Advanced Materials

Zeolites are among the most environmentally friendly materials produced industrially at the Megaton scale. They find numerous commercial applications, particularly in catalysis, adsorption, and separation. Under ambient conditions aluminosilicate zeolites are stable when exposed to water or water vapor. However, at extreme conditions as high temperature, high water vapor pressure or increased acidity/basicity, their crystalline framework can be destroyed. The stability of the zeolite framework under aqueous conditions also depends on the concentration and character of heteroatoms (other than Al) and the topology of the zeolite. The factors critical for zeolite (in)stability in the presence of water under various conditions are reviewed from the experimental as well as computational sides. Nonreactive and reactive interactions of water with zeolites are addressed. The goal of this review is to provide a comparative overview of all‐silica zeolites, aluminosilicates and zeolites with other heteroatoms (Ti, Sn, and Ge) when contacted with water. Due attention is also devoted to the situation when partial zeolite hydrolysis is used beneficially, such as the formation of hierarchical zeolites, synthesis of new zeolites or fine‐tuning catalytic or adsorption characteristics of zeolites.

The external photoluminescence quantum yield of, for example, thin film semiconductors can be conveniently determined using the improved integrating‐sphere method (see Figure) presented here. Spectrally resolved detection allows the excitation source and the emission to be distinguished. The method will be particularly useful for samples with small Stocks' shifts or low photoluminescence quantum yields or for highly scattering samples. Figmagnified image

Vật liệu nano oxit 2 chiều (2D) bao gồm một loạt các vật liệu, với nhiều ứng dụng hiện tại và tiềm năng, đặc biệt trong lĩnh vực lưu trữ năng lượng và xúc tác cho sản xuất năng lượng bền vững. Mặc dù có nhiều điểm tương đồng về cấu trúc, thành phần, phương pháp tổng hợp và ứng dụng, tài liệu hiện tại về oxit nhiều lớp có sự đa dạng và thiếu kết nối. Có nhiều bài tổng quan trong tài liệu, nhưng chủ yếu tập trung vào một trong các phân lớp cụ thể của oxit 2D. Bài tổng quan này cố gắng thu hẹp khoảng cách kiến thức giữa các loại oxit nhiều lớp bằng cách tóm tắt những phát triển gần đây trong tất cả các hệ thống oxit 2D quan trọng bao gồm các lớp oxit siêu mỏng đã được hỗ trợ, đất sét nhiều lớp và hydroxide đôi, perovskite nhiều lớp và các vật liệu mới dựa trên zeolit 2D. Sự chú ý đặc biệt được dành cho những điểm tương đồng và khác biệt cơ bản giữa các vật liệu khác nhau, cũng như những thách thức tiếp theo mà mỗi cộng đồng nghiên cứu phải đối mặt. Tiềm năng của oxit nhiều lớp đối với các ứng dụng trong tương lai được đánh giá một cách quan trọng, đặc biệt trong các lĩnh vực xúc tác điện (electrocatalysis) và xúc tác quang (photocatalysis), chuyển đổi biomassa, và tổng hợp hóa chất tinh. Sự chú ý cũng được dành cho các vật liệu 3D mới tương ứng có thể được thu nhận thông qua kỹ thuật tinh vi của oxit 2D.

