备示意图、巨噬细胞极化机理以及其在抗肿瘤方面的应用。作者通过对基础的NH2-MIL-88B进行还原以产生更多Fe(Ⅱ)，从而提高芬顿反应效率，进而提高细胞内活性氧（ROS）水平。此外，利用表面氨基通过取代反应将马来酰亚胺（MA）基团修饰于还原性MOF（rMOF）表面，得到rMOF-MA，消耗细胞内谷胱甘肽，破坏氧化还原平衡，以进一步提高细胞内ROS。作为纳米制剂，rMOF-MA可被巨噬细胞有效内吞，提高细胞内Fe含量。以上两个特点赋予rMOF-MA刺激巨噬细胞向M1型极化的能力，并提高巨噬细胞促炎因子表达（图2）。图2. rMOF-MA提高细胞内ROS产生、促进Fe沉积，以及刺激巨噬细胞向M1型极化。此外，由于MOF本身比表面积大的特性，rMOF-MA还可作为理想的药物载体，将免疫佐剂R848有效递送至细胞，提高其利用效率。进一步利用组织黏附水凝胶包载载药纳米粒子，构建免疫储库，以实现药物的持续释放和长期免疫刺激。当联合anti-PD-1治疗时，在小鼠皮下黑色素瘤模型中，载药凝胶显示出优于游离药物与单一治疗的肿瘤抑制和免疫激活能力（图3）。图3. 联合免疫治疗在小鼠皮下黑色素瘤模型中的肿瘤抑制和免疫激活效果。小结在本研究中，开发了一种具有长期免疫激活效果的水凝胶储库，通过递送联合免疫制剂，促进巨噬细胞极化，刺激全身免疫，实现肿瘤抑制。因此，该免疫刺激水凝胶储库展现出作为临床癌症免疫治疗前景制剂的潜力。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：A Metal–Organic Framework-Based Immune-Regulating Nanocarrier Depot for Enhanced Combination Cancer ImmunotherapyTianran Wang, Jiaxuan Yang, Junfeng Ding, Yunan Yuan, Yijun Wu, Jinyuan Zhang, Yan Rong, Yuhao Zhou*, Gao Li*, Xuesi Chen, Chaoliang He*ACS Nano 2025, 19, 26, 23629–23646https://doi.org/10.1021/acsnano.5c01678 Published June 24, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society导师介绍贺超良https://www.x-mol.com/university/faculty/15837 （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-09-03

Nano Lett. | 动态Rashba效应非钙钛矿长载流子寿命的关键因素

英文原题：The Dynamic Rashba Effect Does Not Account for the Prolonged Charge Carrier Lifetime in Metal Halide Perovskites通讯作者：龙闰，北京师范大学作者：Haoran Lu (卢浩然), Run Long* (龙闰*) 背景介绍金属卤化物钙钛矿中超长寿命载流子常被归因于强自旋–轨道耦合诱导的带边Rashba劈裂，其导致直接-间接带隙转变，从而抑制非辐射电子-空穴复合。然而，关于Rasba效应在该过程中所起的实际作用，理论与实验长期存在分歧：一方面，有研究支持其会对复合过程有显著抑制作用；另一方面，也有研究指出Rashba劈裂引起的自旋与动量不匹配不足以显著延长载流子寿命，而大极化子或缺陷态可能才是主导因素，我们此前的理论工作亦支持后者观点。因此，厘清Rashba效应在软晶格钙钛矿长寿命载流子中的真实作用，亟需发展能够超越简谐近似、包含自旋–轨道耦合的动量空间非绝热动力学模拟方法，开展系统研究。文章亮点近日，北京师范大学龙闰教授团队在Nano Letters上发表了题为“动态Rashba效应非钙钛矿长载流子寿命的关键因素”的研究工作。该研究在动量空间非绝热分子动力学模拟中引入自旋-轨道耦合效应，突破传统简谐近似的限制，实现了不同k点间载流子弛豫过程的准确模拟。研究以Rashba劈裂可调的手性准二维钙钛矿3BrMBA2PbI4为模型体系，系统研究了保持反演对称性的外消旋构型（racemic, rac）与反演对称性破缺的左旋（S）和右旋（R）构型。在0 K条件下，由于Rashba效应较弱，rac构型中导带底（CBM）与价带顶（VBM）均位于Γ点；而在S/R构型中，Rashba效应显著增强，尤其是Pb主导的CBM出现明显劈裂。当温度升高至室温，热涨落进一步加剧了S/R构型中由Rashba效应引起的CBM和VBM劈裂（图1与表1），使其偏移至±K点，而rac构型中CBM/VBM始终保持在Γ点（图1）。为全面刻画载流子的复合电动力学，作者在模拟中考虑了Γ与±K等代表性k点间的带内弛豫过程，以及五种可能的直接与间接复合路径（图1d，通道①–⑤），从而在不失一般性的前提下捕捉真实的物理过程。图1. 3BrMBA2PbI4钙钛矿rac、R和S分子动力学模拟系综平均构型的能带结构；载流子带内弛豫以及五种直接与间接复合通道。非绝热动力学模拟结果表明，在三种构型中，载流子首先经历约1 ps的带内弛豫过程（图2），该过程完成了载流子在动量空间中的重新分布，并决定了各体系中后续可用的电子-空穴复合通道（表1）：rac 构型主要通过 Γ 点的直接复合通道（①）完成，复合时间约为 0.968 ns；S/R 构型则因强 Rashba 效应引入间接复合路径（如，通道③ +K → –K、–K → +K；通道④ ±K → Γ），对应复合时间分别为 1.25 ns 与 1.18 ns，仅比 rac 构型延长约 20%（图2与表1）。上述结果表明，尽管动态 Rashba 效应显著改变了主导的复合通道，从直接复合转变为间接复合，但由于带内弛豫过程高效且不同k点之间的间接跃迁速率仍较快，最终载流子的整体寿命并未显著延长。该发现揭示： Rashba 效应并未简单通过“禁止复合”实现寿命提升，而是重构了载流子在动量空间中的布居与复合路径，整体上对载流子寿命的影响有限。综上所述，本研究构建了“Rashba 效应劈裂强度—载流子动量空间分布—复合路径转变—载流子寿命”之间的系统物理图像。表1. 3BrMBA2PbI4钙钛矿在rac, S和R构型下，从头算分子动力学模拟得到的导带与价带边缘平均Rashba劈裂能量，电子和空穴在不同k点的布居数占比，可用的复合通道以及对应复合时间图2. 3BrMBA2PbI4钙钛矿rac, S和R构型的整体电子-空穴复以及k点分辨的布居数演化。总结/展望本工作发展了包含自旋-轨道耦合效应、超越简谐近似的动量空间非绝热动力学方法，成功应用于准二维钙钛矿体系。结果表明，动态Rashba效应并非导致钙钛矿中载流子长寿命的主导机制。结合已有的实验和理论研究，进一步指出长寿命主要源于大极化子的形成或缺陷态的参与。上述发现不仅为钙钛矿光电器件中载流子寿命的调控提供了理论依据与设计指导，所发展的方法亦可广泛应用于一系列具有显著自旋-轨道耦合效应的量子材料体系。相关论文发表在Nano Letters上，北京师范大学博士生卢浩然为文章的第一作者，龙闰教授为通讯作者。通讯作者信息：龙闰 教授龙闰，北京师范大学教授，国家海外高层次青年人才项目和国家重大人才工程入选者。研究方向为多自由度耦合的非绝热动力学方法发展，以及凝聚相材料激发态动力学的理论研究。迄今为止，以第一或通讯（含共同）作者在J. Am. Chem. Soc.（24篇）、Angew. Chem. Int. Ed.（3篇）、Chem（1篇）和Nano Lett.（11篇）等期刊发表论文200余篇，H-index=61。目前担任国际期刊Journal of Physical Chemistry Letters副主编。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Nano Lett. 2025, 25, 27, 11005-11011https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02897 Published June 26, 2025Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefTeri W. OdomNorthwestern UniversityNano Letters 旨在快速发布纳米科学和纳米技术领域基础研究、应用和新型研究成果。符合Nano Letters收录范围的文章应至少有两个不同领域或学科的融合。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision9.114.929.3
来源： Nano Letters 2025-08-26

