1. 用于高倍率锂离子储能的铌钨氧化物
原标题：Niobium tungsten oxides for high-rate lithium-ion energy storage
材料名称：Nb16W5O55 和 Nb18W16O93
研究团队：英国剑桥大学 Clare P. Grey 研究组
锂离子电池的最大功率输出和最小充电时间取决于离子和电子传输。电化学活性颗粒内的离子扩散通常代表对电池可充电和放电速率的基本限制。为了补偿相对慢的固态离子扩散并且能够实现高功率和快速充电，活性颗粒经常被减小到纳米尺寸，从而损害了体积填充密度、成本、稳定性和可持续性。作为纳米级的替代方案，Griffith 等人在这里展示了两种复杂的铌钨氧化物（Nb16W5O55 和 Nb18W16O93，它们分别采用晶体剪切和青铜状结构）即使在铌钨氧化物颗粒的尺寸数量级为微米级下也可以高速嵌入大量的锂。两种结构中锂离子扩散系数的测量显示室温下的值比典型的电极材料如 Li4Ti5O12 和 LiMn2O4 高几个数量级。这一铌钨氧化物材料的出现打破了通过构造纳米电极材料来优化电池中离子扩散速率和电学性能的传统方法，为制备高性能电池提供了新的策略。（Nature DOI: 10.1038/s41586-018-0347-0）
2. 室温下对范德瓦尔斯异质结构中激子通量的电控制
原标题：Room-temperature electrical control of exciton flux in a van der Waals heterostructure
材料名称：MoS2-WSe2 范德瓦尔斯异质结构
研究团队：瑞士洛桑联邦理工学院 Andras Kis 研究组
依赖于激子（束缚电子和空穴对）操作的器件有望实现光学数据传输和电子处理系统之间的有效互连。尽管已经在基于体半导体的耦合量子阱中成功地证明了基于激子的晶体管作用，但是它们工作所需的低温限制了它们的实际应用。最近出现的具有较大激子结合能的二维半导体有可能促成室温下工作的激子器件和电路。虽然单个二维材料激子扩散长度较短，但异质结构中不同层中的电子和空穴的空间分离可有助于克服该限制并使中等尺度装置的室温操作成为了可能。Unuchek 等人报导了由封装在六方氮化硼中的 MoS2-WSe2 范德瓦尔斯异质结构制成的激子器件，其展示了在室温下电控晶体管的作用。这一器件中层间激子的长寿性质使它们能够在 5 微米的距离上扩散。并在这一器件中进一步证明了通过为激子通量创建电可重构限制和排斥电位来操纵激子动力学的能力。这一结果为将二维材料集成到未来的激子器件中从而在室温下进行操作提供了强有力的理由。（Nature DOI: 10.1038/s41586-018-0357-y）
3. 节能、高性能电子开关的狄拉克源场效应晶体管
原标题：Dirac-source field-effect transistors as energy-efficient, high-performance electronic switches
材料名称：狄拉克源场效应晶体管
研究团队：北京大学彭练矛研究组
降低功率的有效方法是降低电源电压 VDD，但该电压受场效应晶体管（FET）亚阈值摆幅（SS）的热激发限制（60 mV/DEC）。Qiu 等人研究表明，石墨烯狄拉克源（DS）在费米能级附近的电子密度分布比传统 FET 的电子密度分布窄得多，可以降低 SS。具有碳纳米管通道的 DS-FET 在室温下提供了 40 mV/DEC 左右的平均 SS，并且在 60 mV/DEC 下有高达 40 μA/μm 的器件电流 I60。与最先进的硅 14 纳米点 FET 相比，也实现了类似的离子，但是与硅的 0.7V 电源电压相比低得多为 0.5V，且截断状态的 SS 更低，为 35 mV/DEC。（Science DOI: 10.1126/science.aap9195）
4. 自组装、拓扑约束的铁电畴壁中的可控传导读出
原标题：Controllable conductive readout in self-assembled, topologically confined ferroelectric domain walls
材料名称：铁电 BiFeO3 纳米岛
研究团队：清华大学南策文和北京师范大学张金星研究组
铁电体中的带电畴壁表现出了与周围极化耦合的准二维传导路径，可以用作具有非破坏性操作和超低能耗的非易失性存储器。但在极化切换期间畴壁的演变使得精确控制它们的位置和电导具有一定挑战性，而这是受控读写方案和可扩展存储器件集成的先决条件。Ma 等人探索并进行了自组装阵列中方形 BiFeO3 纳米岛偏振的可逆切换。每个岛都把十字形带电畴壁限制在中心型畴中。静电和几何边界条件引起两个稳定的畴配置：中心收敛和中心发散。Ma 等人通过在这两种状态之间对极化进行来回切换，从而能够将畴壁电导改变三个数量级，而畴壁的位置由于其在 BiFeO3 岛内的限制而能够保持静态。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0204-1）
5. WSe2-石墨烯-Bi2Se3 异质结构中原位自旋光电流的产生、传输和检测
原标题：Generation, transport and detection of valley-locked spin photocurrent in WSe2–graphene–Bi2Se3 heterostructures