Trong công trình này, một lớp dẫn điện đa lớp SnO₂/ZnO được giới thiệu với mục tiêu đạt được tổn thất năng lượng thấp và điện áp hở mạch lớn (V_oc) cho các tế bào mặt trời perovskite hoàn toàn vô cơ CsPbI₂Br (PVSCs) hiệu suất cao. Phim CsPbI₂Br chất lượng cao với các hạt tinh thể đều và bề mặt phủ hoàn toàn có thể được tạo ra trên bề mặt SnO₂/ZnO. Độ cao tối thiểu của băng dẫn điện ZnO giúp thuận lợi cho sự sắp xếp mức năng lượng thác đúng mong đợi giữa perovskite và lớp dẫn điện SnO₂/ZnO, với khả năng trích xuất electron vượt trội, dẫn đến sự giảm thiểu tái tổ hợp giúp bẫy giao diện với tốc độ tái tổ hợp điện tích thấp hơn và hiệu quả trích xuất điện tích lớn hơn. Tế bào mặt trời PVSC hoàn toàn vô cơ tối ưu hóa này mang lại một V_oc cao 1.23 V và hiệu suất chuyển đổi năng lượng (PCE) 14.6%, đây là một trong những hiệu suất tốt nhất được báo cáo cho các tế bào PVSC toàn vô cơ dựa trên Cs tính đến hiện tại. Quan trọng hơn, độ ổn định nhiệt tốt với chỉ 20% tổn thất PCE được chứng minh cho các tế bào PVSC CsPbI₂Br dựa trên SnO₂/ZnO sau khi được gia nhiệt ở 85 °C trong 300 giờ. Những phát hiện này cung cấp những hiểu biết quan trọng về thiết kế giao diện mà sẽ rất quan trọng để cải thiện thêm hiệu suất của các tế bào PVSC hoàn toàn vô cơ trong tương lai.

Graphene, một lớp đơn nguyên tử của graphite, sở hữu cấu trúc hai chiều độc đáo và các tính chất cơ học, nhiệt và điện tuyệt vời. Do đó, nó đã được xem là một thành phần quan trọng để chế tạo các vật liệu composite chức năng khác nhau. Graphene có thể được chế tạo thông qua các phương pháp vật lý, hóa học và điện hóa. Trong số đó, các phương pháp hóa học đã được kiểm nghiệm là hiệu quả trong việc sản xuất graphene đã chuyển hóa hóa học (CCG) từ nhiều nguyên liệu khác nhau (chẳng hạn như graphite, ống nano carbon và polymer) với quy mô lớn và chi phí thấp. Vì vậy, CCG phù hợp hơn cho việc tổng hợp các vật liệu composite graphene hiệu suất cao. Trong báo cáo tiến triển này, chúng tôi xem xét những tiến bộ gần đây trong nghiên cứu về các composite của CCG và các phân tử nhỏ, polymer, nanoparticle vô cơ hoặc các vật liệu nano carbon khác. Phương pháp chế tạo CCG và các composite của nó đã được tổng hợp. Các ứng dụng của vật liệu composite chức năng dựa trên CCG cũng được thảo luận.

Các vật liệu cấu trúc chống sương mù (AF) được tìm thấy trong tự nhiên có tiềm năng lớn để phát triển những sản phẩm và công nghệ mới, nhằm cải thiện đời sống hàng ngày của xã hội loài người, thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu nhờ vào những ứng dụng tiềm năng của chúng trong các thiết bị hiển thị, giao thông, nhà kính nông nghiệp, bao bì thực phẩm, sản phẩm năng lượng mặt trời và các lĩnh vực khác. Hiệu suất xuất sắc của các bề mặt sinh học chống sương mù khuyến khích sự phát triển nhanh chóng và ứng dụng rộng rãi của các vật liệu chống sương mù mới. Trên thực tế, các thuộc tính chống sương mù gắn liền chặt chẽ với khả năng siêu ướt của chúng. Thông thường, khả năng siêu ướt của các vật liệu chống sương mù phụ thuộc vào sự kết hợp giữa cấu trúc hình học bề mặt và thành phần hóa học của bề mặt. Để khám phá các nguyên tắc thiết kế chung của chúng, những tiến bộ gần đây trong việc nghiên cứu các vật liệu chống sương mù lấy cảm hứng sinh học được tổng hợp tại đây. Các phát triển gần đây về cơ chế, quy trình chế tạo và ứng dụng của các vật liệu chống sương mù lấy cảm hứng sinh học với khả năng siêu ướt cũng là một trọng tâm. Điều này bao gồm thông tin về việc xây dựng các vật liệu chống sương mù siêu ướt dựa trên thiết kế cấu trúc hình thái và điều chỉnh thành phần hóa học bề mặt. Cuối cùng, những thách thức vẫn còn và những đột phá triển vọng trong lĩnh vực này cũng được thảo luận ngắn gọn.

