1. 静电掺杂驱动的单层 MoTe2 中的结构相变

（Structural phase transition in monolayer MoTe2 driven by electrostatic doping）

过渡金属二硫化物（TMD）的单层会显示出许多具有不同结构、对称性和物理性质的晶相。探索这些不同结构相在两个维度上的转换物理学，可能会找到提供转换材料性质的方法，并对潜在的应用产生影响。迄今为止，TMD 的结构相变已经有热或化学诱导手段；最近提出了通过静电掺杂对晶相纯静电控制的理论可能性，但尚未实现。Wang 等人报告了单层二碲化钼（MoTe2）的六方晶相和单斜相之间的静电掺杂驱动相变的实验演示。他们发现相变在拉曼光谱中显示出一条滞回曲线，并且可以通过增加或减小栅极电压来反转。Wang 等人还结合二次谐波生成光谱与偏振分辨拉曼光谱，展示了诱导单斜晶相保留原始六方相的晶体取向。而且，这种结构相变是同时发生在整个样品上的。结构相变的这种静电掺杂控制方法，为开发基于原子薄膜的相变装置开辟了新的可能性。（Nature DOI: 10.1038/nature24043）

2.水系Au-Pd胶体催化选择性氧化甲烷为甲醇

（Aqueous Au-Pd colloids catalyze selective CH4 oxidation to CH3OH with O2 under mild conditions）

甲烷（天然气的主要成分）的选择性氧化在催化领域一直是一个重要挑战。Agarwal等人利用溶胶Au-Pd纳米颗粒而不是氧化钛支撑的纳米颗粒将甲烷氧化为了甲醇，在温和温度下水系溶液中选择性为92%。利用H2O2中同位素标记的氧作为一种氧化剂，研究表明产生的甲醇伴随有70%的气相O2。反应中有比H2O2消耗量更多的氧化产物产生，这表明可控的H2O2分解激活了甲烷，然后通过一个自由基与氧分子结合。如果甲基自由基的源头能够被确立，使用分子氧来实现甲烷选择性氧化为甲醇是可能的。（Science DOI：10.1126/science.aan6515）

3. 超导量子位的量子声学

（Quantum acoustics with superconducting qubits）

机械物体在量子信息和计量学领域具有重要的实际应用，它能够作为测量和连接不同类型的量子系统的量子存储器或传感器。机电领域正在寻求一种稳健且高度相干的装置，使其能够将运动耦合到诸如超导量子比特之类的非线性量子物体。Chu 等人实验演示了一种高频体声波谐振器，能够使协调性 260 的压电转换与超导量子比特实现强耦合。他们测得量子比特和机械相干时间大约为 10 微秒。这种装置制造方法简单，并能够提供对多种声子模式的可控访问。Chu 等人还展示了以单量子水平对千兆赫兹声子的量子控制和测量。（Science DOI: 10.1126/science.aao1511）

4. 对银上自组装卤代苯中卤键的成像

（Imaging the halogen bond in self-assembled halogenbenzenes on silver）

卤素是电负性最高的元素之一，卤素的大小和极化率的变化需要其形成的分子间键的不同来描述。Han 等人利用非弹性隧道探测器（itProbe）在金属表面上的卤代苯分子二维自组装中获得分子间键合结构的实空间成像。他们还获得了完全卤化分子之间的分子间吸引力和“风车”键合图案的直观可视化图像。该结果提供了此前所缺失的对卤键性质的了解。（Science DOI: 10.1126/science.aai8625）

5. 液态金属-有机骨架

（Liquid metal–organic frameworks）

金属有机骨架（MOF）是一系列化学组成不同的材料，它们的应用范围广泛，涵盖了工程、物理、化学、生物学和医学领域等。此前的研究几乎完全都集中在晶体结构上，但现在正在出现另一个明显的趋势，将重点转移到了无序状态，包括“设计缺陷”晶体，以及玻璃和凝胶等非晶相。Gaillac 等人介绍一种通过熔化沸石咪唑酯骨架结构材料获得的 MOF 液体。通过结合原位可变温度 X 射线，原位中子对分布函数实验和第一性原理分子动力学模拟来研究熔融现象和所得液体的性质。从结构，动力学和热力学信息中证明，在形成 MOF 液体后，母体结构框架的化学构型、配位键合和孔隙度都可以得到保留。（Nature Materials DOI: 10.1038/NMAT4998）

6.多功能高性能范德瓦尔斯异质结构

（Multifunctional high-performance van der Waals heterostructures）

在 More Moore 和 More-than-Moore 器件应用中研究人员已经积极地探索了一系列新型二维材料，因为这些材料能够形成具有独特电子特性的范德瓦尔异质结构。然而，大多数报导的电子器件都表现出对多功能操作的控制不足。Huang 等人利用窄带隙黑磷和大带隙二硫化钼的带结构调整性能，实现了具有接近 106 超高整流比和高达 107 开关比的垂直异质结构。设计和制造了可调谐多值逆变器，其中中间逻辑窗口和输出逻辑状态可以通过特定的成对通道长度来控制。更重要的是，这还是由电场来控制的，这将使得能带结构调整能跨越异质结。最终，他们在优化了器件几何形状的逆变器中实现了超过 150 的高增益，为未来的逻辑应用展示了巨大的潜力。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/NNANO.2017.208）

7. Co4N纳米片实现CO2加氢

（Incorporating nitrogen atoms into cobalt nanosheets as a strategy to boost catalytic activity toward CO2 hydrogenation ）

CO2加氢成为燃料和有用的化学物质有利于减少对化石燃料的依赖。尽管在过去的几十年已经在CO2加氢催化剂的活性提高方面取得了很大的进展，但是，更有效的催化剂，尤其基于非贵金属的催化剂还是需要进一步发展。Wang等人通过将N原子嵌入Co纳米片中，有效地促进了CO2加氢催化活性。在150 oC、32bar压力下的反应器中，Co4N纳米片表现出25.6每小时的转化频率，是Co纳米片的64倍。Co4N的活化能是43.4 kJ/mol，比Co纳米片的一半还低。机理研究表明Co4N纳米片重组为Co4NHx，氨-氢原子直接与CO2反应形成HCOO*中间体。另外，吸附的H2O*通过氢键相互作用激活了氨-氢原子。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-017-0015-x）

8.高性能钠有机电池

（High-performance sodium–organic battery by realizing four-sodium storage in disodium rhodizonate）

高能量密度和可持续性的电极材料对于钠离子电池（SIBs）在电网中应用十分重要。地壳含量丰富的玫瑰红酸钠（Na2C6O6, Disodium rhodizonate），具有理论容量501 mAh/g，是很有前景的一类SIBs电极材料。然而，其可逆容量非常低，并且目前对于这一现象的根源也理解不够。Lee等人揭示了循环过程中Na2C6O6的不可逆相转化是起源于Na2C6O6不断恶化的氧化还原活性。活性颗粒尺寸和电解液条件被认为是减小脱钠相转变过程中活性壁垒的关键因素。基于这一理解，Lee等人实现了Na2C6O6电极中四个钠离子的存储，可逆容量达到484 mAh/g，能量密度726 Wh/kg，能量效率高于87%以及很好的循环稳定性。（Nature Energy DOI: 10.1038/s41560-017-0014-y）