催化前沿每周精选丨0106-0112

纳米人

2020-01-15

1. Sargent Nat.Catal.：调节OH结合能实现乙烯选择性电化学氧化为乙二醇

开发直接由可再生电力提供动力的高效的电化学方法用于制备化学商品具有重大意义。其中一种至关重要的化学品是乙二醇，它可用作防冻剂和聚合物前体，每年的消费量约为2000万吨。在由乙烯氧化制乙二醇的过程中，需要将两个OH基团连续转移至乙烯，这其中可能涉及*C₂H₄OH中间体。因此，OH的结合能将是该过程中的关键因素。此外，一旦形成乙二醇，它很可能会通过其氧原子吸附到催化剂表面，因此，调节OH结合能可以使其易于解吸，从而避免不必要的进一步氧化。

近日，多伦多大学Edward H. Sargent团队报告了一种在环境温度和压力下，在水性介质中将乙烯选择性部分氧化为乙二醇的一步式电化学路线。作者认为，催化剂与OH结合能的调控对促进OH转移至*C₂H₄OH形成乙二醇至关重要。计算研究表明，金掺杂的钯催化剂(3.2 at.% Au)可以有效地执行此步骤，并且，作者通过实验发现它对乙二醇具有80％的高法拉第效率，并在连续运行100个小时后仍能保持其性能。该工作为在温和条件下设计水性介质中的其它阳极部分氧化反应提供了有用的参考，并指明了化学工业中实现电气化的一种途径。

Yanwei Lum, Jianan ErickHuang, Edward H. Sargent*, et al. Tuning OH binding energy enables selectiveelectrochemical oxidation of ethylene to ethylene glycol. Nat. Catal., 2020

DOI:10.1038/s41929-019-0386-4

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0386-4

2. Nature Catalysis：局部受限的氧气促进电化学水氧化为过氧化氢

电化学双电子水氧化是一种很有前途的再生和现场生成H₂O₂的方法，可以替代蒽醌法。但由于传统的四电子析氧反应竞争激烈，且过电位大，产率低，目前选择性较低。在这里，美国休斯敦莱斯大学汪淏田团队报告了一种界面工程的方法，通过涂覆疏水性聚合物的催化剂，限制在现场产生的氧气，以调整水氧化反应的途径。

以碳催化剂为模型体系，研究发现与原始催化剂相比，其内在的H₂O-to-H₂O₂选择性和活性显著提高。在66%的超电势640 mV作用下，最大过氧化氢感应电流的效率提高了5倍，过氧化氢产量达到23.4µmol每分钟每平方厘米(相当于75.2毫安每平方厘米的分电流)。这一方法成功地推广到镍金属，证明了局部气体约束概念的广泛适用性。

Xia, C., Back, S.,Ringe, S. et al. Confined local oxygen gas promotes electrochemicalwater oxidation to hydrogen peroxide. Nat Catal(2020)

DOI：10.1038/s41929-019-0402-8

https://doi.org/10.1038/s41929-019-0402-8

3. Nature Catalysis：一种实用的N-异芳烃加氢非贵金属催化剂的研制

 由于过渡金属催化剂的可用性、价格和生物相关性，基于3d过渡金属的催化剂的使用对工业化学品的合成以及一般的有机合成具有重要意义。因此，近年来，特别是在均相催化领域，利用这种地球资源丰富、具有生物相容性的金属已成为人们感兴趣的主要领域。然而，为了达到与贵金属催化剂相当的反应活性，通常需要使用复杂的配体——通常是昂贵的磷衍生物。

在这里，莱布尼兹学院Matthias Beller研究者报道了使用简单的基于Mn(I)的复合物[Mn(CO)₅Br]，通过分子氢还原喹诺林和相关的N-杂环。在非常温和的反应条件下，这个催化系统能够减少大量的喹诺林，从而提供了相应的高产量的四氢喹诺林，这种骨架存在于许多生物活性化合物中，包括已上市的药物。力学研究揭示了活性催化剂的形成，并表明了同时形成的Mn(II)和HBr对杂环底物加氢的重要作用。

Papa, V., Cao, Y.,Spannenberg, A. et al. Development of a practical non-noble metal catalyst forhydrogenation of N-heteroarenes. Nat Catal (2020)