Việc phát triển các vật liệu chống dầu cơ khí bền vững dưới nước là rất quan trọng do nhu cầu cao cho những vật liệu này khi các hoạt động dưới nước gia tăng. Dựa trên nghiên cứu trước đây, một chiến lược mới được thể hiện để chuẩn bị các vật liệu chống dầu cơ khí bền dưới nước bằng cách kết hợp các thuộc tính xung đột sử dụng một cấu trúc dị thể, có kết cấu bên trong dày đặc với lớp cấu trúc vi mô/nao cột trên bề mặt và cấu trúc ngoài ưa nước. Lớp ưa nước trên bề mặt mang lại khả năng siêu chống dầu trong môi trường nước và độ bám dính dầu thấp cho vật liệu, với góc tiếp xúc dầu lớn hơn 150° và độ bám dính thấp hơn 2.8 µN. Đặc tính ổn định của độ bền cơ học bắt nguồn từ cấu trúc bên trong có lớp chống nước cho phép vật liệu chịu được tải trọng lớn dưới nước. Độ căng và độ cứng của phim heterostructure như vậy sau 1 tháng ngâm trong nước biển và dung dịch pH dao động từ 83.92 ± 8.22 đến 86.73 ± 7.8 MPa và từ 83.88 ± 6.8 đến 86.82 ± 5.64 MPa, tương ứng, vượt trội hơn bất kỳ vật liệu chống dầu nào dưới nước hiện được báo cáo.

Các giao diện siêu ưa ẩm đề cập đến những giao diện có ái lực mạnh mẽ với các loại chất lỏng đa dạng, bao gồm siêu ưa nước, siêu ưa dầu, và siêu ưa amphiphilic. Khi tiếp xúc với các giao diện này, các giọt nước hoặc dầu có xu hướng lan rộng hoàn toàn với các góc tiếp xúc gần 0°, gây ra các ứng dụng đa dạng bao gồm tự làm sạch, chống sương mù, vận chuyển chất lỏng có thể kiểm soát, tách chất lỏng, và nhiều hơn nữa. Được lấy cảm hứng từ thiên nhiên, các nhà khoa học đã phát triển nhiều loại giao diện siêu ưa ẩm nhân tạo (SLPL) trong vài thập kỷ qua. Về đặc điểm kích thước, các giao diện SLPL nhân tạo có thể được chia thành bốn loại: i) hạt 0D, trong đó tính phân tán hoặc hiệu suất xúc tác có thể được cải thiện đáng kể nhờ siêu ưa ẩm; ii) sợi vi/na/nano hoặc ống/nanotubes/ kênh 1D, có thể chuyển giao chất lỏng một cách hiệu quả với các giao diện SLPL; iii) giao diện SLPL phẳng 2D, trên đó các phân tử chức năng khác nhau có thể được lắng đọng đồng đều, tạo thành các màng siêu mỏng và mịn; và iv) cấu trúc 3D, có thể được thu nhận bằng cách xây dựng riêng biệt các vật liệu SLPL 0D, 1D hoặc 2D hoặc chế tạo trực tiếp các khung SLPL ngẫu nhiên, và luôn có thể được sử dụng làm lớp phủ chức năng hoặc vật liệu số lượng lớn. Ở đây, các giao diện SLPL tự nhiên và nhân tạo được giới thiệu một cách ngắn gọn, tiếp theo là thảo luận ngắn về giới hạn giữa tính ưa ẩm và tính kỵ ẩm, sau đó là cái nhìn tổng quan về các phương pháp tạo ra các giao diện SLPL. Sự chú trọng cụ thể được đặt vào các thành tựu gần đây trong việc xây dựng các giao diện SLPL từ không gian đến ba không gian. Tiếp theo, các ứng dụng rộng rãi của các giao diện SLPL trong các lĩnh vực thương mại sẽ được giới thiệu. Cuối cùng, một tóm tắt ngắn gọn và triển vọng về những thách thức trong tương lai trong lĩnh vực này được trình bày.