福建物构所ACS Nano | COF携手原子簇：高效串联电还原CO₂产C₂₊产物

英文原题：Covalent Organic Framework Coupled with Atomically Precise Copper Nanoclusters for Efficient Tandem Electroreduction Reaction of CO2通讯作者：曹荣、黄远标（中国科学院福建物质结构研究所）作者：Song Zheng, Duan-Hui Si, Hui Guo, Qiu-Jin Wu, Hong-Jing Zhu, Yuan-Biao Huang*, and Rong Cao*化石燃料的广泛使用产生了大量的二氧化碳（CO2），加剧了环境和能源危机。为缓解环境和能源压力，开发由清洁能源驱动的电化学CO2还原技术(CO2RR)不仅能缓解环境压力，还可以将CO2转换为高附加值的化学产品。C2+产物，如乙烯，乙醇是重要的化工原料，具有更高的经济价值。但由于催化中复杂的多步电子和质子转移过程以及缓慢的C−C耦联步骤等限制，电催化CO2制C2+产物仍存在巨大挑战。图1. 串联催化剂Cu/NiPc-COF结构示意图。基于此，中国科学院福建物质结构研究所的曹荣研究员和黄远标研究员团队提出了一种高效的串联催化策略来提升电还原CO2制C2+的选择性。该团队构筑了由共价有机框架NiPc-COF与Cu32纳米簇组成的串联催化剂（图1）。NiPc-COF因其独特的二维共轭结构以及NiPc单元优异的催化活性，优先将CO2高效活化为CO，随后原位产生的CO快速扩散并迁移到相邻Cu32上。Cu32作为特定的耦合位点，其高度暴露的Cu活性位点和适合的Cu-Cu间距可以有效捕获CO中间体并促进高效C-C耦合产C2+。得益于串联催化体系中催化位点空间紧密相邻且功能协同的作用，因此，与非串联催化剂Cu32纳米簇相比，C2+的选择性提升了2倍（-1.6 V vs. RHE），由24.4%提高到了57.1%，C2+的分电流密度提高了3.3倍，由60.9 mA cm-2提高到了201.6 mA cm-2。此外，通过CO2还原和CO还原（CORR）对比实验表明NiPc-COF位点生成的高浓度CO中间体可以快速迁移到邻近的Cu32位点并吸附在Cu位点上，从而促进C2+的生成（图2）。图2. 串联催化剂Cu/NiPc-COF的催化活性。图3. 串联催化剂原位表征。原位同步辐射表明，Cu活性中心可以有效吸附并稳定*CO反应中间体，且原位红外以及理论计算表明，NiPc-COF位点产生的局部高浓度CO中间体大量溢流至Cu32，大幅提升了Cu32表面的*CO覆盖度，进而促进C-C耦联提升C2+产物的选择性（图3）。此外，串联催化剂Cu/NiPc-COF能够降低C-C耦联能垒驱动C2+的生成，因此，通过串联催化策略，突破单位点催化剂C-C耦联乏力的局限，显著提升高附加值C2+生成。该工作为设计对C2+具有高选择性的串联催化剂提供了一条可行的途径。这一成果近期发表在ACS Nano上。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Covalent Organic Framework Coupled with Atomically Precise Copper Nanoclusters for Efficient Tandem Electroreduction Reaction of CO2Song Zheng, Duan-Hui Si, Hui Guo, Qiu-Jin Wu, Hong-Jing Zhu, Yuan-Biao Huang*, and Rong Cao*ACS Nano 2025, 19, 26, 24130–24139https://doi.org/10.1021/acsnano.5c07703 Published June 25, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society通讯作者简介曹荣，研究员、博导，现任中国科学院福建物质结构研究所所长。长期从事多孔材料合成化学与应用性能研究。以第一完成人获2018年福建省自然科学奖一等奖一项；第三完成人获2002年国家自然科学科学奖二等奖一项、2001年中国科学院自然科学奖一等奖一项；以第二完成人获2000年中国科学院自然科学奖二等奖一项。2003年获国家杰出青年基金，2004年获政府特殊津贴，2006年入选“新世纪百千万人才工程”，获中国青年科技奖。以通讯或第一作者发表SCI论文352篇，他引17940次，H-index为67，其中32篇论文他引超过100次，获授权发明专利23项。受邀为Chem. Soc. Rev.、Coord. Chem. Rev.等撰写综述6篇，2014至2024年连续入选爱思唯尔（Elsevier）中国高被引科学家（化学），近十年应邀在国内外学术会议做大会及邀请报告47次，担任Crystal. Growth & Design副主编，Mater. Chem. Front.、Inorg. Chem. Commun.等学术期刊顾问编委。黄远标，研究员、博导，2009年博士毕业于复旦大学，同年加入中科院福建物构所；2012年被评为副研究员；2014年-2015年在日本产业技术综合研究所开展JSPS研究，2017年先后被评为研究员，博士生导师，2018年分别入选中科院海西研究院“百人计划”和中科院青促会优秀会员，2023年分别入选福建省B类人才、福建省双创人才计划，2024年入学卢嘉锡杰出人才。主持国家基金委联合基金重点项目、国家自然科学基金青年基金、面上项目等。目前主要从事液态多孔材料的合成及能源转化研究研究，在国内外专业期刊J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、ACS Energy Lett.、CCS Chem.、Chem. Sci.等发表80余篇论文。以第四完成人获2018年福建省自然科学奖一等奖一项。团队长期招聘化学、材料、物理等背景的博士后，感兴趣的可联系黄远标，邮箱：ybhuang@fjirsm.ac.cn（本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-08-20

