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 1. 用于倒置平面異質結鈣鈦礦太陽能電池的光電壓增強

（Enhanced photovoltage for inverted planar heterojunction perovskite solar cells）

材料名稱：鈣鈦礦太陽能電池

研究團隊：北京大學朱瑞研究組

具有倒置平面異質結結構的鈣鈦礦太陽能電池（PSC）的最高電源轉換效率（PCE）一直低于具有規則結構的 PSC，這主要是因為開路電壓（Voc）較低。Luo 等人報導了一種基于簡單溶液處理的二次生長技術來減少倒置器件的非輻射復合的策略。這種方法可以使鈣鈦礦薄膜頂層表面區域帶寬更寬，薄膜更傾向于 n 型，從而減少非輻射復合，使 Voc 增加高達 100 毫伏。最終相對于 1.62 電子伏帶隙下 0.41 伏的電壓不足，在不犧牲光電流的情況下實現了高達 1.21 伏特的 Voc。這一改善使得最大功率點的輸出功率穩定在了接近 21％。（Science DOI: 10.1126/science.aap9282）

2. 利用超快電子衍射實現對從非均勻到均勻熔融轉變的可視化

（Heterogeneous to homogeneous melting transition visualized with ultrafast electron diffraction）

材料名稱：金

研究團隊：美國 SLAC 國家加速器實驗室 S. H. Glenzer 研究組

物質的超快激光激發導致了具有復雜固液相變動力學的非平衡態。Mo 等人利用兆電子伏特能量的電子衍射對原子尺度長度上金的超快速熔化進行了觀測。對于接近不可逆熔融狀態的能量密度，首先在 100 到 1000 皮秒的時間尺度上觀察到了非均勻熔化，然后在較高能量密度下在 10 到 20 皮秒內過渡到災難性地均勻熔化。并展示了固體和液體多相共存的證據。確定了離子和電子溫度的演變并發現了過熱條件。這一研究結果限制了電子-離子耦合率，確定了德拜溫度，并揭示了用于成核的“種子”的熔解敏感性。（Science DOI: 10.1126/science.aar2058）

3. 一種超越 Suzuki 偶聯均相體系的非均相單原子鈀催化劑

（A heterogeneous single-atom palladium catalyst surpassing homogeneous systems for Suzuki coupling）

材料名稱：Pd 單原子催化劑

研究團隊：瑞士蘇黎世聯邦理工學院 Javier Pérez-Ramírez 研究組

鈀催化的交叉偶聯反應是精細化學合成的核心技術，但目前主要采用的是可溶性金屬絡合物，盡管這些催化劑在產品純化和可重復使用性方面存在巨大的挑戰。很多研究試圖將這些均相催化劑固定在不溶性載體上，但材料的穩定性往往不理想，金屬會在反應過程中的流失或團聚從而導致性能逐漸惡化。而負載型 Pd 納米顆粒則常受限于避免底物或產物熱降解所需的溫和反應條件下較低的催化活性。單原子多相催化劑則走在了前沿。Chen 等人表明，固定在剝離石墨碳氮化物上的 Pd 原子（Pd-ECN）兼具了兩方優點，因為其包含一種固體催化劑，該固體催化劑與用于 Suzuki 偶聯的現有技術均相催化劑的高化學選擇性和寬官能團容限匹配，并且還表現出穩定的流動性。 剝離石墨碳氮化物雜環化合物內的適應性協調環境促進了每個催化步驟。這些發現說明了固體宿主中納米結構單原子催化過程難以異質化的令人興奮的機會。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0167-2）

4. 晶體 Tl3VSe4 超低熱導率的雙通道模型

（Two-channel model for ultralow thermal conductivity of crystalline Tl3VSe4）

材料名稱：Tl3VSe4

研究團隊：美國橡樹嶺國家實驗室 Lucas Lindsay 研究組

具有超低熱導率的固體作為用于絕緣或用于能量轉換的熱電材料的熱障涂層是非常有意義的。然而，晶格熱導率（κ）的理論極限尚不清楚。在典型晶體中聲子圖景是有效的手段，但最低的 κ 值出現在高度無序的材料中，在其中聲子圖景便失效并且推測熱量由不相關諧振子中的隨機游走攜帶。Mukhopadhyay 等人確定了一個簡單的晶體Tl3VSe4，盡管拉曼光譜、比熱和溫度對 κ 的依賴性揭示出了典型的聲子特性，但在 300 K 時，計算出的聲子 κ[0.16 瓦特/米-開爾文（W/m-K）]是測量的 κ（0.30 W/m-K）的一半，接近無序 κ 值。通過添加基于不相關諧振子的傳輸分量解釋了測量的 κ 值，并且表明對于具有超低 κ 的晶體來說，雙通道模型是必需的。（Science DOI: 10.1126/science.aar8072）