DOI：10.1038/s41929-019-0404-6

https://doi.org/10.1038/s41929-019-0404-6

4. Nat. Nano.：崔屹携手诺奖得主朱棣文/谭天伟院士，在CO₂制高价值化学品取得新进展！

电化学还原CO₂制高价值化学品是能源和环境领域极具前景，也极具挑战的关键议题。有鉴于此，斯坦福大学崔屹团队携手诺奖得主朱棣文教授，北京化工大学谭天伟教授等人，报道了一种高选择性高稳定性的催化界面设计策略，用于非均相催化CO₂制备C₂高价值化学品。

研究人员构建了一种氮掺杂纳米钻石/Cu纳米颗粒界面，催化制备C₂产物的法拉第效率为63%左右（-0.5 V，RHE），这种催化剂意外地表现出高稳定的催化性能，120 h后仅有19%活性衰减。DFT计算表明，CO在Cu/纳米钻石界面的结合力增强，抑制CO脱附。通过降低CO二聚化的表观能垒，促进C₂产物的生成。对催化剂本征组成和电子结构的调控，实现了对催化界面，以及反应热力学和动力学的最大限度的优化。

Hongxia Wang et al.Synergistic enhancement of electrocatalytic CO₂ reduction to C₂oxygenates at nitrogen-doped nanodiamonds/Cu interface. Nature Nanotechnology2020.

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0603-y

5. Nature Energy：单原子位点天线反应器等离激元光催化剂光驱动甲烷干重整

合成气是由一氧化碳和氢气组成的极为重要的化学原料，可以通过甲烷（CH₄）与CO₂进行干重整来生成。同时，甲烷干重整反应（CH₄+CO₂→2CO+2H₂）对环境友好，因为它将两种温室气体转化为有价值的化学原料。然而，传统的热催化过程需要高温，并且还遭受焦化引起的不稳定问题。近日，莱斯大学Naomi J. Halas，Peter Nordlander，普林斯顿大学Emily A. Carter等报道了一种等离激元光催化剂，它由Cu纳米粒子“天线”和在Cu纳米粒子表面的单Ru原子“反应器”位点组成，是低温光驱动甲烷干重整的理想选择。

实验表明，当在室温下照射时，该催化剂具有高的光能效率。与热催化相反，该催化剂在光催化中可实现长期稳定性（50 h）和高选择性（> 99％）。作者认为光激发的热载流子以及单原子活性位点是其高性能的原因。量子力学建模表明，在Cu（111）表面上Ru的单原子掺杂，再加上激发态激活，会导致CH₄活化的势垒大大降低。该光催化剂主要由廉价和丰富的铜组成，因此该工作可为可持续，光驱动，低温甲烷重整反应按需生产氢气铺平道路。

Linan Zhou, Emily A.Carter*, Peter Nordlander,* Naomi J. Halas*, et al. Light-driven methane dryreforming with single atomic site antenna-reactor plasmonic photocatalysts.Nature Energy, 2019

DOI: 10.1038/s41560-019-0517-9

https://www.nature.com/articles/s41560-019-0517-9

6. Nat Commun.: 金催化CO₂还原的限速步骤

鉴于全球日益严重的能源短缺和环境污染问题，CO₂电还原(CO₂R)已成为建立可持续碳循环的一个非常具有潜力的技术方案。通过与可再生电力相结合，CO₂R可以在环境压力和温度下储存间歇性的可再生资源，生产燃料和化学品，同时减少CO₂的排放。Au基材料是合成合成气的关键组分CO的活性最强、选择性最强的催化剂。因此，了解Au催化剂的反应机理是设计新型催化剂材料的关键一步，也是目前理论与实验研究的重点。虽然人们普遍认为CO₂R到CO通过*COOH和*CO中间产物进行，但限速步骤（rate-limiting step）仍然有较大的争议。

近日，斯坦福大学的Stefan Ringe和丹麦科技大学的Karen Chan等人合作在中性到酸性的pH值下对金进行CO₂还原实验，以阐明围绕限速步骤的长期争议。研究发现，在标准的氢电极尺度上，CO的生成速率与pH值无关，而是受到CO₂吸附步骤的限制。他们提出了一种新的多尺度建模方案，将从头算反应动力学与质量输运模拟相结合，明确考虑了电荷双电层。该模型再现了CO极化实验曲线，揭示了CO在低过电位时的限速步骤为*COOH到*CO，在中间电位时的限速步骤为CO₂吸附，在高过电位时的限速步骤为CO22质量输运。最后，证明了Tafel斜率是由*CO2偶极子与界面场之间的静电相互作用产生的。该工作强调了表面电荷对电化学动力学和质量传输的重要性。此外，该工作发现的反应性pH对电极电荷的敏感性可能对调节pH敏感性反应的产物选择性或活性具有重要意义。