中国科学院重庆绿色智能技术研究院陆顺团队Precis. Chem. | 精确设计金属纳米团簇实现高效硝酸盐电还原制氨

英文原题：Precise Design of Nanoclusters for Efficient Nitrate-to-Ammonia Conversion通讯作者：陆顺，中国科学院重庆绿色智能技术研究院作者：Shun Lu (陆顺)研究背景氨(NH3)不仅是重要的化工原料，广泛应用于农业、医药和合成工业，还因其高能量密度(3.5 kWh/L)、零碳排放和便于储存运输等优势，被视为未来清洁能源重要载体。然而，当前工业制氨主要依赖Haber-Bosch法，该方法需要在高温(350-500 °C)和高压(150-350 bar)条件下进行，不仅消耗了全球1-2%的能源，还排放约1%的温室气体，严重制约其可持续发展。为推动绿色能源转型，研究人员正积极探索更环保、高效的氨合成途径。其中，“电催化硝酸盐还原反应(eNO3RR)”因其反应条件温和、原料来源广泛而备受关注，有望成为替代传统工艺的绿色制氨路径。但要实现高效、高选择性的eNO3RR，核心在于开发高性能电催化剂。近年来，“金属纳米团簇(MNCs)”因其原子级尺寸(≤2 nm)、高比表面积和丰富的活性位点，展现出优异的电催化性能，成为催化剂设计的研究热点。文章亮点近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院陆顺副研究员在 Precision Chemistry上发表精确设计纳米团簇实现高效硝酸盐电还原合成氨的展望文章(Perspective)。金属纳米团簇(MNCs)作为连接单原子与块体材料的桥梁，因其原子级可控的结构和独特的电子特性，成为高效eNO₃RR为NH3的理想材料。随着合成及表征技术的发展，研究人员可精准调控其尺寸、金属组成和配体类型，进而优化催化性能。MNCs 的超小尺寸带来高比表面积和丰富活性位点，其独特的金属-配体结构使其在电催化反应中展现出优异的选择性与反应性，为绿色氮循环提供新思路。本文中，作者重点介绍其结构特性及关键反应机制，并通过金属核设计、配体调控和载体协同等策略提升催化性能。文章指出，尽管已有诸多突破，但距离工业化应用仍需克服稳定性与可规模化制备等挑战。本文为实现金属纳米团簇在可持续电催化还原硝酸盐制氨中的应用提供重要思路与发展方向。图1.电催化还原硝酸盐反应的主要反应路径 (*吸附物种). Na+和OH-浓度与HER/HOR交换电流密度关系作者首先介绍电催化还原硝酸盐的整体反应过程：在水溶液中，硝酸根离子(NO3-)通过转移8个电子和6个质子，最终被还原成NH3，其标准电位约为-0.12 V。在这个过程中，反应主要分为两条相互竞争的路径：一条是电子逐步转移形成一系列中间产物(NO3- → NO2- → NO → N2O → N2)；另一条是质子和电子耦合，以活性氢为氢源，将NO一步步氢化，最终生成氨气 (图1)。两条路径的关键分歧点在于NO的走向，而活性氢*H的供应量则直接影响氨的生成选择性。然而，H不仅是氨生成的关键，也正是析氢反应(HER)的核心物种。由于HER和eNO3RR有相近的热力学能垒，尤其在高电流密度下，HER作为副反应难以避免，影响氨的产率和效率。为此，理想的催化剂必须在H的吸附强度上找到“黄金平衡”：吸附太弱，氢源不足，氨生成受阻；吸附太强，则导致大量氢气析出，降低反应选择性。针对这一挑战，作者进一步介绍了如何通过精确设计纳米团簇结构，实现高效且选择性的硝酸盐电还原制氨：(1) 通过精确调控不同金属纳米团簇的核心结构和配体效应 (图2)，并结合物理表征测试，系统研究这些因素对硝酸盐电还原制氨的催化性能影响，并提出提升催化活性和选择性的有效策略，展示出配体保护的纳米团簇作为电催化剂在可持续合成氨的潜力。图2. 金属纳米团簇及载体示意图 (Small. 2017, 13 (43), 1701519)(2) 研究团队通过精确调控配体保护的金属纳米团簇，进一步优化其催化性能 (图3)。采用巯基配体保护策略，并通过调整不同对位、间位和邻位的苯甲酸巯基分子(MBA)来优化金催化剂的表面结构。研究发现，对位MBA修饰的金催化剂(para-Au/C)表现出显著的催化活性。研究提出，通过优化配体的电子结构及其与金属的相互作用，能够有效提升催化活性和选择性，显示出配体调控在提升催化效率中的重要作用。图3. 巯基配体修饰金纳米催化剂 (Precis. Chem. 2024, 2 (3), 112-119) (3) 载体材料对于精确设计纳米团簇同样至关重要。研究团队通过电聚合方法将纳米银簇与MXene载体结合，展示这一新颖方法在提升eNO3RR催化活性上的潜力 (图4)。Ag9/MXene复合材料在反应过程中表现出更高的选择性和法拉第效率，同时显著提升催化剂的稳定性。银簇与载体材料的强相互作用能有效促进电荷转移，提高催化效率，并延长催化剂寿命。这些发现为优化纳米团簇催化性能提供有力的策略。图4. MXene负载银簇催化剂 (Angew. Chem., Int. Ed. 2024, 63 (8), e202316910)总结/展望本文总结金属纳米团簇在电催化还原硝酸盐反应中的最新进展。尽管金属纳米团簇在提高催化性能方面取得显著成果，但其合成方法、稳定性和反应机理仍面临挑战。为推动其实际应用，未来的研究需要聚焦于如何提高催化剂的稳定性，尤其是在大电流密度下的持续运行，并解决腐蚀与降解问题。同时，优化金属纳米团簇与载体的相互作用，深入探讨催化过程中的动态结构变化，将有助于更好地理解催化机理并提高其催化效率。未来的工作将通过精确设计和大规模合成技术的创新，金属纳米团簇有望在电化学领域得到广泛应用，推动相关技术向实际应用迈进。相关论文发表在以精准为导向的高质量期刊Precision Chemistry上，中国科学研究院重庆绿色智能研究院的陆顺副研究员为本文的唯一作者。扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Precis. Chem. 2025, ASAPhttps://doi.org/10.1021/prechem.5c00038 Published June 24, 2025© 2025 The Authors. Co-published by University of Science and Technology of China and American Chemical Society关于 Precision ChemistryPrecision Chemistry由中国科学院院士、中国科学技术大学杨金龙教授担任主编，美国加州大学洛杉矶分校的段镶锋教授担任执行主编，日本理化学研究所Kenichiro Itami教授和德国明斯特大学Harald Fuchs教授担任副主编，以及中国科学技术大学钟文婉教授担任专题编辑。编委团队包括来自中国、美国、瑞士、法国、德国、日本、澳大利亚等国家的44位顶尖学者，以及26位来自8个国家的优秀青年学者组成的青年编委团队。2025年12月31日前投稿的文章免收文章出版费（APC）Precision Chemistry目前已被ESCI，Scopus，PMC， DOAJ，CAS 等数据库收录，IF 6.2，JCR Q1。所有的稿件都将经过严格的、公平的、高效的同行评审，我们致力于以期刊的文章质量赢得读者的信任。如有任何疑问，请发送电子邮件至eic@pc.acs.org。杨金龙院士中国科学技术大学Precision Chemistry 将发表化学及交叉领域中以精准化为导向的高水平的具有重要意义和吸引广泛兴趣的原创研究，包括但不限于计算、设计、合成、表征、应用等方面的前沿性研究成果，将秉承尊重科学、兼容并包的态度，为全球科研人员提供高质量的、开放的学术交流平台，服务于广大的化学和科学界。期刊将发表原创论文、快报、综述、展望、以及多样化的短篇社评。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision6.24.425
来源： Precision Chemistry 2025-08-05

