上个月，国内这些成果登上了Nature/Science

2022-06-06 11:55:48 作者：材料人来源：材料人分享至：

回望五月，有哪些研究进展让你印象深刻？材料人为您精选五月以来材料领域中，中国学者（或通讯单位为国内机构）发表在顶级期刊Nature和Science上的优秀工作。

1. 通过可规模化的一步化学气相沉积（CVD）策略合成的外延MoS2/WS2异质双层中意外观测到了OOP铁电性和压电性

香港理工大学的刘树平、中国人民大学的季威和剑桥大学的Manish Chhowalla（共同通讯作者）等人合作发表了最新工作，在通过可规模化的一步化学气相沉积（CVD）策略合成的无扭曲、相称（commensurate）和外延MoS2/WS2异质双层中，意外观测到了OOP铁电性和压电性。研究显示，该双层的d33压电常数为1.95-2.09皮米/伏，比单层In2Se3的自然OOP压电常数还要大6倍左右。通过改变MoS2/WS2异质双层的极化状态，研究还证明了相应铁电隧道结器件中隧穿电流可进行约三个数量级调制的行为。进一步的密度泛函理论显示，一步化学气相沉积策略可交替堆叠MoS2/WS2层，从而可在无需扭曲角或者摩尔畴的前提下进行对称打破和层间滑动，最终获得铁电/压电性能。香港理工大学的Lukas Rogée和中国人民大学的Lvjin Wang为共同第一作者，2022年5月26日，相关成果以题为“Ferroelectricity in untwisted heterobilayers of transition metal dichalcogenides”的文章发表在Science上。

2. 由芯上分布式反馈激光器（distributed feedback laser, DFB）直接泵浦的绝缘层上铝砷化镓（AlGaAsOI）微谐振器

北京大学王兴军教授和美国加州大学圣巴巴拉分校John E. Bowers（共同通讯作者）等人报道了由芯上分布式反馈激光器（distributed feedback laser, DFB）直接泵浦的绝缘层上铝砷化镓（AlGaAsOI）微谐振器，生成了一个暗脉微梳，其具有最先进的效率、操作简单和长期稳定性。这种相干梳用于驱动基于CMOS铸造的SiPh引擎，该引擎包含多种功能，应用广泛。在这种方法的基础上，针对两个主要的集成光子学领域进行了系统级演示。作为通信演示，作者展示了一种基于微梳SiPh收发器的数据链路，具有100-Gbps脉冲幅度四级调制（pulse-amplitude four-level modulation, PAM4）传输和2-Tbps数据中心总速率。对于微波光子学，通过片上多抽头延迟线处理方案展示了具有数十微秒级重构速度的紧凑型微波滤波器，其可调带宽和灵活的中心频率能够支持第五代（5G）、雷达和片上信号处理。该工作为全面集成广泛的光学系统铺平了道路，并将显着加速下一代集成光子学的微梳SiPh技术的发展。研究成果以题为“microcomb-driven silicon photonic systems”发布在国际著名期刊Nature上。

3. 通过实施链行走催化从易于获得的取代亚甲基环己烷模块化合成具有优异动力学立体控制的二取代环己烷的一般策略

武汉大学高等研究院阴国印教授团队该研究报告了通过实施链行走催化从易于获得的取代亚甲基环己烷模块化合成具有优异动力学立体控制的二取代环己烷的一般策略。从机理上讲，最初引入与环己烷相邻的空间要求高的硼酯基团是指导立体化学结果的关键。这种方法的合成潜力在复杂生物活性分子的后期修饰以及与当前交叉偶联技术的比较中得到了强调。即利用“金属迁移”策略，解决了环己烷合成领域长期存在的难题。具体的成果以“Modular access to substituted cyclohexanes with kinetic stereocontrol”为题发布在Science上。西班牙拉里奥哈大学的博士后Ignacio Funes-Ardoiz为共同通讯作者，高等研究院2018级博士研究生李阳阳为第一作者。

