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1. 类空气环境下长循环寿命的锂-氧电池
（A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere）
材料名称：锂-氧电池
研究团队：美国伊利诺伊大学Amin Salehi-Khojin研究组
锂空气电池的理论比能量较高，因而被认为是在交通运输设备中锂离子电池的潜在替代品。但由于涉及到阴极、阳极和电解质的副反应，导致迄今为止这样的系统基本上还局限于纯氧环境（锂-氧电池）并且循环寿命很有限。在存在氮气、二氧化碳和水蒸气的情况下，这些副反应更是会变得更加复杂。而且，由于需要储存氧气，这使得锂-氧体系的体能量密度对于实际应用而言可能太小了。Asadi 等人报导了一种由基于碳酸锂保护的阳极、二硫化钼阴极以及离子液体/二甲亚砜电解质组成的系统，其作为锂空气电池，在模拟空气环境中工作的循环寿命可以长达 700 次循环。他们也进行了理论计算，用以深入了解这种环境下系统的运作情况。对这种在类空气环境中能够具有较长循环寿命的锂-氧电池的证明，是在离子技术之外实现该领域发展的重要步骤，由此可能会得到比传统锂离子电池高得多的比能量密度。（Nature DOI: 10.1038/nature25984）
2. 具有高导电性的非共轭自由基聚合物玻璃
（A nonconjugated radical polymer glass with high electrical conductivity）
材料名称：非共轭自由基聚合物
研究团队：美国普渡大学Boudouris研究组
固态导电聚合物通常具有高度共轭的大分子骨架并且需要有意掺杂来实现高导电率。与之相反的，单组分、电中性大分子在合成上可以更简单，并且具有增强的可加工性和环境稳定性。Joo 等人展示了聚(4-glycidyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl)，它是一种非共轭自由基聚合物，具有低于室温的玻璃化转变温度，在经历快速固态电荷转移反应后，电导率高达 28 S/m，导电通道长度达到 0.6 微米。80℃的退火温度能够在电子通信中形成一个开壳层位点的渗透网络，从而使得能够通过自由基聚合物膜进行电荷传输。刻意掺杂不会增强其导电性，并且该材料的薄膜显示出了高透光性。（Science DOI: 10.1126/science.aao7287）
3.连续波室温钻石激射器
(Continuous-wave room-temperature diamond maser)
材料名称：钻石激射器
研究团队：英国帝国理工学院Breeze研究组
微波激射器作为光学激光器的微波前身，由于其依靠低温制冷和高真空系统，因而被限制在了相对模糊的范围内。尽管如此，因其作为低噪声放大器和振荡器的无与伦比的性能，使它已经在深空通信和射电天文中得到了应用。最近在室温固态微波激射器中利用对三联苯主体中光激发的并五苯分子三重态内的极化电子布居，为新一类微波激射器铺平了道路。然而，对三联苯的热性能和机械性能较差，而并五苯三重态的衰变率则意味着在该体系中仅观测到了脉冲微波激射器的运作。因此，需要有替代的材料来实现连续发射：已经被提出来有，包含了自旋缺陷的无机材料，例如金刚石和碳化硅。Breeze 等人报导了一种连续波室温微波激射振荡器，它利用的是光泵浦的钻石中的氮空位缺陷中心。这一演示，突出了室温固态微波激射器应用于新一代微波器件的潜力，这种器件可以用于医学、安全、传感和量子技术。（Nature DOI: 10.1038/nature25970）
4. 以磷酸作为传统上由白磷合成的化学品的前体
(Phosphoric acid as a precursor to chemicals traditionally synthesized from white phosphorus)
材料名称：含磷化学品
研究团队：美国麻省理工学院Cummins研究组
长久以来，为了磷酸盐矿改质而进行传统热处理所产生的白磷，一直是合成含磷化学品（包括除草剂、阻燃剂、催化剂配体、电池电解质、药物和洗涤剂）的关键性工业中间体。相比之下，磷酸肥料更大范围上是由磷酸制成的，而磷酸是通过用硫酸处理磷酸盐岩而获得的。Geeson 等人报告了使用氯化钠使磷酸脱水产生三偏磷酸盐，并且还报告了利用主要用于生产高纯度硅的三氯硅烷将三偏磷酸盐还原成此前未知的双（三氯甲硅烷基）磷化物阴离子。该阴离子为有机磷化合物如一级和二级烷基膦以及有机亚膦酸盐的增值提供了一个切入点，同时也可用于制备磷化氢气体和六氟磷酸盐阴离子，而以上这些化合物以前仅能在白磷的下游才能得到。（Science DOI: 10.1126/science.aar6620）
5. 三层铁磁膜中的自旋电流和自旋轨道扭矩
(Spin currents and spin–orbit torques in ferromagnetic trilayers)
材料名称：铁磁材料
研究团队：韩国科学技术院（KAIST）Park和Lee研究组
通过自旋轨道耦合产生的磁力矩为高能效自旋电子器件提供了可能。对于应用而言，重要的是这些扭矩在没有外部磁场的情况下对垂直磁化薄膜进行转换。有一种提出的方法能够实现这种切换，其使用磁性三层结构，其中顶层磁层上的扭矩可以通过改变底层的磁化来操纵。在底部磁性层或其界面中产生的自旋电流会越过间隔层并在顶部磁化上施加扭矩。Baek 等人展示了这种结构中的无电场转换，并表明了其对底层磁化的依赖性与预期的体效应不一致。而且还描述了在底层和间隔层之间的界面处产生自旋电流的机制，其会产生与所测量的磁化强度相关联的扭矩。这种其他层产生的自旋轨道扭矩与自旋电子器件的能效控制相关。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0041-5）