浙江大学计剑、张鹏团队ACS Nano | “惰性”白蛋白表面实现优于特异性配体的超高细胞选择性

英文原题：Bioinert Albumin Surface Enables Ultra-High Vascular Cell Selectivity Superior to Specific Binding Ligands通讯作者：计剑、张鹏（浙江大学）作者：Yifeng Chen⊥（陈怡峰）, Hongye Hao⊥（郝鸿业）, Yijing Yin（尹依静）, Xianchi Zhou（周咸池）, Zuolong Liu（刘作龙）, Yuxian Lai（赖钰娴）, Xingwang Wang（王兴旺）, Cong Wang（王聪）, Jing Wang（汪璟）, Peng Zhang*（张鹏）, and Jian Ji*（计剑）心血管疾病是全球头号健康杀手，心血管植入器械则是治疗的主要工具。但器械植入过程往往会损伤血管内皮层，刺激平滑肌细胞过度增殖，从而引发术后再狭窄和晚期血栓形成等问题，严重制约了临床疗效。因此，赋予材料优异的内皮细胞选择性以促进原位内皮化至关重要。为了实现这一目标，众多不同的表面修饰策略被提出，如药物负载、抗体固定、多肽修饰、基因递送和一氧化氮释放等。但这些策略所实现的选择性效果不佳，其内皮细胞与平滑肌细胞的粘附密度之比（EC/SMC）往往不超过10，无法保证后续增殖过程中EC的绝对竞争优势，难以实现完整内皮化。另一方面，这些策略步骤繁琐，且受限于生物活性分子的不稳定性。因此，亟待开发一种兼具高EC选择性和稳定性的新型表面修饰策略。近日，浙江大学计剑教授和张鹏研究员团队在ACS Nano 上发表了研究论文，报道了一种仅通过简单的表面血清白蛋白修饰即可实现超高EC选择性的策略。血清白蛋白涂层一直以来被认为是赋予材料表面生物相容性的惰性表面修饰技术，该论文首次报道了白蛋白惰性表面所具备的超高细胞选择性及组织诱导再生能力。首先，如图1所示，该研究利用硅烷偶联技术，在基底上修饰了不同接枝密度的白蛋白涂层；通过细胞共培养实验验证了EC选择性效果的存在，并筛选出了效果最佳的表面，其EC/SMC比值超过了200，远超已报道的所有策略。图1. EC选择性白蛋白涂层的制备与筛选进一步地，如图2所示，该研究将EC选择性多肽REDV作为对照组，研究了不同表面的体外细胞行为。结果发现，相比于REDV表面，白蛋白涂层表面可以更好地抑制SMC的增殖和迁移，而对EC的增殖和迁移不产生明显的抑制效果。因此，白蛋白涂层表面最终形成了结构更加完整、功能更加优越的内皮层。图2. 不同表面上的体外细胞行为为了探究上述EC选择性的内在机理，如图3所示，该研究首先在有无血清的培养基中进行了细胞共培养实验，结果发现，血清蛋白在EC选择性中发挥了重要作用。随后，该研究引入了物理吸附的白蛋白涂层作为对照，分析了不同表面的蛋白吸附和置换情况。结果表明，化学接枝白蛋白表面可以有效抵抗血清蛋白的吸附和置换，而同时，其表面仍有少量的间隙可用于小分子蛋白的吸附，这可能为后续的细胞粘附提供了位点。而细胞粘附形态的观察结果表明：在玻璃表面，EC均匀铺展，黏着斑均匀分布，肌动蛋白无规分散；而SMC呈纺锤形，黏着斑主要集中在细胞两端，肌动蛋白高度取向。在白蛋白表面，EC呈八爪鱼状粘附，细胞铺展面积明显减小；而SMC几乎收缩成球形。这些结果表明，细胞内收缩力的差异可能是导致选择性的内在因素。肌球蛋白是细胞收缩的分子马达，Blebbistatin是肌球蛋白抑制剂。抑制肌球蛋白后，SMC在白蛋白表面的铺展面积和粘附密度都显著增加。进一步的荧光定量结果表明，SMC的肌球蛋白表达量显著高于EC，具有更强的内收缩力。因此，在粘附位点稀少的白蛋白表面，SMC难以有效粘附和铺展，从而实现了EC选择性。图3. 白蛋白涂层产生EC选择性的机理分析为了进一步验证其应用潜力，如图4所示，该研究将白蛋白涂层修饰到心血管植入器械中常用的316L不锈钢基底上，通过优化制备浓度，同样获得了优异的EC选择性。同时，该白蛋白涂层具有优异的抗凝血效果。进一步的细胞共培养实验表明，不同种属来源的白蛋白涂层均具有类似的EC选择性。图4. 316L不锈钢基底上的EC选择性白蛋白涂层优化及其抗凝血效果验证最后，该研究将白蛋白修饰的不锈钢丝植入到大鼠腹主动脉，以评估其体内效果。图5的结果表明该白蛋白涂层可以有效减少新生内膜的横截面积，并可以在抑制SMC增殖的同时，实现表面的原位内皮化，从而有效抑制内膜增生。图5. EC选择性白蛋白涂层的体内效果评估总结/展望该研究利用简单的硅烷偶联技术将“惰性”白蛋白修饰到材料表面，实现了超高的EC选择性，其EC/SMC比值远超已报道的所有策略。进一步的观察表明，该白蛋白涂层可以选择性抑制SMC的粘附、增殖和迁移，并促进EC的生长。机理分析证明，上述选择性效果来源于白蛋白表面粘附位点的稀缺性和细胞粘附行为的固有差异。而大鼠腹主动脉植入模型则进一步证明了上述白蛋白涂层抑制内膜过度增生和促进原位内皮化的应用潜力。这种简便且多功能的白蛋白涂层为心血管植入器械的疗效提升提供了有效的手段和宝贵的思路。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Bioinert Albumin Surface Enables Ultra-High Vascular Cell Selectivity Superior to Specific Binding LigandsYifeng Chen, Hongye Hao, Yijing Yin, Xianchi Zhou, Zuolong Liu, Yuxian Lai, Xingwang Wang, Cong Wang, Jing Wang, Peng Zhang*, Jian Ji*ACS Nano 2025, 19, 25, 23209–23222https://doi.org/10.1021/acsnano.5c05293 Published June 20, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： X-MOL 2025-07-28

