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1. 類空氣環境下長循環壽命的鋰-氧電池
（A lithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere）
材料名稱：鋰-氧電池
研究團隊：美國伊利諾伊大學Amin Salehi-Khojin研究組
鋰空氣電池的理論比能量較高，因而被認為是在交通運輸設備中鋰離子電池的潛在替代品。但由于涉及到陰極、陽極和電解質的副反應，導致迄今為止這樣的系統基本上還局限于純氧環境（鋰-氧電池）并且循環壽命很有限。在存在氮氣、二氧化碳和水蒸氣的情況下，這些副反應更是會變得更加復雜。而且，由于需要儲存氧氣，這使得鋰-氧體系的體能量密度對于實際應用而言可能太小了。Asadi 等人報導了一種由基于碳酸鋰保護的陽極、二硫化鉬陰極以及離子液體/二甲亞砜電解質組成的系統，其作為鋰空氣電池，在模擬空氣環境中工作的循環壽命可以長達 700 次循環。他們也進行了理論計算，用以深入了解這種環境下系統的運作情況。對這種在類空氣環境中能夠具有較長循環壽命的鋰-氧電池的證明，是在離子技術之外實現該領域發展的重要步驟，由此可能會得到比傳統鋰離子電池高得多的比能量密度。（Nature DOI: 10.1038/nature25984）
2. 具有高導電性的非共軛自由基聚合物玻璃
（A nonconjugated radical polymer glass with high electrical conductivity）
材料名稱：非共軛自由基聚合物
研究團隊：美國普渡大學Boudouris研究組
固態導電聚合物通常具有高度共軛的大分子骨架并且需要有意摻雜來實現高導電率。與之相反的，單組分、電中性大分子在合成上可以更簡單，并且具有增強的可加工性和環境穩定性。Joo 等人展示了聚(4-glycidyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl)，它是一種非共軛自由基聚合物，具有低于室溫的玻璃化轉變溫度，在經歷快速固態電荷轉移反應后，電導率高達 28 S/m，導電通道長度達到 0.6 微米。80℃的退火溫度能夠在電子通信中形成一個開殼層位點的滲透網絡，從而使得能夠通過自由基聚合物膜進行電荷傳輸?？桃鈸诫s不會增強其導電性，并且該材料的薄膜顯示出了高透光性。（Science DOI: 10.1126/science.aao7287）
3.連續波室溫鉆石激射器
(Continuous-wave room-temperature diamond maser)
材料名稱：鉆石激射器
研究團隊：英國帝國理工學院Breeze研究組
微波激射器作為光學激光器的微波前身，由于其依靠低溫制冷和高真空系統，因而被限制在了相對模糊的范圍內。盡管如此，因其作為低噪聲放大器和振蕩器的無與倫比的性能，使它已經在深空通信和射電天文中得到了應用。最近在室溫固態微波激射器中利用對三聯苯主體中光激發的并五苯分子三重態內的極化電子布居，為新一類微波激射器鋪平了道路。然而，對三聯苯的熱性能和機械性能較差，而并五苯三重態的衰變率則意味著在該體系中僅觀測到了脈沖微波激射器的運作。因此，需要有替代的材料來實現連續發射：已經被提出來有，包含了自旋缺陷的無機材料，例如金剛石和碳化硅。Breeze 等人報導了一種連續波室溫微波激射振蕩器，它利用的是光泵浦的鉆石中的氮空位缺陷中心。這一演示，突出了室溫固態微波激射器應用于新一代微波器件的潛力，這種器件可以用于醫學、安全、傳感和量子技術。（Nature DOI: 10.1038/nature25970）
4. 以磷酸作為傳統上由白磷合成的化學品的前體
(Phosphoric acid as a precursor to chemicals traditionally synthesized from white phosphorus)
材料名稱：含磷化學品
研究團隊：美國麻省理工學院Cummins研究組
長久以來，為了磷酸鹽礦改質而進行傳統熱處理所產生的白磷，一直是合成含磷化學品（包括除草劑、阻燃劑、催化劑配體、電池電解質、藥物和洗滌劑）的關鍵性工業中間體。相比之下，磷酸肥料更大范圍上是由磷酸制成的，而磷酸是通過用硫酸處理磷酸鹽巖而獲得的。Geeson 等人報告了使用氯化鈉使磷酸脫水產生三偏磷酸鹽，并且還報告了利用主要用于生產高純度硅的三氯硅烷將三偏磷酸鹽還原成此前未知的雙（三氯甲硅烷基）磷化物陰離子。該陰離子為有機磷化合物如一級和二級烷基膦以及有機亞膦酸鹽的增值提供了一個切入點，同時也可用于制備磷化氫氣體和六氟磷酸鹽陰離子，而以上這些化合物以前僅能在白磷的下游才能得到。（Science DOI: 10.1126/science.aar6620）
5. 三層鐵磁膜中的自旋電流和自旋軌道扭矩
(Spin currents and spin–orbit torques in ferromagnetic trilayers)
材料名稱：鐵磁材料
研究團隊：韓國科學技術院（KAIST）Park和Lee研究組