Ringe, S., Morales-Guio,C.G., Chen, L.D. et al. Double layer charging driven carbon dioxide adsorptionlimits the rate of electrochemical carbon dioxide reduction on Gold. Nat Commun11, 33 (2020).

DOI:10.1038/s41467-019-13777-z

https://doi.org/10.1038/s41467-019-13777-z

7. 李亚栋/陈晨Matter综述：原子级精度的结构调节:从单原子位点到双原子和原子界面催化

单原子位点催化剂(SASCs)作为催化领域中一个新兴的门类，在一系列重要的催化反应中表现出优异的活性、选择性和稳定性。SASCs的组成和结构对催化性能有很大的影响。因此，在原子水平上对结构进行合理的操作，从而设计不同的活性位点来提高整体催化性能对于SASCs来说至关重要。近日，清华大学的陈晨副教授和李亚栋院士等人合作比较了SASCs与团簇/纳米颗粒的催化行为，并系统地解释了SASCs的微观结构对催化性能的影响。

基于SASCs的缺点，引出经过原子级精度结构调节的金属双原子催化剂（MDSCs），并指出其反应机理——协同效应；由于SASCs等物质通常具有高度一致且容易识别的活性位点，可以从原子角度解释催化反应机理。随后，他们总结了协同催化在双原子、多原子位点、单原子合金和原子界面上的研究进展，并强调了原位表征技术对活性位点监测的重要意义。最后，他们讨论了SASCs的局限性、发展趋势和未来的挑战，并对进一步构建更复杂的催化反应活性位点提出了展望。目前单原子催化剂的开发和应用仍处于研究阶段，离工业应用还较为遥远。基于单原子催化剂的巨大优势，相信单原子催化剂将在催化领域大放异彩。

Yuan Pan; Chao Zhang;Zhi Liu; Chen Chen; Yadong Li. Structural Regulation with Atomic-LevelPrecision: From Single-Atomic Site to Diatomic and Atomic Interface Catalysis.Matter, 2020.

DOI:10.1016/j.matt.2019.11.014

https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.11.014

8. 法国索邦大学Joule: 高压下Ag合金化Zn枝晶电极上的高效CO₂-CO电化学还原

将CO₂通过电催化转化为有价值的工业原料是降低CO₂排放的有效手段。在众多目标产物中，Cos是一种重要的有机合成原料和工业燃料。然而，到目前为止大多数的电催化体系都无法高速率和高纯度地生产CO,这对于其后续转化产生了相当大的阻碍。最近，法国索邦大学的Marc Fontecave等发现通过合理设计新型高活性Ag合金化的金属Zn枝晶状电极能够显著提高CO₂向CO转化的反应选择性。

研究人员通过精准地调控各个独立的电沉积参数能够有效控制合金化电极中Ag的含量、电极孔隙率、电极厚度、电极比表面积等重要指标，从而在优化条件下实现高达91%的CO₂-CO反应选择性。即便经过40个小时的工作，合金化Zn枝晶状电极的平均反应选择性仍然高达90%。此外，研究人员还将CO₂的压力增大到9.5 bar来增参与反应的CO₂浓度，此时CO的局部电流密度高达286mA/cm²，这是目前Zn基电极在中性条件下电催化制备CO的最高纪录。

Sarah Lamiason, MarcFontecave et al, High-Current-Density CO₂-to-CO Electroreduction onAg-Alloyed Zn Dendrites at Elevated Pressure, Joule, 2020

DOI: 10.1016/j.joule.2019.11.014

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30581-1?rss=yes#

9. Chem: 可见光诱导的镍催化烷基茂锆金属配合物的交叉耦合

过渡金属催化的自然丰度sp³杂化碳中心间的交叉偶联反应，使我们能够获得具有复杂三维结构的多种分子。有机金属化合物是广泛用于碳-碳键形成的最强大的试剂之一。虽然sp²-杂化有机金属化合物广泛应用于交叉偶联，但sp³-杂化有机金属偶联物发展相对滞后。

