综合报道

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石墨烯可作为人工光合作用高效催化剂

据物理学家组织网2012年7月18日报道，韩国化学技术研究所和首尔梨花女子大学的新研究，证明石墨烯作为一种高效的光催化剂可使人工光合作用系统的效率提升，其同时展示了一个能直接将二氧化碳转换成太阳能化学物质或太阳能燃料的基准实例。该研究刊登在最新一期的《美国化学学会杂志》上。

人工光合作用系统可使太阳光能转换成化学能，产生可再生、无污染的燃料及多种用途的化学品。开发出一个高效的太阳能燃料转换过程非常具有挑战性，尽管研究人员已经演示了人工光合作用的可行性，但实现其高效率却比较困难。此前曾尝试用石墨烯半导体复合材料作为催化剂，但效率也较低。

新研究中，科学家使用石墨烯作为光触媒，然后再加以卟啉酶，该物质可以把阳光和二氧化碳转换成甲酸，用于塑料行业的化学品和燃料电池的燃料。测试结果表明，基于石墨烯的光催化剂在可见光范畴下功能强大，其整体效益显著高于其他催化剂。

研究还发现，该材料具有良好的电子传输能力，并且石墨烯较大的表面积有助于加快化学反应的转换过程。这种可从二氧化碳中直接生产出太阳能燃料的能力，可应用于燃料电池、塑料制业以及制药行业。

研究人员称:“作为一个实用性强大的系统，此次成果也可用于生产特制的精细化学品，例如，手性2-氨基-1-方基乙醇衍生物。这是多种极其昂贵的手性药物的重要中间体，现在通过我们的催化剂——酶耦合人工光合作用系统，可以利用太阳光能简单地合成出来。”

研究者发现性能奇异的材料

在正常情况下，材料可以磁极化，也可电极化，但二者不能同时出现。然而，丹麦哥本哈根大学尼尔斯·波尔研究所研究者目前研究一种同时可磁极化又可电极化的材料。他们的研究结果发表在《Nature Materials》杂志上。

能够磁极化又能电极化、并且还有附加属性的材料，叫做多铁性材料。这种材料先前由俄罗斯研究者于20世纪60年代发现的，那时还没有检验这种材料的技术。现在已有这种检验设备，，可把这种材料分析到原子级。

“我们在一个外加磁场下利用强大的中子辐照研究了稀有天然的铁化合物TbFeO3。温度冷却到接近绝对零度，－271℃。我们能够鉴别出来的是材料原子排列成均匀一致晶体结构，由成行的并被铁、氧原子隔离的重金属铽(Tb)组成。这样的结构是众所周知的，但磁畴是新的。正常情况下，磁畴有点杂乱，但在这里我们观察到磁畴排列笔直，间距相同。看到这种情况后我们被完全惊呆了。”哥本哈根大学纳米科学中心副教授Kim Lefman解释说。

他们很奇怪会有这么漂亮的试验结果，正是这样的一个发现引起研究者强烈的兴趣。为什么会是这样呢?

实验工作是与荷兰研究者合作在德国柏林中子辐照装置上完成的。他们想借助于计算对材料有一整体了解，目前他们对材料结构及其物理性能的关系已有更清楚的图像。

尼尔斯·波尔研究所副教授Heloisa Bordallo解释说，“模型描述的是铽交换(铁磁性)自旋波激发的畴壁相互作用，这种相互作用通过磁性铁晶格转移，这是一种类似于Yukawa的核力。这种材料某种意义上说具有相同的能把原子核中粒子聚集在一起的相互作用力。”

正是过渡金属铁与稀有金属铽的这种相互作用才使这种材料成为磁－电材料。铽的自旋波使电极化增强，元素离子之间的相互作用产生强大的磁－电效应。

左图示出大多数传统材料出现的畴壁，右图示出TbFeO3在磁场下不寻常的自旋有序，自旋方向沿着一行原子突然出现变向，磁畴大约20 nm，畴壁为十分之几纳米

研究者强调，“通过这些结果，我们找到了一条发现和开发新的多铁性材料的新途径”。目前，研究者正在做进一步研究，确定这种新效应能否使这些具有奇异物理性能的材料找到新应用。

新型电子材料可如橡皮筋般延展拉伸

由美国西北大学研究人员领导的一个国际联合研究小组宣称，他们开发出一种能够像橡皮筋一样延展拉伸的电子材料。这种材料就算被弯曲或拉伸到原始尺寸的200%也能够正常工作，在医疗器械和消费电子设备制造等领域具有广泛的应用价值。

对心脏病、高血压、糖尿病等患者而言，定期去医院查体几乎已成为生活的一部分，这不仅费时费力也占用了大量医疗资源。早有科学家提出，可以设计一种可植入人体的微型医疗监测设备，这样既方便患者也方便医生，若有状况还能及时发现。但材料的问题成了阻碍该技术发展的一大障碍——目前的电子元件大都以硅为基础，太过僵硬根本无法担此重任。