上海交通大学JPCL | 光热化学协同调控下的激光诱导银纳米线液相生长

英文原题：Solution-Based Laser-Induced Silver Nanowire Growth on Substrates through Photothermal and Chemical Comodulation通讯作者：刘思羽（上海交通大学）作者：Wenhui Li (李文惠), Yongsen He (何永森), Shuang Yang (杨爽), Wenyuan Yu (余文缘)银纳米线（Ag NWs）因其高载流子浓度而具有优异的电导率和热导率，被广泛应用于柔性传感器、触控屏、发光二极管及电子皮肤等光电子器件中。基于液相的激光诱导合成（laser-induced synthesis，LIS）是一种前景广阔的制造技术，适用于纳米材料的局域可控制备。然而，由于LIS过程中涉及复杂的光热效应与化学反应机制，通过该方法实现Ag NWs可控生长仍面临挑战。近日，上海交通大学刘思羽团队在美国化学会期刊The Journal of Physical Chemistry Letters 上发表了相关研究，报道了通过基于液相的LIS方法，采用纳秒脉冲1064 nm激光，实现Ag NWs在多种衬底（包括柔性衬底）上直接生长。图1. LIS反应过程和Ag NWs表征。 (a) 合成流程示意图；(b-d) Ag NWs的TEM、HRTEM图与SAED花样；(e) 直写银电极线；(f) SEM图；(g) 单根Ag NW电阻测试。标尺：(b) 500 nm；(c) 5 nm；(d) 10 nm-1；(f) 300 nm；(g) 1 μm。研究展示了激光功率密度与前驱体浓度协同调控对银晶体形貌的影响，表明通过激光参数与化学条件的共同调控，可得到有利于各向异性纳米线生长的最优窗口。图2. 激光功率密度与前驱体浓度的协同调控对银晶体形貌的控制。(a) 基于长径比划分出三种形貌区域；(b–e) 纳米颗粒、NWs、小尺寸和大尺寸纳米棒的SEM图，标尺： 500 nm。；(f) 晶体生长随AgNO3浓度增加的统计分析；(g) 晶体生长随激光功率密度增加的统计分析。研究进一步揭示了LIS过程多物理场协同对银纳米晶体生长的调控作用，特别是温度及前驱体在衬底不同空间区域的供给差异对晶体形貌与生长速率的影响。图3. 不同激光条件下流体流动与温度分布模拟，以及对应的银纳米晶体的SEM图和生长速率分析。(a–e)：15 kHz，10345 W cm-2；(a′–e′)：2000 kHz，10345 W cm-2；(a″–e″)：2000 kHz，13528 W cm-2。比例尺：2 μm。传热与传质分析表明，脉冲激光的重复频率与能量密度在调控温度分布和流体对流方面起着关键作用。在合适的功率密度和化学条件下，较高的激光能量密度可产生更高的瞬时峰值温度，有利于形成尺寸更小、密度更高的纳米颗粒；而较高的重复频率增强溶液中物质传输，促进银纳米晶体的各向异性生长。结语本研究揭示了液相LIS过程中温度与流体对流在共同调控形核速率及晶体生长中的机制。通过光热与化学的协同调控，可实现对银纳米晶体的调控，为制备具有理想密度与结构的Ag NWs提供了理论支撑和工艺基础，突显了其在柔性及新一代电子器件中的应用潜力。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Solution-Based Laser-Induced Silver Nanowire Growth on Substrates through Photothermal and Chemical ComodulationWenhui Li, Yongsen He, Shuang Yang, Wenyuan Yu, Siyu Liu*J. Phys. Chem. Lett. 2025, 16, 24, 6098–6105https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.5c01309 Published June 9, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society刘思羽副教授个人主页：https://me.sjtu.edu.cn/teacher_directory1/liusiyu.html 课题组招收2026级硕士、博士生！欢迎联系。邮箱：liusiyu@sjtu.edu.cn（本稿件来自ACS Publications）
来源： The Journal of Physical Chemistry Letters 2025-07-25