近日，北京生命科学研究所的齐湘兵和南京理工大学的姜超等人合作报道了由可见光诱导的单镍催化的C(sp³)-C(sp³)、C(sp³)-C(sp²)、C(sp³)-C(sp)的烷基茂锆金属配合物类交叉偶联反应，而这些烷基茂锆金属配合物类化合物很容易由末端或内部未活化的烯烃通过锆氢化反应和chain walking反应原位生成。该方法温和，适用于多种底物，包括初级、次级、叔烷基、芳基、烯基、卤代烃和各种烯烃。反应机制研究表明，这是一种新的镍催化自由基交叉耦合途径，这也是报道的第一例可见光诱导的烷基茂锆金属配合物的转化。

Yadong Gao; Chao Yang;Songlin Bai; Xiaolei Liu; Qingcui Wu; Jing Wang; Chao Jiang; Xiangbing Qi.Visible-Light-Induced Nickel-Catalyzed Cross-Coupling with Alkylzirconocenesfrom Unactivated Alkenes. Chem, 2020.

DOI:10.1016/j.chempr.2019.12.010

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.12.010

10. 中科大Sci. Adv.：N诱导的晶格收缩促进富P金属磷化物HER

人们预测具有丰富P位点的富P过渡金属磷化物（TMPs）更有利于析氢反应（HER）。但是，富P TMPs的实际活性并不像预期的那样，其潜在的本质（尤其是在原子级别上）也模棱两可。近日，中科大Gongming Wang，Xiaojing Liu，Yue Lin等通过结构分析表明，较低的活性可能归因于P含量的增加导致P-H相互作用过强，金属与P之间原子波函数的重叠减少。

为此，作者发现，使用N诱导的晶格收缩可普遍增强富含P的TMPs的HER催化性能（包括CoP₂，FeP₂，NiP₂和MoP₂）。制备的N-CoP₂催化剂达到10 mA cm^-2的电流密度过电位仅38 mV，这与酸性条件下的Pt催化剂非常接近，这也是已报道的Co基催化剂中的最佳活性。精细的结构表征和理论分析表明，N-P强相互作用可增加原子波函数的重叠，并最终调节H的吸附强度。该工作报道的晶格工程的概念为调节富含P的TMPs的催化活性提供了新视野。

JinyanCai, Yao Song, Yue Lin*, Xiaojing Liu*, Gongming Wang*, et al. N-induced latticecontraction generally boosts the hydrogen evolution catalysis of P-rich metalphosphides. Sci. Adv., 2019

DOI:10.1126/sciadv.aaw8113

https://advances.sciencemag.org/content/6/1/eaaw8113?rss=1

11. JACS: Fe、N、C前驱体通过热解转化为活性位点的过程

热解是合成在酸中进行氧还原反应(ORR)的高活性Fe-N-C催化剂的必不可少的步骤，但Fe、N、C前驱体在热解过程中转化为ORR活性位点的过程仍不清楚，这一材料形成过程机理的欠缺使研究人员难以精确调控前驱体和产物之间的联系，为改进Fe-N-C催化剂的性能增加了难度。近日，美国东北大学的Qingying Jia和阿贡国家实验室的Deborah J. Myers等人合作，通过在不同温度下利用X射线吸收光谱揭示了前体到ORR活性催化剂的转变过程，该催化剂仅由单原子Fe1(II)-N₄位点组成。

Fe前驱体在300℃以下转变为Fe氧化物，然后在600℃以下通过晶体-熔体转变形成四面体Fe₁(II)-O₄。在600℃以上，Fe₁(II)-O₄释放单个Fe原子扩散到N掺杂的碳缺陷中形成活性位点Fe₁(II)-N₄。这种气相单原子迁移机制通过“非接触热解”合成Fe₁(II)-N₄位点得到证实，其中Fe前驱体在热解过程中与N和C前驱体没有物理接触。该工作揭示了在热解过程中Fe、N、C前驱体转化为ORR活性位点的过程，有利于为高活性催化剂的设计提供指导。

Jingkun Li; Li Jiao;Evan Wegener; Lynne Larochelle Richard; Ershuai Liu; Andrea Zitolo; MoulayTahar Sougrati; Sanjeev Mukerjee; Zipeng Zhao; Yu Huang; Fan Yang; SichenZhong; Hui Xu; A. Jeremy Kropf; Frédéric Jaouen; Deborah J. Myers; Qingying Jia. Evolution Pathway fromIron Compounds to Fe1(II)–N4 Sites through Gas-PhaseIron during Pyrolysis. Journal of the American Chemical Society, 2020.