5. 嵌入型鐵電體中的長程對稱破缺

（Long-range symmetry breaking in embedded ferroelectrics）

材料名稱：BaTiO3

研究團隊：丹麥科技大學 Hugh Simons 研究組

鐵電材料的特征功能源于它們的晶體結構的對稱性。因此，鐵電體有助于設計通過引入外在應變來操縱這種結構對稱性的方法。Simons 等人利用原位暗場 X 射線顯微鏡在 BaTiO3 深處嵌入的疇壁和晶界周圍映射晶格畸變，發現對稱破缺應變場從疇壁延伸了多達幾微米。由于這超過了平均疇寬，因此材料的任何部分都不會彈性松弛，并且對稱性被普遍破壞。這種外在應變在確定嵌入疇壁的局部性質和自組織方面起著關鍵作用，并且必須通過新出現的材料設計計算方法來解釋。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0116-3）

6. 調整富鎳層狀陰極晶界結構和的化學特性從而提高鋰離子電池的循環穩定性

（Tailoring grain boundary structures and chemistry of Ni-rich layered cathodes for enhanced cycle stability of lithium-ion batteries）

材料名稱：層狀富鎳陰極

研究團隊：美國太平洋西北國家實驗室張繼光研究組

層狀結構的富鎳鋰過渡金屬氧化物陰極想要用于商業化電池應用，所面臨的關鍵挑戰是它們的容量和電壓衰減，這源于陰極顆粒的分解和晶格相變。陰極顆粒表面改性的常規方法可以部分緩解與表面過程相關的降解，但仍然無法解決這個關鍵障礙。Yan 等人報導了將陰極二次顆粒的晶界注入固體電解質可以顯著提高陰極的容量保持率和電壓穩定性。并發現，注入在晶界的固體電解質不僅充當鋰離子傳輸的快速通道，而且更重要的是防止液體電解質滲透到邊界中，并因此消除了有害因素，包括陰極-液體電解質界面反應，粒間裂化和層狀-尖晶石相轉變。這種晶界調控方法為先進電池陰極提供了設計思路。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0191-3）

7. 在石墨烯-黑磷異質結構上調整樣品范圍的贗磁場

（Tailoring sample-wide pseudo-magnetic fields on a graphene–black phosphorus heterostructure）

材料名稱：石墨烯-黑磷異質結構

研究團隊：新加坡國立大學 Jiong Lu 和 Kian Ping Loh 研究組

空間調整了的贗磁場（PMF）能夠產生贗朗道能級和谷霍爾效應。但在實驗水平上，想要創建可在大面積上產生 PMF 的特定應變結構是非常具有挑戰性的。Liu 等人報導了在多層黑磷上疊加石墨烯會產生剪切應變超晶格，其能夠在邊緣尺寸為幾十微米的整個石墨烯-黑磷異質結構上產生 PMF。PMF 與莫爾條紋的空間周期交織在一起，其空間分布和強度可以通過改變兩種材料的相對取向來改變。Liu 等人表明，新型的贗朗道能級能夠影響具有霍爾棒幾何的石墨烯-黑磷場效應晶體管器件的傳輸特性。通過施加外部磁場，使得能夠根據谷極化增強或減小有效場，并有望開發出谷過濾器。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0178-z）

8. 弛豫鐵電體中局部有序與材料性質的關系

（The relation of local order to material properties in relaxor ferroelectrics）

材料名稱：PbMg1/3Nb2/3O3-xPbTiO3

研究團隊：美國阿貢國家實驗室 D. Phelan 研究組

將機電和介電特性與納米尺寸有序相關聯是發展壓電氧化物的決定性挑戰。目前基于鉛（Pb）的弛豫鐵電體可以作為解釋這些相關性的模型系統，但是局部有序性的性質及其與材料性質的關系仍然存在爭議。Krogstad 等人利用最新發展的漫散射儀器研究了跨越 PbMg1/3Nb2/3O3-xPbTiO3（PMN-xPT）相圖的晶體并確定了四種局部有序形式。Krogstad 等人由組分相關性，解析了觀察到的介電和機電特性的每種形式的耦合。并表明弛豫現象不僅僅與鐵性漫散射相關；相反，它是由局域反鐵電關聯之間的競爭引起的，其中的相互關系則是由化學短程有序和局域鐵性有序引起。在壓電性最大并且表現出先前未被識別的由陰離子位移引起的調制的情況下，鐵性漫散射最強。這一觀測為評估位移模型以及環境友好的下一代材料的壓電性能提供了新的指導。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0112-7）