1. 自下而上方式合成多功能納米孔石墨烯

（Bottom-up synthesis of multifunctional nanoporous graphene）

材料名稱：納米孔石墨烯

研究團隊：西班牙Moreno研究團隊

納米孔隙可以將半金屬石墨烯轉(zhuǎn)變成半導(dǎo)體，并使其從不滲透性轉(zhuǎn)變?yōu)樽罡咝У姆肿雍Y膜。然而，在滿足應(yīng)用所需的嚴格結(jié)構(gòu)約束的同時，還要將孔隙縮小至納米級，這對于目前的自上而下策略來說是一個巨大的挑戰(zhàn)。Moreno 等人報導(dǎo)了一種自下而上合成納米孔石墨烯的方法，其中包含由細帶分隔的有序孔陣列，且孔徑可以調(diào)整至 1 納米范圍。通過對分子前驅(qū)體的設(shè)計，可以實現(xiàn)對孔的尺寸、密度、形態(tài)和化學(xué)組成的原子精度的精確設(shè)定。電子表征進一步揭示了其高度各向異性的電子結(jié)構(gòu)，其中具有與設(shè)定的孔狀態(tài)共存的，約 1 電子伏特能隙的正交一維電子帶，使納米孔石墨烯成為能夠用于同時篩分和電子感測分子種類的高度通用的半導(dǎo)體。（Science DOI: 10.1126/science.aar2009）

2. 鐵基超導(dǎo)體表面觀測的拓撲超導(dǎo)性

（Observation of topological superconductivity on the surface of an iron-based superconductor）

材料名稱：鐵基超導(dǎo)體FeTe0.55Se0.45

研究團隊：日本東京大學(xué)Shin研究組

拓撲超導(dǎo)體中預(yù)計可以存在遵循非阿貝爾統(tǒng)計的馬約拉納束縛態(tài)，而利用馬約拉納束縛態(tài)的非阿貝爾性質(zhì)，可以實現(xiàn)拓撲量子計算。大多數(shù)已經(jīng)提出的拓撲超導(dǎo)體都是在非常低的溫度下難以制造的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的。通過高分辨率自旋分辨和角分辨光電子能譜，Zhang 等人發(fā)現(xiàn)鐵基超導(dǎo)體 FeTe1-xSex（x = 0.45；超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度 Tc = 14.5 開爾文）在費米能級處具有狄拉克錐型自旋-螺旋表面態(tài)；在 Tc 以下表面態(tài)表現(xiàn)出 s 波超導(dǎo)間隙。Zhang 等人的研究表明，F(xiàn)eTe0.55Se0.45 的表面態(tài)是拓撲超導(dǎo)的，這為實現(xiàn)馬約拉納束縛態(tài)提供了一個制備簡單且超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度比較高的平臺。（Science DOI: 10.1126/science.aan4596）

3.使用機器學(xué)習(xí)預(yù)測 C-N 交叉耦合中的反應(yīng)性能

(Predicting reaction performance in C–N cross-coupling using machine learning)

材料名稱：C–N交叉耦合

研究團隊：美國普林斯頓大學(xué)Doyle研究組

機器學(xué)習(xí)方法正逐漸成為眾多學(xué)科科學(xué)探究的一部分。Ahneman 等人證明了利用通過高通量實驗獲得的數(shù)據(jù)，機器學(xué)習(xí)可以用來預(yù)測多維化學(xué)空間中合成反應(yīng)的性能。Ahneman 等人創(chuàng)建了腳本來計算和提取原子、分子和振動描述符，用于鈀催化的 Buchwald-Hartwig 芳基鹵化物與 4-甲基苯胺在各種潛在的抑制添加劑存在下的交叉偶聯(lián)。利用這些描述符作為輸入并利用反應(yīng)產(chǎn)量作為輸出，Ahneman 等人表明隨機森林算法提供的預(yù)測性能相比線性回歸分析具有顯著改進。隨機森林模型也成功地應(yīng)用于稀疏訓(xùn)練集和無樣本預(yù)測，這表明了其在促進合成方法采用方面的價值。（Science DOI: 10.1126/science.aar5169）

4. 用于準非易失性應(yīng)用的基于范德瓦爾斯異構(gòu)結(jié)構(gòu)的半浮柵存儲器

(A semi-floating gate memory based on van der Waals heterostructures for quasi-non-volatile applications)

材料名稱：二維范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)

研究團隊：復(fù)旦大學(xué)張衛(wèi)教授和周鵬教授研究組

量子現(xiàn)象導(dǎo)致基于場效應(yīng)晶體管的傳統(tǒng)電路正在接近其物理極限，所以半浮柵晶體管已經(jīng)成為另一種超快速且與硅兼容的技術(shù)。Liu 等人展示了一種準非易失性存儲器，該存儲器是具有能帶可調(diào)控的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)的半浮柵結(jié)構(gòu)。這種二維半浮柵存儲器相比于動態(tài)隨機存取存儲器和納秒尺度超快速寫操作，恢復(fù)時間要長出 156 倍。半浮柵結(jié)構(gòu)極大地提高了寫操作的性能，并且比基于二維材料的其它存儲器快大約 106 倍。展示出的特性表明，準非易失性存儲器有潛力彌合易失性和非易失性存儲器技術(shù)之間的差距，并降低頻繁恢復(fù)操作所需功耗的潛力，從而實現(xiàn)低功耗高速隨機存取存儲器。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0102-6）