6. 铂单体间协同作用促进 CO2 加氢
(Synergetic interaction between neighbouring platinum monomers in CO2 hydrogenation)
材料名称：MoS2 上铂单体
研究团队：中国科学技术大学曾杰和张文华研究团队
探索两个临近单体之间的相互作用，对显着提高性能和加深对多相催化机理的理解具有巨大的潜力。Li 等人证明了 MoS2 上临近 Pt 单体之间的协同相互作用极大地提高了 CO2 加氢催化活性并且相对于分离单体降低了活化能。通过将 Pt 质量负载增加至 7.5％ 同时保持 Pt 的原子分散，从而实现了临近 Pt 单体。机理研究表明，相邻的 Pt 单体不仅协同工作以改变反应屏障，而且与分离的单体相比还经历明显的反应途径。分离的 Pt 单体倾向于将 CO2 转化为甲醇而不形成甲酸，而对于临近 Pt 单体 CO2 则逐步氢化成甲酸和甲醇。相邻单体之间协同相互作用的发现，有可能为操纵催化性质创造新的途径。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0089-z）
7. 通过范德华晶体中的层间间隙来运输氢同位素
(Transport of hydrogen isotopes through interlayer spacing in van der Waals crystals)
材料名称：范德华晶体
研究团队：英国曼彻斯特大学联合研究团队
原子如果被限制在与其德布罗意波长相当的空间中时，会开始表现为波而不是经典粒子。在室温下，即使是最轻的原子氢，这个长度也只有约 1 埃。这将原子类的量子限制现象，限制在了非常低的温度范围内。Hu 等人表明，层状晶体的原子平面之间的范德华间隙提供了埃尺寸的通道，这使得质子的量子限制即使在室温下也很明显。输运测量显示热质子在六方氮化硼和二硫化钼中进入范德瓦尔斯间隙时会相比于氘核受到明显更高的阻碍。这归因于同位素间德布罗意波长的差异。一旦进入晶体，尽管相比于质子在水中的情况具有出乎意料的高速率，但两种同位素的传输都可以用经典扩散来描述了。这种展示出来的埃尺寸通道可用于进一步研究原子量子限制，并且如果该技术可以放大，则可用于筛分氢同位素。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0088-0）
8. 在铁电陶瓷中实现超高压电
(Ultrahigh piezoelectricity in ferroelectric ceramics by design)
材料名称：稀土掺杂的 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3
研究团队：美国宾夕法尼亚州立大学Fei Li等
压电材料，其对会对外加电场做出机械响应且反之亦然，这对机电变换器来说是必不可少的。此前的理论分析已经表明，钙钛矿氧化物中的高压电性与连接两个或更多铁电相的平面热力学能量景观相关联。根据现象学理论和相场模拟，Li 等人对通常使用的准同型相界提出了一种替代的设计策略，通过引入局部结构异质性来操纵界面能量（即额外的相互作用能量，例如与界面相关的静电和弹性能量），使得能量图谱进一步扁平化。为了验证这一点，Li 等人合成了稀土掺杂的 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)，因为稀土掺杂剂倾向于改变 Pb 基钙钛矿铁电体的局部结构。并在居里温度为 89℃ 的 Sm-掺杂 PMN-PT 陶瓷中，实现了高达 1500 pC N-1 的超高压电系数 d33 和超过 13000 的介电常数 ε33/ε0。这一研究为通过设计局部结构异质性来实现设计材料性能提供了一种新的范例，预计它将使很多功能材料受益。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0034-4）
9. 卤化物钙钛矿中离子传导的大幅可调光电效应及其对光解作用的影响
(Large tunable photoeffect on ion conduction in halide perovskites and implications for photodecomposition)
电子输运对信息技术至关重要，同样地，离子输运则是能源研究背景下的关键现象。为了能够实现通过光来调整离子传导，而这将会为新的应用领域提供广阔的发展空间，但是，为这种效应提供明确的证据却非常困难。Kim 等人通过使用各种技术，例如迁移数量测量、渗透研究、化学计量变化、霍尔效应实验和阻断电极等，展示了光激发能够增强甲基碘化铅（典型金属卤化物光伏材料）多个数量级的离子电导率。他们还提供了这种意料之外现象的基本原理，而且表明是它直接引出了钙钛矿此前未考虑过的光解作用途径。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0038-0）
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