ACS Nano | 设计性合成：金属纳米框架实现催化和光学特性的突破

英文原题：Tuning the Catalytic and Optical Properties of Designable Metal Nanoframes作者：Fahim El-Kassim M’madi Issimail, Hengzhi You*, Sang Jun Sim*, Xingyi Ma*金属纳米框架：多尺度调控解锁催化与光学新功能金属纳米框架（Metallic Nanoframes, MNF）在催化和光学领域的精准合成已取得显著突破。这类材料通过原子级结构调控，展现出催化活性与光学响应的可编程特性，为设计高性能催化剂、传感器及光热转换器件提供了全新范式。其催化行为与光-物质相互作用可通过对边长/厚度比、顶点构型及内部孔隙等物理参数的精准调控实现定向优化。本综述系统总结了MNF特性调控策略，并阐明了其在跨学科应用中的独特优势。设计原则：结构工程与性能调控的协同创新MNF性能优化的核心在于多维设计策略的协同运用。首要路径是通过几何工程调控框架形貌（如分支结构设计）与尺寸分布；第二路径是元素组成调控，通过引入特定掺杂原子或空位缺陷构建表面应变场；第三路径是构建MNF-载体异质结体系，利用界面协同效应增强性能。值得注意的是，这些策略经参数适配后可同步优化光学特性（图1）。文中重点解析了选择性沉积/蚀刻、电偶置换、溶剂热合成及脱合金等关键制备技术，为可编程MNF的精准构筑提供了方法学支撑。图1. 金属纳米框架的设计原理图催化突破：结构参数驱动的性能跃升实际应用研究表明，结构工程设计可显著提升MNF的催化效能。通过精确调控框架的几何特征与元素分布，优化后的MNF在氧还原反应（ORR）、甲醇氧化反应（MOR）、析氧反应（OER）及析氢反应（HER）等电催化体系中表现卓越。相较于传统固体纳米颗粒催化剂或商业Pt/C材料，结构优化的MNF可将比活性提升2-5倍，反应活化能降低15-30%，同时减少副产物生成（图2）。这些进展为清洁能源转换技术提供了高效解决方案。图2. 金属纳米框架实现催化性能的突破光学革新：热点工程与功能拓展应用类比催化领域的设计策略，MNF的光学性能可通过边缘锐度与内部空腔的结构优化实现突破。高密度热点结构的构建显著增强了局域表面等离子体共振（LSPR）效应，提升了光吸收与热转换效率。Park团队开发的“工具包”合成方法可制备具有复杂热点形态的MNF，已成功应用于表面增强拉曼散射（SERS）和生物传感领域。此外，MNF在光热治疗中展现出广谱抗菌活性，在低浓度条件下对耐药菌的杀灭效率超过99%（图3），为精准医疗提供了新工具。 图3. 金属纳米框架实现光学性能的突破未来展望：挑战与突破并存的新征程本文章系统梳理了MNF领域的标志性成果，同时指出形态精准控制（如大规模制备均一性）仍是待解难题。随着原位表征技术与AI辅助设计的融合，可编程MNF有望在智能催化、能源存储及生物医学等领域实现更广泛应用。这些突破为金属纳米框架的设计理论革新奠定了重要基础。本工作由哈尔滨工业大学（深圳）纳米医学与交叉科学课题组、胞芯国际联合实验室和韩国高丽大学纳米生物技术实验室合作完成，课题组热忱欢迎博士后和博士生的加盟！详情请见：https://faculty.hitsz.edu.cn/maxy 原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Tuning the Catalytic and Optical Properties of Designable Metal NanoframesFahim El-Kassim M’madi Issimail, Hengzhi You*, Sang Jun Sim*, Xingyi Ma*ACS Nano 2025, 19, 25, 22681–22709https://doi.org/10.1021/acsnano.5c07497 Published June 18, 2025Copyright © 2025 American Chemical Society（本稿件来自ACS Publications）
来源： X-MOL 2025-07-21