5. 用于新興電動車市場的電池和燃料電池

(Batteries and fuel cells for emerging electric vehicle markets)

材料名稱：電池和燃料電池

研究團隊：加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉教授業(yè)研究組

如今的電動汽車幾乎全部采用鋰離子電池供電，但電動汽車距離達到在全球汽車市場占據(jù)主導(dǎo)地位還有很長的路要走。除了政策支持外，電動汽車的廣泛部署還需要高性能低成本的能量存儲技術(shù)，其中不僅包括電池，還包括其他替代的電化學(xué)設(shè)備。Cano 等人對這些最有可能在商業(yè)應(yīng)用中取得成功的電池和氫燃料電池進行了全面的評估。討論了目前鋰離子動力電動汽車還不能很好服務(wù)的三個部分，即遠距離、低成本和高利用率的運輸市場。包括比能、成本、安全和電網(wǎng)兼容性等必須進行改進，才能充分實現(xiàn)這些電動汽車市場的技術(shù)特性。Cano 等人對每個市場中六種具有這些改進特性的不同組合的儲能和轉(zhuǎn)換技術(shù)進行了比較并分別進行了評估。本篇綜述的其余部分簡要討論了這些清潔能源技術(shù)的技術(shù)現(xiàn)狀，并強調(diào)了必須克服的障礙。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0108-1）

6. 在銅上生長的石墨烯吸附層中大的局部晶格擴展

(Large local lattice expansion in graphene adlayers grown on copper)

材料名稱：石墨烯

研究團隊：法國Asensio研究組

晶格參數(shù)的變化可以顯著改變材料的性質(zhì)，特別是其電子特性。但對于石墨烯，由于其具有的高平面剛度，使其相對于石墨晶格常數(shù)變化被限制在了小于 2.5％。Chen 等人通過系統(tǒng)的電子和晶格結(jié)構(gòu)研究，報導(dǎo)了通過化學(xué)氣相沉積在銅上生長的石墨烯單層的晶格常數(shù)增加至其松弛值的約 7.5％。密度泛函理論計算證實，這種擴展相在能量上是亞穩(wěn)態(tài)的，且其由基底和石墨烯吸附層之間增強的相互作用驅(qū)動。并且， Chen 等人還證明這個相具有獨特的化學(xué)和電子特性。這一研究中揭示的在銅箔上生長的石墨烯的固有相復(fù)雜性，有可能激發(fā)對其它看似簡單的異質(zhì)結(jié)構(gòu)體系中可能的亞穩(wěn)相的研究。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0053-1）

7. 利用氧化銅尖端原子力顯微成像對分子間相互作用進行定量評估

(Quantitative assessment of intermolecular interactions by atomic force microscopy imaging using copper oxide tips)

材料名稱：CuOx

研究團隊：德國明斯特大學(xué)M?nig研究組

原子力顯微鏡是令人印象深刻的直接解決有機化合物鍵合結(jié)構(gòu)的工具。該方法通常包含附著單個分子或原子如 CO 或 Xe 的化學(xué)鈍化探針尖端。但是，這些探針粒子與金屬尖端僅僅是弱連接，這導(dǎo)致了相當(dāng)大的動態(tài)偏轉(zhuǎn)。這種探針粒子偏轉(zhuǎn)會導(dǎo)致明顯的圖像失真、系統(tǒng)上高估鍵長、并且在某些情況下甚至?xí)霈F(xiàn)偽類鍵對比特征，因此會影響數(shù)據(jù)的可靠解釋。最近，有了尖端鈍化的替代方法，其中將尖端稍微壓入氧化銅基底中，且隨后的對比分析允許驗證氧終止的 Cu 尖端。M?nig 等人表明，由于末端氧原子的共價結(jié)合構(gòu)造，使得該氧化銅尖端（CuOx 尖端）具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，不僅允許定量測定單個鍵長并達到鍵序效應(yīng)，而且還能實現(xiàn)可靠的分子間鍵的表征。特別是，在消除了此前不穩(wěn)定探針粒子的局限性后，能夠為獨特的分子間 N-Au-N 三中心鍵提供確鑿的實驗證據(jù)了。此外，M?nig 等人還證明了 CuOx 尖端能夠允許表征分子組裝中單個氫鍵的強度和構(gòu)型。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0104-4）

8.室溫柔性無機半導(dǎo)體

(Room-temperature ductile inorganic semiconductor)

材料名稱：無機α-Ag2S 半導(dǎo)體

研究團隊：中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所陳立東研究組

延展性在金屬和金屬基合金中很常見，但在無機半導(dǎo)體和陶瓷絕緣體中卻很少能觀察到。具體而言，直到現(xiàn)在還沒有已知的室溫下的柔性無機半導(dǎo)體。Shi 等人報導(dǎo)了一種無機 α-Ag2S 半導(dǎo)體，在室溫下表現(xiàn)出非凡的類金屬延展性，能夠?qū)崿F(xiàn)非常高的塑性變形應(yīng)變。化學(xué)鍵分析揭示了晶體結(jié)構(gòu)中原子相互作用較弱的平面體系。銀的擴散以及不規(guī)則分布的銀-銀和硫-銀鍵，綜合抑制了材料的裂解，從而產(chǎn)生了前所未有的延展性。這項工作為尋找用于柔性電子器件的柔性無機半導(dǎo)體/陶瓷開辟了新的可能性。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0047-z）