梳理年第一季度我国学者在NS上发

随着国内疫情的日渐稳定，国内科研也渐渐开始步入正常。在年开端的第一个季度，截止月4月1日，中国科研人员在CNS三大刊上共计发表了56项研究成果，在生命科学，材料学，化学等领域取得重大突破和进展。其中，Cell9篇，Nature32篇，Science15篇。中国科学院16篇，复旦大学6篇，清华大学6篇，浙江大学5篇，北京大学4篇，上海科技大学3篇，北京师范大学3篇，上海交通大学2篇，南京大学2篇，同济大学2篇，北京生命科学研究所（NIBS）2篇，中国科学技术大学2篇。西湖大学，厦门大学，广西医科大学，香港大学，香港城市大学，中国农业大学，重庆大学，海军军医大学，中山大学，中国地质大学，西安交通大学，武汉大学，北京市疾控预防控制中心，湖南大学，山东农业大学，哈尔滨工业大学，北京航空航天大学，福建农林大学以及北京高压研究中心各1篇。

在此，笔者总结了过去三个月（截止月4月1日）中国科研工作者在Science和Nature发表的与材料，化学相关的文章（非评述类）。

NO.01　　　　　　　　　　　　　　　　化学催化篇

Science：在甲烷氧化制甲醇过程中原位过氧化物生成的疏水沸石改性

甲烷选择性氧化制甲醇效率低，这一直是催化科学和工业界的一个难点问题。浙江大学肖丰收教授、王亮教授等人在Science上发表文章，题为：“Hydrophobiczeolitemodificationforinsituperoxideformationinmethaneoxidationtomethanol”。作者报道了一种在温和温度(70°C)下通过原位生成过氧化氢来提高甲烷氧化过程中甲醇产率的多相催化剂体系。通过在硅酸铝沸石晶体中固定AuPd合金纳米粒子，再用有机硅烷修饰沸石的外表面，合成了该催化剂。硅烷可以使氢、氧和甲烷扩散到催化剂活性位点，同时将生成的过氧化氢限制在活性位点以提高其反应的可能性。在甲烷转化率为17.3%时，甲醇选择性达到92%，对应甲醇产率达到每克AuPd每小时产91.6毫摩尔。[1]

图1.AuPd

ZSM-5-R和AuPd/ZSM-5催化剂的模型和TEM图像。

Science:用透射电镜观察水分子在TiO2活性位点的反应

在分子水平上对反应进行成像可以为理解催化反应机理提供直接的信息。浙江大学张泽院士、王勇教授,上海应用物理所高嶷以及丹麦技术大学的JakobB.Wagner等人在Science上发表文章，题为：“VisualizingH2OmoleculesreactingatTiO2activesiteswithtransmissionelectronmicroscopy”。作者使用原位环境透射电子显微镜和纳米晶体锐钛矿二氧化钛作为催化剂，该氧化钛表面为型结构，发生重构，每四个晶格出现一个凸起，只有凸起部分是催化剂的活性位点，实现实时监控的水分子分离，催化剂表面的反应。观察了吸附水的双突起形态。在水气转换反应过程中，这些结构在分子水平上发生了动态变化。[2]

图2.氧化钛（）面原子结构反应动力学

NO.02　　　　　　　　　　　　　　　　材料制备篇

Nature：二维六边形冰的边缘结构和生长的原子成像

表面水冰层和低维冰在约束条件下的形成和生长是经常发生的。在金属、绝缘表面、石墨和石墨烯上以及强约束条件下广泛报道的二维(2D)冰就是一个例证。虽然研究人员已经发现了冰的18种晶相（三维冰相），但是由于这些边缘结构的脆弱性和较短的寿命，捕获参与2D冰生长的亚稳态或中间边缘结构，从而揭示其潜在的生长机制是非常具有挑战性的。近日，北京大学江颖、徐莉梅、王恩哥和美国内布拉斯加大学林肯分校曾晓成等通过精确控制温度和水压，成功在疏水的金衬底（Au()）上生长出了一种单晶二维冰结构，这种二维冰可以完全铺满衬底。该工作改变了一百多年来人们对冰相的传统认识，开启了探究二维冰家族系列的大门，为冰在低维和受限条件下的形态和生长提供给了全新的图像。同时，二维冰在很多应用领域也有潜在意义。结果表明，在二维六角形晶体中，锯齿形边与扶手椅形边共存，生长过程中对锯齿形边进行冷冻，以识别中间边缘结构。结合模拟，这些实验能够重建生长过程，在zigzag形边缘的情况下，包括添加水分子到现有的边缘和一个集体桥接机制。与此相反，扶手椅边缘的生长涉及到局部播种和边缘重建，因此与一般关于双层六角形冰和二维六角形物质生长的传统观点形成了对比。[3]

图3.实验装置和二维双层冰的STM和AFM图像

Nature：一种超平滑石墨烯薄膜的CVD制备方法

化学气相沉积法生长的石墨烯薄膜具有不同寻常的物理和化学性质，有望应用于柔性电子和高频晶体管等领域。然而，皱纹总是在生长过程中形成，因为与基板的强耦合，这些限制了薄膜的大规模均匀性。南京大学高力波教授课题组在Nature上发文，题为：“Proton-assistedgrowthofultra-flatgraphenefilms”。作者开发了一种质子辅助的化学气相沉积方法来生长无褶皱的超平石墨烯薄膜。用质子辅助化学气相沉积法生长的石墨烯薄膜应能在很大程度上保持其固有性能，这种方法应可方便地推广到应变和掺杂工程的其他纳米材料上。[4]

图4.石墨烯皱纹形成和避免的示意图

Nature：非范德华固体向二维过渡金属硫族化合物的转化

虽然二维原子层，如过渡金属硫族化合物，已经被广泛地利用剥离和气相生长等技术合成，但要获得相控的二维结构仍然是一个挑战。北京航空航天大学的杨树斌研究团队联合美国莱斯大学PulickelM.Ajayan等人在Nature上发表文章，题为：“Conversionofnon-vanderWaalssolidsto2Dtransition-metalchalcogenides”这种方法也可以合成异质原子掺杂的过渡金属硫族化合物，从而为工程选择相控的二维过渡金属硫族化合物结构提供了一种通用的合成方法，这种结构在高温下具有良好的稳定性，可以实现单分子层的高通量生产。作者预计这些二维过渡金属硫族化合物将在电子、催化和储能领域有广泛的应用。[5]

图5.非范德华固体向二维范德华过渡金属硫族化合物转化的示意图

Nature：二维范德华异质结构阵列的普世合成策略

二维范德华异质结构(vdWHs)引起了人们广泛的

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