南开大学齐迹ACS Nano | 微环境激活NIR-II智能探针用于肺栓塞精准成像与协同溶栓

英文原题：Microenvironment-Activatable Long-Wavelength NIR-II Visualization and Synergistic Treatment of Pulmonary Embolism通讯作者：齐迹（南开大学）作者：Xue Meng, Jianwen Song, Zekun Du, Yongyou Tao, Ji Qi*肺栓塞（PE）是一种由血栓阻塞肺动脉或其分支引起的危及生命的疾病，会导致急性循环和呼吸功能衰竭。实时监测和早期诊断治疗可以有效降低其高发病率和死亡率，同时提高PE患者的康复效果。临床诊断方法具有无创性、时空分辨率高以及原位监测的特点，但是存在辐射强、分辨率低、灵敏度差、成像时间长以及无法实时准确识别病理过程等问题。荧光成像方法具有实时监测、高灵敏度及无创性等优势，尤其是新兴的近红外二区窗口（NIR-II, 1000-1700 nm）具有显著降低的组织散射和自体荧光干扰，在提升成像深度和分辨率方面展现出独特优势。多数NIR-II探针处于“常亮”模式，导致病灶与正常组织的对比度降低，严重影响信噪比。因此，开发智能响应型探针具有重要意义，能特异性识别肺栓塞的病理特征（如乏氧微环境），通过激活式NIR-II荧光信号实现更精准的疾病监测。传统药物溶栓疗法存在明显局限性：一方面可能引发严重的出血并发症，另一方面药物在血液循环中快速清除且靶向性不足。针对药物溶栓的固有缺陷，研究人员开始探索非药物溶栓技术。其中，光热溶栓等物理方法展现出独特优势。光热疗法凭借其精准的时空控制特性，可通过局部热效应增强溶栓效果。在辅助治疗策略方面，气体信号分子（如NO、CO和H2S）因其独特的生理调节功能备受关注。特别是硫化氢（H2S），其不仅能参与细胞氧化还原平衡调节，通过清除自由基发挥抗氧化作用，还在心血管系统中表现出多重保护效应：包括血管舒张功能、促进内皮细胞增殖和血管新生等。这些特性使其成为增强PTT溶栓效果、同时减轻副作用的理想辅助治疗剂。近日，南开大学齐迹教授（点击查看介绍）课题组开发了一种多功能诊疗平台，通过智能响应机制实现了肺栓塞的精准诊断与协同治疗。针对传统荧光探针特异性不足的问题，研究团队设计了一种基于N-氧化物的乏氧激活型探针，该探针在PE特有的乏氧微环境中发生结构转变，实现开启的长波长NIR-II荧光信号（最大发射波长>1200 nm）和光热效应，显著提升了成像信噪比和治疗精准度。将该探针分子与热敏型H2S供体（GYY4137）共组装，可以实现可控的H2S原位释放。为实现靶向递送，在组装的纳米微粒表面修饰具有髓过氧化物酶（MPO）响应性的5-羟基色胺，使纳探针能够在血栓部位高表达的MPO环境中发生特异性聚集靶向。体内实验证实，该探针在肺栓塞小鼠模型中展现出优异的靶向聚集能力和乏氧激活特性，通过长波长NIR-II荧光成像可以实现PE疾病的高灵敏度成像，其信噪比达到120以上，远高于常亮型的探针。在治疗方面，将光热效应与H2S气体治疗相结合：热涌动效应直接破坏血栓结构，同时触发H2S原位释放，通过抑制炎症反应和促进血管修复实现协同增效。这种诊疗一体化的设计不仅解决了传统溶栓疗法的靶向性差和副作用大等问题，还为心脑血管疾病的精准诊疗提供了新范式，具有重要的临床转化价值。图1. 乏氧响应分子探针和H2S供体共组装，并进一步修饰5-羟基色胺实现血栓部位的聚集靶向。图2. 乏氧响应分子探针的合成、结构变化和响应性质。图3. PE小鼠体内NIR-II荧光成像。a）静脉注射后PE小鼠肺部的时间依赖性NIR-II荧光成像和b）信号强度的定量分析。c）注射5SGNPs或常亮型探针5SNGNPs的PE小鼠肺部NIR-II荧光的信噪比。d）小时不同器官中NIR-II荧光成像和e）相应定量分析。图4. 5SGNPs对PE小鼠的溶栓效果。a）PE诱导和溶栓疗效评估的实验方案示意图。b）808 nm光照射下不同时间5SGNPs治疗的PE小鼠的IR热图像和c）肺部温度定量。d）不同处理后小鼠肺部FITC纤维蛋白成像和e）相应定量分析。f）H&E染色的肺切片显示各治疗组的肺血管中的栓塞情况。g）肺血管血栓面积百分比的定量分析。h）不同治疗组的肺组织中HIF-1α表达的免疫荧光图像和i）相应定量分析。相关研究发表于ACS Nano 上，南开大学硕士研究生孟雪和博士研究生宋健文为共同第一作者，南开大学齐迹教授为通讯作者。原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：Microenvironment-Activatable Long-Wavelength NIR-II Visualization and Synergistic Treatment of Pulmonary EmbolismXue Meng, Jianwen Song, Zekun Du, Yongyou Tao, Ji Qi*ACS Nano 2025, 19, 24, 22454–22467https://doi.org/10.1021/acsnano.5c07280 Published June 11, 2025© 2025 American Chemical Society导师介绍齐迹https://www.x-mol.com/university/faculty/345494 （本稿件来自ACS Publications）
来源： ACS Nano 2025-07-16