DOI: 10.1021/jacs.9b11197

https://doi.org/10.1021/jacs.9b11197

12. JACS：铁卟啉基MOF中通过配体轴向配位的活性位点调控：加速电催化和电荷迁移动力学

人造太阳能燃料生成系统的构造需要电极上大量催化活性位点的异质化。金属有机框架（MOFs）已被用来组装空前高浓度的电化学活性分子催化剂，以驱动能量转换电催化反应。然而，尽管基于MOFs的电催化技术取得了许多进展，但迄今为止，尚未尝试开发其独特的化学模块性以在分子水平上修饰MOFs固定的活性位点的电催化功能。

近日，以色列内盖夫本古里安大学Idan Hod等研究发现，给电子配体（MeIM）与安装有铁卟啉的活性MOF（UIO-66MOF film）轴向配位后，可以显著改变其电子性能，加速基于氧化还原的MOF电导率和电催化氧还原反应（ORR）的速率。此外，电化学表征表明，在多个质子偶联的电子转移反应中，基于MOF的氧化还原hopping并不是限制整体电催化速率的唯一因素。因此，在未来的高效MOFs基电催化剂的设计中还应考虑其它重要的动力学参数，例如与质子相关的化学步骤的速率，以及抗衡离子，质子和反应物向催化活性位的传质速率。

Itamar Liberman, RanShimoni, Idan Hod*, et al. Active-Site Modulation in a Fe-Porphyrin-BasedMetal-Organic Framework Through Ligand Axial Coordination: AcceleratingElectrocatalysis and Charge-Transport Kinetics. J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI:10.1021/jacs.9b11355

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11355

13. JACS：通过几何和电子工程促进单个铁活性位点ORR：氮磷双配位

原子分散的过渡金属活性位点在催化方面表现出高的性能，并有可能成为基础理解的理想模型，已成为最重要的研究领域之一。然而，制备和确定此类活性位点仍然是一个挑战。碳和氮配位的金属位点（M-N-C，M=Fe，Co，Ni，Mn，Cu等）引入新的杂原子（如P和S）的结构工程仍然具有挑战性。近日，南昌大学Kai Yuan，Yiwang Chen，华中师范大学Ming Qiu，上海交通大学Xiaodong Zhuang等多团队合作，开发了嵌有氮和磷碳纳米片上氮磷双配位的铁活性位点（表示为Fe-N/P-C）催化剂，并使用尖端技术对其进行了表征。

实验表明，该催化剂组成和结构上的优点以及原子级活性中心优化的电子结构，使得这种具有丰富的Fe-N₃P活性位的新型催化剂显示出卓越的ORR性能，出色的耐久性和对甲醇的耐受性，其性能优于Pt/C催化剂。实验和理论结果均表明，N和P双配位铁位点有利于氧中间体的吸附/解吸，从而加快了反应动力学，并提高ORR性能。该工作不仅为高效的ORR和Zn-air电池提供了可行的途径，而且为制备新的原子分散的金属催化剂进行能量转换提供了一种通用而可靠的方法。

Kai Yuan,* Ming Qiu,*Xiaodong Zhuang,* Yiwang Chen*, et al. Boosting Oxygen Reduction of Single IronActive Sites via Geometric and Electronic Engineering: Nitrogen and PhosphorusDual-Coordination. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI:10.1021/jacs.9b11852

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11852

14. Angew：单原子Pt/C₃N₄催化剂动态键演化的直接观察

单原子催化剂是一种极具发展前景的多相催化平台，尤其在清洁能源的转化、储存和利用等方面有着广泛的应用。为了了解其相关机理，人们对单原子催化剂在催化反应前后的成键和氧化状态进行了大量的研究，然而，这种没有足够的动态演化信息的工作常常会导致忽略底层机制。中国科学院兰州化学物理研究所Yingpu Bi和中国科学技术大学熊宇杰等人首次利用同步辐射x射线光电子能谱(SI-XPS)直接观察了单原子Pt/C₃N₄催化剂在光催化水裂解过程中的电荷转移和键合演化。