4. 使用可扩展的制造技术展示高效的全钙钛矿串联太阳能模块

南京大学谭海仁教授与牛津大学Henry J. Snaith课题组合作，使用可扩展的制造技术展示了一种高效的全钙钛矿串联太阳能模块。通过系统地调整不含甲基铵的1.8电子伏特混合卤化物钙钛矿的铯比例，本工作提高了大面积刀片涂层薄膜的结晶均匀性。本工作在互连子电池之间引入导电共形的‘扩散势垒’，以提高全钙钛矿串联太阳电池组件的功率转换效率（PCE）和稳定性。本工作的串联模块实现了21.7%的认证PCE，孔径面积为20平方厘米，在模拟1-太阳光照下连续运行500小时后仍保持了75%的初始效率。相关论文以题为“Scalable processing for realizing 21.7%-efficient all-perovskite tandem solar modules”发表在Science上。

5. 探索可转移的超高κ单晶钙钛矿锶钛氧化物膜作为二维场效应晶体管的栅极电介质

香港大学Lain-Jong Li教授团队联合澳大利亚新南威尔士大学Sean Li教授团队探索可转移的超高κ单晶钙钛矿锶钛氧化物膜作为二维场效应晶体管的栅极电介质。所制造的钙钛矿膜表现出理想的亚一纳米级CET，具有低漏电流（在2.5兆伏/厘米时小于10-2?安培/平方厘米）。研究发现，锶钛氧化物电介质和二维半导体之间的范德华间隙减轻了由于使用超高κ电介质而导致的不利边缘诱导的势垒降低效应。由化学气相沉积和氧化锶钛电介质制成的可扩展二硫化钼薄膜的典型短沟道晶体管表现出陡峭的亚阈值摆幅低至每十倍频约 70 毫伏，开/关电流比高达107，符合最新的《国际设备和系统路线图》建议的低功耗规格。具体的成果以“High-κ perovskite membranes as insulators for two-dimensional transistors”为题发布在Nature。

6. 突破性的设计：钛硅分子筛负载金钯合金催化剂

卡迪夫大学卡迪夫催化中心（Cardiff University, Cardiff Catalysis Institute）的Graham Hutchings，Richard J. Lewis和上海交通大学化学化工学院物质科学原位中心的刘晰，陈立桅及其他单位合作，突破性的设计了钛硅分子筛负载金钯合金催化剂，实现在接近工业过氧化氢氨氧化条件（相同类型反应器和反应条件）下，直接从氢气，氧气，碳酸氢铵和环己酮一步法高选择性制备环己酮肟，得到近100%的环己酮选择性，近100%的氨选择性和67%的氢气选择性，其环己酮肟产率与工业过氧化氢氨氧化获取产率相同，验证了原位H2O2合成与氨氧化耦合实现绿色化工生产的新路径。

在这项工作中，研究者证明了AuPd合金与钛硅分子筛（TS-1）作为双功能催化剂的核心作用：优化金属比例与载量的AuPd合金能够有效的在加热和弱碱性环境下生成H2O2，而TS-1可以有效利用原位生成的H2O2完成氨氧化反应。单组分Au对于该反应没有催化活性，单组分Pd显示一定的转化率但是比较低的选择性，简单物理混合的催化剂也没有催化活性，但是一旦形成AuPd合金之后，反应活性得到了极大的提升。负载AuPd合金有着优异的催化H2/O2生成H2O2的催化活性，但是没有氨氧化催化能力；而TS-1在使用商业H2O2溶液作为氧化剂的时候能够催化生成环己酮肟，但是选择性较差。两种催化剂的简单物理混合却得到了非常优异的催化表现，这证明可以利用原位生成H2O2的方式来高效，方便的完成这种重要聚合物单体的催化制备。

相关研究成果以“Highly efficient catalytic production of oximes from ketones using in situ-generated H2O2”为题发表在Science上。Richard J. Lewis，刘晰，Graham J. Hutchings为共同通讯作者，工作得到了上海交通大学物质科学原位中心和变革性分子前沿科学中心的大力支持。

7. 厘米级双层MoS2制备

南京大学电子科学与工程学院李涛涛、王欣然和东南大学物理学院通过调控原子梯级高度，在蓝宝石基底的c面上，利用外延生长，然后将形成的TMDs区域融合，实现了99%的均匀成核，制备了厘米级二硫化钼薄膜。由此制备的短沟道场效应晶体管（FET）迁移率可达122.6 cm2·V?1·s?1，短沟道FET开态电流可达1.27 mA·μm?1。通过边缘成核和外延生长法，作者首次在蓝宝石基板上制备了大规模、高度取向的MoS2薄膜，对应的FET性能远超单层MoS2器件。该成果以“Uniform nucleation and epitaxy of bilayer molybdenum disulfide on sapphire”发表在Nature。