该项目的领导者为美国西北大学环境工程与机械工程学教授黄永刚。为攻克这一难关，在过去的5年中，他和团队开发出延展率能够达到50%的电子元件，但在许多极具价值的应用需求前仍然捉襟见肘。其中一大挑战便是由延伸所导致的电导率的严重损失。目前市场上由固体金属制成的电路在进行延展时，不无例外地会遭遇这一难关。

新研究中，黄永刚团队想出一种新方法解决这一难题。首先，他们用一种名为聚二甲基硅氧烷(PDMS)的聚合物造出一种多孔三维高分子材料，它能延展到自身原始尺寸的3倍。而后再将液态金属(EGaIn)灌入高分子材料的孔中，这样即便是进行高强度拉伸时，电流也不会发生中断。借助这一方法，他们制造出这种同时具备高度可延展性与极佳导电性能的材料。

黄永刚说:“该技术的关键是多孔聚合物和液态金属的结合，通过这一方法我们成功地让这种材料实现了200%延展。有了这种材料，制造出像橡皮筋一样延展的电子设备将成为可能。”

参与这项研究的还有来自韩国高等科学技术研究院、中国大连理工大学以及美国伊利诺伊大学厄巴纳—香槟分校的科学家。相关论文发表在6月26日出版的《自然·通讯》上。

日本开发出能在室温下发白光的材料

日本物质和材料研究机构于2012年7月14日称，该机构研究人员开发出一种能在室温下发白光的材料，这种材料生产工艺简单，能涂在各种形状的底材表面，新材料有望作为下一代发光材料大幅简化照明装置等的制造流程。

物质和材料研究机构2012年7月14日发布的新闻公报称，照明装置的耗电量占到我们电力消耗总量的20%，为削减温室气体排放量，人们迫切需要照明领域材料和技术的革新，其中能发出白光的有机材料因为能代替白炽灯和荧光灯作为下一代照明的光源材料而备受关注。但现有的一些有机材料一旦涂到底材上并将溶媒蒸发后，发光材料中的分子就会相互凝集，导致发光性能不能充分发挥。

物质和材料研究机构高级研究员中西尚志等人首先开发出一种分子不会凝集、不挥发的荧光液体，这种液体不需要挥发性的有机溶媒就能发出蓝色荧光，再向这种液体中添加少量粉末状荧光材料，从而制成一种能发出高辉度白光的膏状材料。

公报称，新发光材料生产工艺简单，适用于各种形状的底材。而且这种材料经调整甚至能发出全彩色光，有望成为下一代可印刷电子领域的新材料。

相关论文预定刊登于德国《应用化学国际版》和英国《自然》杂志。

科学家首次用光改变人造超分子手性

据物理学家组织网2012年7月11日报道，美国科学家首次研制出一种人造分子，可用一束光改变其手性，这种分子可应用于包括生物医学研究、国土安全和超高速通讯在内的太赫兹技术领域，相关研究发表在《自然·通讯》杂志上。

手性分子是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子。该类分子具有迥然不同的左手或右手倾向，能用太赫兹电磁射线观察、甚至改变分子的手性是科学家们孜孜以求的目标。

该研究的领导者、劳伦斯伯克利国家实验室材料科学分部的张翔(音译)表示:“我们能改变天然材料的手性，但改变过程缓慢同时也会改变材料的结构，而我们新制造出的人造分子的手性却能以光速进行切换。”

张翔团队用由纳米大小的金条经过加工制成的太赫兹“超材料”，制造出了一种精巧的人造手性分子，接着将其同具有光活性的硅媒介结合，再使用一束外部光对该“超分子”进行光致激发，结果观察到了以圆偏振发射太赫兹光的形式表现出来的手性变化。而且，这种光致激发也使科学家们能对这种手性切换和太赫兹光的圆偏振进行动态控制。张翔表示:“以前使用光电刺激只能打开或关闭‘超材料’的手性，但现在，我们能用光开关改变这种太赫兹‘超分子’的手性。”

张翔解释道，新的“超分子”包含有一对手性相反的三维超原子。他们在每个超原子内的不同地方放置了一块硅板。最终，硅板破坏了镜像对称并让超分子具有了手性。硅板也承担了能在光致激发下改变超分子手性的光电开关的功能。他表示:“我们的系统依赖于两个手性不同的超原子的‘联姻’，在特定频率范围内，其中一个超原子起作用，而另外一个不具有活性。如果设计合理，这两个超原子会对同样的外部刺激做出相反的反应，不活跃的超原子会开始起作用，而起作用的超原子则会失去活性，这就使超分子的手性发生了变化。”

太赫兹电磁射线也称为T射线，位于分子振动的频率范围内，这使其成为理想的非侵入式工具，可用来分析有机物和无机物的化学组成，改变超分子的手性并控制太赫兹光的圆偏振可被用于探测有毒易爆的化学品，或用于无线通讯以及高速数据处理系统中。因为包括DNA、RNA和蛋白质在内的大多数生物分子都具有手性，新研究也能让医学研究者和制药人士受益。

另一名研究人员安托瓦妮特·泰勒表示，他们的光切换手性太赫兹超分子的设计原理并不局限于改变手性，也可用来动态地改变其他电磁属性。

(来源:中国科技网)

(摘译自The R＆D Daily)

(来源:科技网)

(来源:新华社)

(来源:中国科技网)