特别是在光激发下，研究者们首次观察到Pt-N键裂解到形成Pt-O物种的过程，以及相应的C=N键重构过程，而这些特征在金属Pt修饰的C₃N₄催化剂上无法检测到。如预期，在单原子Pt/C₃N₄催化剂上，H₂的生成活性(14.7 mmol·h^-1·g^-1)得到显著提高，是金属Pt-C₃N₄催化剂(0.74 mmol·h^-1·g^-1)的20倍。这些发现为深入理解单原子催化剂在原子水平上的催化反应提供了新的见解。

Linwen Zhang, Ran Long,Yaoming Zhang, Delong Duan, Yujie Xiong, Yajun Zhang, and Yingpu Bi. LinwenZhang, Ran Long, Yaoming Zhang, Delong Duan, Yujie Xiong, Yajun Zhang, andYingpu Bi. Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201915774.

DOI:10.1002/anie.201915774

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201915774

15. Angew: 超分子结构促进选择性氧还原直接合成过氧化氢

双氧水（H₂O₂）是一种重要的化工试剂，目前通常采用传统的蒽醌法制备。采用电化学方法合成H₂O₂，能将涉及H₂和O₂的两个半反应分别隔离在阳极室和阴极室，是一种安全、清洁、高效的H₂O₂生产途径。然而，目前电催化合成H₂O₂的主要困难在于缺少高活性、高选择性的电催化剂。近日，加利福尼亚大学的Christopher J.Chang等人报道了一种超分子设计策略，以促进选择性还原O₂直接电催化合成H₂O₂。

具体来说，他们利用一种产物选择性高度可变的氧还原反应(ORR)催化剂-四苯基卟啉钴(Co-TPP)作为基础单元来组装成多孔的超分子笼Co-PB-1(6)，它含有6个通过24个亚胺键连接的Co-TPP亚基，将这些亚胺还原为胺即可制备得到笼状Co-rPB-1(6)。Co-PB-1(6)和Co-rPB-1(6)笼在中性pH水中可以通过电化学ORR催化合成90-100%的H₂O₂，然而Co-TPP单体通过电化学ORR催化只能合成50%混合的H₂O₂和H₂O。双分子催化途径会促进H₂O形成，因此，高的H₂O₂选择性归因于每个超分子结构中分子单元催化位点的分离。除了传统的主-客体相互作用，通过在超分子结构中设计独特的结构来控制反应选择性的策略为催化应用提供了一种新的思路。

Peter T. Smith;Younghoon Kim; Bahiru Punja Benke; Kimoon Kim; Christopher J. Chang.Supramolecular Tuning Enables Selective Oxygen Reduction Catalyzed by CobaltPorphyrins for Direct Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide. Angewandte ChemieInternational Edition, 2020.

DOI: 10.1002/anie.201916131

https://doi.org/10.1002/anie.201916131

16. Angew：对CO₂电还原成CO的Ni-N-掺杂-碳基催化剂的高选择性起源的理解

Ni-N-掺杂碳基催化剂对CO₂的电还原(CO₂R)具有良好的催化性能，这种活性被认为这种活性被认为是由于存在氮配位的单金属原子活性位点。然而，从实验上确认这些物种的Ni-N键合和相关的CO₂还原(CO₂R)活性仍然是一个基本的挑战。斯坦福大学的Thomas Jaramillo等人合成了聚丙烯腈衍生的具有一定的热解温度和Ni负载的Ni-N-掺杂的碳基电催化剂(Ni-PACN)，并将它们的电化学活性与广泛的理化特性联系起来，以严格地说明这些材料活性的来源。

研究发现，在稳定在2 wt%之前，CO₂R对CO的偏电流密度随着Ni含量的增加而增加，这表明Ni活性位点分散。通过硬X射线光谱和软X射线光谱对这些分散的活性位点进行了研究，结果表明，吡咯氮配体选择性地将镍原子结合在一个扭曲的方形平面结构中，这种结构与金属卟啉分子催化剂的活性位点非常相似。