材料名称：WSe2-石墨烯-Bi2Se3异质结构
研究团队：韩国延世大学 Hyunyong Choi 研究组
能够将目标自由度（DoF）与其他 DoF 隔离的量子光电器件使现代信息技术中的新应用成为了可能。许多关于固态自旋电子学的研究都集中在将自旋 DoF 与电荷 DoF 解开的方法，但许多相关问题仍未得到解决。尽管最近出现的原子级薄的过渡金属二硫化物（TMDs）已经能够使用谷赝自旋作为替代 DoF，但是将自旋 DoF 与谷 DoF 分离仍是非常重要的，因为时间反转谷 DoF 本质上与自旋 DoF 是锁定的。Cha 等人展示了横向 TMD-石墨烯-拓扑绝缘体异质器件，可能用于进行这种 DoF 选择性测量。并通过电双层 WSe2 晶体管中的圆形光电效应产生了谷锁定自旋 DoF。然后，谷锁定自旋光载流子在亚微米长的石墨烯层中扩散，并且通过使用特征自旋动量锁定的非局部电检测在拓扑绝缘体中单独测量自旋 DoF。集成器件工作在室温下表现出的非局部自旋极化度高于 0.5，为耦合光学-自旋-谷电子应用提供了独立开发谷 DoF 和旋转 DoF 的潜力。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0195-y）
6.共轭聚合物的微孔膜能够实现超快速的有机-溶剂纳米过滤
原标题：Microporous membranes comprising conjugated polymers with rigid backbones enable ultrafast organic-solvent nanofiltration
材料名称：共轭微孔聚合物（CMP）膜
研究团队：国家纳米科学中心唐智勇研究组
用于纯化有机溶剂的常规技术需要消耗大量的能量，为了减少这种消耗需求，需要能够高分子量保留大分子溶质并具有高溶剂渗透性的高效过滤膜。Liang 等人报导了通过 C-C 偶联反应制备共轭微孔聚合物（CMP）膜的表面引发聚合的策略。膜的主链由全刚性共轭体系组成，并显示出了对有机溶剂的高耐受性。Liang 等人表明，在聚丙烯腈基材上负载的 42 纳米厚的 CMP 膜可在非极性己烷和极性甲醇中提供出色的溶质保留和广谱纳米过滤，其渗透率分别达到 32 和 22 l m-2 h-1 bar-1。实验和模拟都表明 CMP 膜的性能源于在高刚性网络中形成的基本上开放和互连的空隙。（Nature Chemistry DOI: 10.1038/s41557-018-0093-9）
7. 通过异质结热处理使 Cu2ZnSnS4 太阳能电池功率转换效率超过 10％
原标题：Cu2ZnSnS4 solar cells with over 10% power conversion efficiency enabled by heterojunction heat treatment
材料名称：Cu2ZnSnS4 太阳能电池
研究团队：澳大利亚新南威尔士大学 Xiaojing Hao 研究组
硫化物黄铜矿 Cu2ZnSnS4 提供了非常具有吸引力的低成本、环境友好且稳定的光伏材料，但是这种太阳能电池创纪录的功率转换效率多年来一直停滞在 9％ 左右。异质结区域内的严重非辐射复合是限制电压输出和整体性能的主要原因。Yan 等人报导了认证效率达 11％ 的 Cu2ZnSnS4 太阳能电池，其具有高达 730mV 的开路电压，并利用热处理来减少异质结复合。该热处理促进了元素相互扩散，直接诱导了 Cd 原子占据 Zn 或 Cu 晶格位点，并促进了伴随异质结区域内局部 Cu 缺乏的 Na 积累。因此，在异质界面附近形成了新相，并且获得了更有利的导带排列，有助于减少非辐射复合。使用这种方法，Yan 等人还展示了厘米级（1.11 cm2）10％ 效率的 Cu2ZnSnS4 光伏器件；第一个标准厘米大小的硫铜锡锌矿电池（包括含硒）超过 10％。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-018-0206-0）
8. 三相界面上实现的的高效电催化 CO2 还原
原标题：Efficient electrocatalytic CO2 reduction on a three-phase interface
材料名称：柔性疏水纳米多孔聚乙烯膜
研究团队：美国斯坦福大学崔屹研究组
二氧化碳电化学减排，是减缓全球二氧化碳排放加速和生成增值产品的关键方法。尽管人们为优化催化剂活性和选择性做出了巨大努力，但想要促使催化剂实现高 CO2 浓度的同时保持电极耐久性仍然是一个重大挑战。Li 等人设计了一种催化系统，模仿哺乳动物肺部的肺泡结构，具有高透气性且水扩散性非常低，能够形成一系列的三相催化界面。使用了具有高透气性的柔性疏水纳米多孔聚乙烯膜，以在不同的 CO2 流速下在催化剂表面上实现高效的 CO2 进入和高局部碱度。与可逆氢电极相比，这种小泡模拟结构在 -0.6 V 时提供了高达 92％ 的 CO 产生法拉第效率和优异的 CO 产生几何电流密度（25.5 mA·cm-2），且催化剂厚度非常薄，为 20-80 纳米。（Nature Catalysis DOI: 10.1038/s41929-018-0108-3）
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