通過自旋軌道耦合產生的磁力矩為高能效自旋電子器件提供了可能。對于應用而言，重要的是這些扭矩在沒有外部磁場的情況下對垂直磁化薄膜進行轉換。有一種提出的方法能夠實現這種切換，其使用磁性三層結構，其中頂層磁層上的扭矩可以通過改變底層的磁化來操縱。在底部磁性層或其界面中產生的自旋電流會越過間隔層并在頂部磁化上施加扭矩。Baek 等人展示了這種結構中的無電場轉換，并表明了其對底層磁化的依賴性與預期的體效應不一致。而且還描述了在底層和間隔層之間的界面處產生自旋電流的機制，其會產生與所測量的磁化強度相關聯的扭矩。這種其他層產生的自旋軌道扭矩與自旋電子器件的能效控制相關。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0041-5）
6. 鉑單體間協同作用促進 CO2 加氫
(Synergetic interaction between neighbouring platinum monomers in CO2 hydrogenation)
材料名稱：MoS2 上鉑單體
研究團隊：中國科學技術大學曾杰和張文華研究團隊
探索兩個臨近單體之間的相互作用，對顯著提高性能和加深對多相催化機理的理解具有巨大的潛力。Li 等人證明了 MoS2 上臨近 Pt 單體之間的協同相互作用極大地提高了 CO2 加氫催化活性并且相對于分離單體降低了活化能。通過將 Pt 質量負載增加至 7.5％ 同時保持 Pt 的原子分散，從而實現了臨近 Pt 單體。機理研究表明，相鄰的 Pt 單體不僅協同工作以改變反應屏障，而且與分離的單體相比還經歷明顯的反應途徑。分離的 Pt 單體傾向于將 CO2 轉化為甲醇而不形成甲酸，而對于臨近 Pt 單體 CO2 則逐步氫化成甲酸和甲醇。相鄰單體之間協同相互作用的發現，有可能為操縱催化性質創造新的途徑。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0089-z）
7. 通過范德華晶體中的層間間隙來運輸氫同位素
(Transport of hydrogen isotopes through interlayer spacing in van der Waals crystals)
材料名稱：范德華晶體
研究團隊：英國曼徹斯特大學聯合研究團隊
原子如果被限制在與其德布羅意波長相當的空間中時，會開始表現為波而不是經典粒子。在室溫下，即使是最輕的原子氫，這個長度也只有約 1 埃。這將原子類的量子限制現象，限制在了非常低的溫度范圍內。Hu 等人表明，層狀晶體的原子平面之間的范德華間隙提供了埃尺寸的通道，這使得質子的量子限制即使在室溫下也很明顯。輸運測量顯示熱質子在六方氮化硼和二硫化鉬中進入范德瓦爾斯間隙時會相比于氘核受到明顯更高的阻礙。這歸因于同位素間德布羅意波長的差異。一旦進入晶體，盡管相比于質子在水中的情況具有出乎意料的高速率，但兩種同位素的傳輸都可以用經典擴散來描述了。這種展示出來的埃尺寸通道可用于進一步研究原子量子限制，并且如果該技術可以放大，則可用于篩分氫同位素。（Nature Nanotechnology DOI: 10.1038/s41565-018-0088-0）
8. 在鐵電陶瓷中實現超高壓電
(Ultrahigh piezoelectricity in ferroelectric ceramics by design)
材料名稱：稀土摻雜的 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3
研究團隊：美國賓夕法尼亞州立大學Fei Li等
壓電材料，其對會對外加電場做出機械響應且反之亦然，這對機電變換器來說是必不可少的。此前的理論分析已經表明，鈣鈦礦氧化物中的高壓電性與連接兩個或更多鐵電相的平面熱力學能量景觀相關聯。根據現象學理論和相場模擬，Li 等人對通常使用的準同型相界提出了一種替代的設計策略，通過引入局部結構異質性來操縱界面能量（即額外的相互作用能量，例如與界面相關的靜電和彈性能量），使得能量圖譜進一步扁平化。為了驗證這一點，Li 等人合成了稀土摻雜的 Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)，因為稀土摻雜劑傾向于改變 Pb 基鈣鈦礦鐵電體的局部結構。并在居里溫度為 89℃ 的 Sm-摻雜 PMN-PT 陶瓷中，實現了高達 1500 pC N-1 的超高壓電系數 d33 和超過 13000 的介電常數 ε33/ε0。這一研究為通過設計局部結構異質性來實現設計材料性能提供了一種新的范例，預計它將使很多功能材料受益。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0034-4）
9. 鹵化物鈣鈦礦中離子傳導的大幅可調光電效應及其對光解作用的影響
(Large tunable photoeffect on ion conduction in halide perovskites and implications for photodecomposition)
電子輸運對信息技術至關重要，同樣地，離子輸運則是能源研究背景下的關鍵現象。為了能夠實現通過光來調整離子傳導，而這將會為新的應用領域提供廣闊的發展空間，但是，為這種效應提供明確的證據卻非常困難。Kim 等人通過使用各種技術，例如遷移數量測量、滲透研究、化學計量變化、霍爾效應實驗和阻斷電極等，展示了光激發能夠增強甲基碘化鉛（典型金屬鹵化物光伏材料）多個數量級的離子電導率。他們還提供了這種意料之外現象的基本原理，而且表明是它直接引出了鈣鈦礦此前未考慮過的光解作用途徑。（Nature Materials DOI: 10.1038/s41563-018-0038-0）
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