Nano Letters | 氮化硼封装石墨烯纳米带实现高性能量子输运

英文原题：Coulomb Blockade and Possible Luttinger Liquid Behaviors in Encapsulated High-Mobility Graphene Nanoribbons通讯作者：史志文 教授，上海交通大学作者： Peiyue Shen（沈沛约）, Bosai Lyu（吕博赛）, Zhenghan Wu（吴正瀚）, Liguo Wang（王立果）, Zhichun Zhang（张智淳）, Xianliang Zhou（周先亮）, Shuo Lou（娄硕）, Jiajun Chen（陈佳俊）, Saiqun Ma（马赛群）, Yufeng Xie（谢宇烽）, Yi Chen（陈一）, Kunqi Xu（徐琨琪）, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Guohua Wang（王国华） , Dong Qian（钱冬）, Qi Liang（梁齐）, Wei Yang（杨威）, Guangyu Zhang（张广宇）, Zhiwen Shi（史志文）背景介绍石墨烯纳米带（GNRs）作为准一维石墨烯条带，因其独特的电子结构、可调带隙和自旋电子学特性，已成为凝聚态物理和纳米电子学的研究热点。更引人注目的是，GNRs的一维特性可引发丰富的量子输运现象，如量子电导、库仑阻塞和拉廷格液体行为，为探索强关联物理提供了理想平台。然而，传统制备方法通常将GNRs置于SiO₂/Si基底上，其性能往往受到环境污染物、制备过程中的机械损伤和界面应变的显著抑制。这些因素导致载流子散射加剧，使器件难以展现其本征的量子特性。近年来，六方氮化硼（hBN）范德华封装技术被证明是保护低维材料、提升其电学性能的有效途径。特别是最新发展的原位封装技术——直接在hBN层间中生长GNRs，从根本上避免了转移过程带来的污染和损伤，为制备高质量GNR器件开辟了新途径。文章亮点近日，上海交通大学史志文教授课题组在纳米科学权威期刊《Nano Letters》上发表了关于六方氮化硼（hBN）原位封装的石墨烯纳米带（GNRs）的场效应晶体管（FETs）和本征量子输运性质研究。本文报道了通过六方氮化硼（hBN）原位封装技术制备的高质量石墨烯纳米带（GNR）场效应晶体管，该器件在室温下展现出优异的电学性能，包括接近5000 cm²V⁻¹s⁻¹的迁移率和10⁶的开关比；在低温条件下，研究首次在GNR中观测到清晰的库仑阻塞现象和可调控的Luttinger液体行为（g=0.1-0.3），揭示了强电子关联效应。这项研究不仅实现了高性能GNR晶体管的制备，更为一维量子输运和关联物理研究提供了理想平台。本文的主要亮点如下：1. 高性能晶体管通过hBN原位封装和优化的边缘接触技术，制备的GNR场效应晶体管在室温下表现出优异性能：迁移率高达约5000 cm²V⁻¹s⁻¹，开关比达约10⁶，亚阈值摆幅低至约70 mV/dec。短沟道器件的饱和电流接近10 μA，电流密度约1750-2750 μA/μm。2. 低温量子效应在低温下，器件呈现周期性电导峰和规则的库仑菱形结构，表明强电子-电子排斥作用和一维量子点行为。观测到幂律依赖和普适标度行为，在实验上证实了纳米带的拉廷格液体特征，其参数g可在0.1~0.3范围内调控，为强关联一维系统研究提供了新平台。3. 材料与工艺突破采用改进的单步金属蒸发工艺，减少接触电阻和界面污染。hBN封装有效抑制缺陷和声子散射，载流子平均自由路径在低温下可达3.7 μm。图1. hBN封装石墨烯纳米带(GNR)及其边缘接触器件结构。(a)生长在hBN薄片中的GNR扫描电镜(SEM)图像，插图为hBN晶格的原子力显微镜图像；(b)hBN中封装的单层GNR截面透射电镜图；(c)器件结构示意图：超窄GNR(黑色)被hBN(蓝色)封装，硅基底(灰色)作为栅极，左下插图为边缘接触的细节；(d)不同沟道长度的两端器件伪彩SEM图；(e)器件电阻随沟道长度变化曲线，测得单个接触点的接触电阻约为60 kΩ。图2.  hBN封装GNR场效应晶体管的室温电学特性。(a-c)沟道长度6.5 μm器件的测试数据：(a)电导随栅压(Vg)和源漏偏压(Vsd)变化的对数色阶图；(b)不同偏压下的转移特性曲线；(c)不同栅压下的输出曲线，插图为低偏压区放大图。(d)短沟道器件的近饱和电流，单根GNR在2 V偏压下可承载高于7 μA的电流。(e-g)51个器件的性能统计：(e)迁移率分布，平均值为1400 cm²V⁻¹s⁻¹，最高值近5000 cm²V⁻¹s⁻¹，插图为平均自由程与迁移率关系；(f)开关比对数分布；(g)亚阈值摆幅分布，蓝色虚线标注室温理论极限值。图3.  短沟道GNR器件的低温库仑阻塞效应。(a)200 nm沟道器件在低温下的电流随栅压和源漏偏压变化的二维图谱。(b)GNR量子点器件测量示意图。(c)量子点在阻塞态(左)和隧穿态(右)的能级示意图。(d)图(a)红框区域的微分电导二维图谱，红色虚线标出库仑菱形边界，其倾斜表明两侧接触的隧穿强度不对称。(e-f)库仑菱形周期(e)和充电能量(f)的统计分布。(g)零偏压下微分电导随栅压变化的曲线。(h)不同沟道长度器件的库仑阻塞振荡周期统计。图4.  hBN封装GNR器件中的Luttinger液体行为特征。(a)不同栅压下电导随温度变化的双对数曲线，呈现0.7-3.1可调的幂律关系。(b)Vg = -37 V时微分电导随偏压变化的双对数曲线，高偏压下呈现明显幂律特征。(c)将(b)中数据标度化后的曲线，证实普适标度行为。(d-e)不同栅压下的标度化微分电导曲线。(f)由幂律关系提取的指数α及对应Luttinger参数g随栅压的变化关系。总结/展望本研究通过hBN原位封装和创新的器件设计，实现了兼具高性能晶体管功能和一维强关联量子系统的GNR器件。这一成果不仅推动了纳米电子器件的实际应用，还为研究一维量子输运和关联物理提供了理想平台。未来，通过进一步优化封装技术和接触界面，有望在量子计算和低功耗电子器件中发挥更大潜力。相关论文发表在Nano Letters上，上海交通大学博士研究生沈沛约和吕博赛为文章的共同第一作者， 史志文教授为通讯作者。通讯作者信息：https://zhiwen.sjtu.edu.cn https://www.physics.sjtu.edu.cn/jsml/shizhiwen.html 扫描二维码阅读英文原文，或点此查看原文Nano Lett. 2025, 25, 8825-8833Publication Date: May 20, 2025https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c06064 Copyright © 2025 American Chemical SocietyEditor-in-ChiefTeri W. OdomNorthwestern UniversityNano Letters 旨在快速发布纳米科学和纳米技术领域基础研究、应用和新型研究成果。符合Nano Letters收录范围的文章应至少有两个不同领域或学科的融合。2-Year Impact FactorCiteScoreTime to First Peer Review Decision9.114.929.3
来源： Nano Letters 2025-07-08
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