David Koshy, ShuchengChen, Dong Un Lee, Michaela Burke Stevens, Ahmed Abdellah, Samuel Dull, GanChen, Dennis Nordlund, Allessandro Gallo, Christopher Hahn, Drew ChristopherHiggins, Zhenan Bao, and Thomas Jaramillo. Understanding the Origin ofHighly Selective CO₂Electroreduction to CO on Ni, N-doped CarbonCatalysts. Angew. Chem. Int. Ed. 10.1002/anie.201912857

DOI:10.1002/anie.201912857

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201912857

17. 李亚栋Angew：明确析氢电催化剂的原子活性中心

氢气（H₂）因其高热值和燃烧产物环保特性而被认为是理想的清洁能源。电催化氢分解反应（HER）是水分解的重要半反应，是可持续的清洁能源未来的可行之路。应当指出，水分解过程中的Volmer过程无论如何都会发生。HER催化剂的性质决定了第二步是Heyrovsky过程是Tafel过程。这两种情况也可能同时发生。通常，氢的吉布斯自由能（ΔGH*）值越接近零，则HER活性越好。尽管Pt/C表现出最高的H₂析出反应（HER）催化活性，但其资源稀缺和成本高限制了其大规模应用。单原子催化剂，单原子合金，双原子位点催化剂中的原子活性中心表现出最大的催化原子效率，独特的结构和出色的HER活性。

众所周知，定义明确的活性位点和载体之间的相互作用会改变电子传递，从而显着的加速反应动力学。然而，在原子尺度上对活性中心的更深刻而全面的认识是十分重要的。近日，清华大学化学系李亚栋教授等人发表评论认为：首先，建议应当使用原子HER活性中心研究工具箱。然后，还审查并讨论具有针对HER的不同协调结构的活性位点。深入分析了原子尺度上面向HER的单金属，双金属以及非金属活性中心。最后，提出了未来的研究方向。这篇综述旨在为HER原子活性中心的深刻理解和概念设计提供启发。

Yongpeng Lei, YuchaoWang, Yi Liu, Chengye Song, Qian Li, Dingsheng Wang, Yadong Li, Realizing theatomic active center for hydrogen evolution electrocatalysts, Angew. Chem. Int. Ed.

DOI:10.1002/anie.201914647

https://doi.org/10.1002/anie.201914647

18. Angew：MOF衍生的高效ORR/OER电催化剂

金属有机框架（MOFs）及其衍生物被认为是氧气还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的有前景的催化剂，对于许多能源供应技术（例如电解槽，燃料电池和某些先进的电池）都非常重要。近日，德国慕尼黑工业大学Roland A. Fischer，Aliaksandr S. Bandarenka，电子科技大学Liujiang Zhou等多团队合作，在surface‐mounted的NiFe-MOF上应用“应变调制”方法，使用简单的逐层沉积方法开发了高活性NiFe基双功能ORR/OER电催化剂。

实验发现，该材料在碱性介质中具有出色的OER活性，在〜210 mV的过电势下可达到200 mA·cm^-2的电流密度。即使在500 mA·cm^-2的高电流密度下，该催化剂也能表现出长期的稳定性，并且具有迄今为止最窄的“过电势窗口”ΔE_ORR-OER：在0.1 M KOH中为0.69 V，其质量负载低于基准电催化剂的两个数量级。此外，该工作还报道了一种简单有效的方法来调整反应中间体和活性位点之间的结合强度。

Weijin Li, Liujiang Zhou*,Aliaksandr S. Bandarenka,* Roland A. Fischer*, et al. Advanced BifunctionalOxygen Reduction and Evolution Electrocatalyst Derived from Surface‐Mounted Metal‐Organic Frameworks. Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI: 10.1002/anie.201916507

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201916507

19. Angew：通过气相渗透调节MOF中的内部应变用于CO₂还原

在温和的条件下将二氧化碳（CO₂）转化为可持续的燃料和化学原料为碳中性能量存储提供了许多机会。尽管目前具有许多先进的催化剂，但发展提高每个活性中心的内在活性的策略仍然是一项重大挑战。应变是固态材料中最常见的物理现象之一，它对控制催化剂的反应性至关重要。近日，美国圣地亚哥州立大学Jing Gu，马奎特大学Jier Huang，安徽师范大学Yinghua Zhou等报道了一种通过气相渗透（VPI）合成法在金属有机框架（MOFs）上引入锌（Zn）配位点。

