纳米技术

单原子分散贵金属催化剂的制备和催化

厦门大学化学化工学院、能源材料化学协同创新中心郑南峰和傅钢课题组，采用乙二醇保护的超薄二氧化钛纳米片作为载体，应用光化学方法，成功制备了负载量高达1.5wt%的单原子分散钯催化剂；在温和条件下高效脱除前驱体氯钯酸上的氯离子是成功制备的关键；研究成果发表于《科学》杂志。贵金属催化剂广泛应用于环保、能源和化工等领域。贵金属资源稀缺、价格高昂，将贵金属单原子分散可以有效提高原子利用率，但为了避免团聚，其金属负载量很难提高。该研究展示了单原子分散催化剂在基础研究中的重要作用，不仅为亚纳米尺度上研究复杂界面化学过程提供了理想模型，还架起了均相和非均相催化之间的桥梁。

具有抗原快速释放行为的pH敏感PLGA纳米粒促进免疫应答

中科院过程工程研究所王连艳研究小组在纳米颗粒诱导免疫应答，尤其是诱导细胞免疫应答方面取得进展，成果发表于《ACSNano》。在前期纳微颗粒性质影响免疫学行为研究基础上，构建了具有薄皮大腔结构的pH敏感聚乳酸-羟基乙酸 （PLGA）纳米粒，携载模式抗原OVA和抗原释放伴侣碳酸氢铵。当纳米粒被抗原提呈细胞摄取后，在内体溶酶体的微酸环境下，当氢离子进入纳米粒中，与碳酸氢铵反应生成氨气和二氧化碳，撑破囊壁，快速释放抗原，进一步分布到胞质中，实现抗原的交叉提呈，提升细胞免疫应答。研究结果表明，pH敏感纳米粒显著提升了抗原的交叉提呈水平（是实心颗粒的2倍多），提升了T细胞和B细胞的活化水平，促进了细胞CTL杀伤能力，在清除胞内感染中发挥巨大作用。

磁性纳米粒子的自组装与结构调控

中科院化学所分子动态与稳态结构实验室姚立研究员等利用超低场磁成像综合研究平台，在磁性多功能自组装体的结构设计与构筑、性能调控与应用方面的研究发表于《美国化学会志》。磁性纳米粒子在现代科学的众多领域具有广泛的应用，例如核磁共振成像、生物医药、催化、数据存储和环境保护等。通过将磁性纳米粒子的多功能性与单孔中空的结构特性有机结合起来，实现对其磁性能的调控和提升，并发展了一个集选择性封装、磁导航输送、可控释放于一体的智能生物医学平台。更重要的是，整个过程可通过磁共振成像手段实时监控。这种自组装磁球用作智能纳米载药有望使癌症治疗可视化、更有效、更精准。

超高灵敏度新型微波探测器

中科院苏州纳米所曾中明团队与国内外科学家合作在基于电子自旋特性的微波探测器件研究方面取得了新的进展，相关结果发表于《自然-通讯》。射频微波探测器是微波系统中的重要电子器件，在通讯、雷达、导航、遥感、电子工业、医疗、科学研究等方面具有广泛应用。利用薄膜制备技术精确控制纳米磁性薄膜的界面特性，在“磁性自由层/隔离层/磁性固定层”三明治纳米结构中使自由层的磁矩垂直于薄膜平面，而固定层的磁矩平行于薄膜平面。由于两磁性层的磁矩成近90度排列，极大地提高了自旋注入效率；该结构具有优异的微波探测性能。该器件可在零磁场下工作，消除了对外加磁场的依赖，简化了器件结构，降低了功耗。

Pd1-TiO2结构表征

Pd1-TiO2加氢催化反应机理

离子杂化多孔材料高效分离乙烯乙炔

浙江大学化学工程与生物工程学院邢华斌团队与多国家科研人员合作，采用离子杂化多孔材料，突破了气体分离选择性和容量之间的trade-off效应，实现了乙炔乙烯的高效分离，该结果发表在《科学》杂志。人类社会的能源和资源越来越依赖于天然气、页岩气和乙烯等气体，这对高效节能的气体分离技术提出了迫切需求。研究首次提出了离子杂化多孔材料分离乙炔和乙烯的方法，该材料拥有三维网格结构，网格上嵌有的无机阴离子通过氢键作用可专一性的识别乙炔分子，获得迄今为止最佳的乙炔乙烯分离选择性。同时调控阴离子的空间几何分布和孔径大小，促使被吸附的乙炔分子之间或乙炔-多孔材料之间形成协同作用，获得极高的乙炔吸附容量；从而解决了传统气体吸附过程分离选择性和容量兼具的难题。

嵌段共聚物自组装形貌调控

中科院化学所王栋研究员使用表面驻极体调控嵌段聚合物的自组装形貌，研究结果发表于《自然-通讯》。嵌段聚合物可以自发组装为尺寸周期低于100nm以下纳米的结构，进而作为制备具有特定纳米结构材料的模板。嵌段共聚物尺寸小且有高产易得的优异特点，基于嵌段聚合物的纳米刻蚀技术被认为是最重要的下一代刻蚀技术之一。为了实现纳米刻蚀技术的应用，需要解决嵌段聚合物满足垂直取向形貌控制和局部图案调控方面的难题。研究人员利用电子束辐射SiO2/Si基底，制备出表面充电的驻极体；利用其产生的局域电场，对嵌段聚合物薄膜组装进行控制，成功实现了PS-b-PMMA薄膜的垂直取向控制。

纳米发电机首次用于自驱动干细胞分化

中科院北京纳米能源与系统研究所刘宏研究员等在利用纳米发电机刺激干细胞神经分化方面取得研究进展，相关成果发表于《ACSNano》杂志。将摩擦纳米发电机与高电导率的石墨烯复合维纳纤维生物支架相结合，利用摩擦纳米发电机产生的电信号，在没有任何生物和化学诱导的条件下，在石墨烯复合微纳纤维上实现了间充质干细胞向神经细胞高效的定向分化。该工作通过制备体积小、输出高、输出稳定的分离式自驱动的摩擦纳米发电机（TENG），以人脚步驱动的TENG对具有导电性良好的石墨烯基维纳复合纤维上粘附生长的间充质干细胞进行电刺激，成功调控了干细胞向神经元分化。

基于自旋态精细调控实现高效电解水催化产氧

中国科学技术大学周仕明课题组、曾杰课题组与南开大学胡振芃课题组合作，优化过渡金属氧化物的催化性能实现高效电解水，研究结果发表于《自然-通讯》。通过改变LaCoO3纳米颗粒的尺寸，研究人员能够精细控制其自旋态转变行为，成功实现了Co离子eg轨道有效电子填充数从1.0到1.3的调控。特别是当颗粒尺寸在约80nm时，其eg轨道电子数约为1.2，此时产氧催化性能达到了最优，并与其他报道的具有eg1.2电子组态高效催化剂的性能相当。过渡金属氧化物的电解水催化性能与其晶体结构及电子结构密切相关。特别是对具有钙钛矿结构的过渡金属氧化物而言，电催化产氧性能与其过渡金属离子的3d电子中eg轨道有效填充数紧密相连。endprint