与通过传统固溶相方法合成的相同Zn位点相比，VPI法合成的样品显示〜2.8％的内部应变。实验表明，VPI法合成的催化剂将CO₂转化为CO的法拉第效率提高了四倍；同时，将CO₂转化为CO的初始电位正移了200-300 mV。作者进一步使用特定元素X射线吸收光谱法，确定了Zn中心的局部配位环境为正方形的金字塔形几何结构，在赤道面上具有四个Zn-N键，在轴向上具有一个Zn-OH₂键。作者还通过监控一系列渗透循环内样品的XRD和UV-vis变化，进一步证明了微调的内部应变。实验结果与DFT计算预测的吸收光谱具有相似的变化。该工作利用内部应变来增加催化剂的选择性和活性的能力表明，采用这种策略有望增强各种多孔材料的固有催化能力。

Fan Yang, Yinghua Zhou*,Jier Huang*, Jing Gu*, et al. Tuning Internal Strain in Metal‐Organic Frameworks via Vapor Phase Infiltration for CO₂Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI:10.1002/anie.202000022

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000022

20. Angew：单原子Rh和Ru固体催化剂的“一锅法”协同选择性烯烃异构化加氢硅烷化过程

实现氧化物负载的单原子金属催化剂(SACs)的充分潜力是成功弥合均相催化和多相催化领域差距的关键。在此，马克斯普朗克研究所Gonzalo Prieto等研究者们证明了：Ru₁/CeO₂和Rh₁/CeO₂SACs的单锅组合能够实现高度选择性的烯烃异构化-氢硅烷化串联反应，目前仅限于溶液中的分子催化剂。单个原子的Ru和Rh的活性位点分别显示出了非凡的烯烃反应特异性双键重排和反马氏α烯烃的氢化硅烷化。

第一性原理计算(DFT)计算将这种选择性归因于烯烃衬底与单原子金属中心的结合强度的差异。两个SACs的单锅配合使得终端有机硅化合物具有很高的区域选择性(>95%)，甚至可以从工业相关的终端和内部烯烃的复杂混合物中产生，同时还可以直接进行催化剂的回收和再利用。这些结果证明了氧化物负载的单原子金属催化剂在串联催化反应中的重要性，这是化学过程集约化的核心。

Bidyut B Sarma, JonglackKim, Jonas Amsler, Giovanni Agostini, Claudia Weidenthaler, Norbert Pfaender,Raul Arenal, Patricia Concepción, Philipp Plessow, FelixStudt, and Gonzalo Prieto. One-pot cooperation of single-atom Rh and Ru solidcatalysts for a selective tandem olefin isomerization-hydrosilylation process.Angew. Chem. Int. Ed.

DOI:10.1002/anie.201915255

http://dx.doi.org/10.1002/anie.201915255

21. EES: 使用环境友好和绝缘的基底构建实用的催化电极用作水分解

发展高效、耐久和经济的催化电极是实现可持续电催化分解水的关键。最近几年来，人们发展了一系列高效廉价的水分解电催化剂。但是，目前用作构建催化电极的基底材料仍然有限，常用的主要有Ni，Ti，Fe的金属箔和泡沫，或者碳布。尽管这些基底材料可以满足导电性和机械性能的需求，但仍存在一些难以克服的缺点，比如价格高和柔韧性差等。基于此，复旦大学材料科学系Yanhui Guo团队与上海微系统与信息技术研究所Xin Ou团队合作通过将导电性的催化材料沉积在绝缘的基底，如纸、织物和海绵上，来构建实用的催化电极。

这些电极在全水分解方面表现出优异的活性。作为典型的例子，在纸上负载Ni–P–B催化材料构成的电极，在1.0 M KOH溶液中，HER和OER反应达到50 mA cm^-2的电流密度的过电势分别为76和263 mV。此外，电极材料在1000 mA cm^-2的电流密度下运行240 h没有明显的性能下降。由这种纸电极构成的两电极电池，其重量仅为传统金属电极的1/5，在1.661 V的电池电压下可输出50 mA cm^-2的水分解电流，这可与最先进的Pt–C/Ni和 IrO₂/Ni电极材料构成的电池相媲美。此外，作者还组装了具有原位分离功能的Ni–PB–B /纸环电极，可同时产生，分离和收集氢气和氧气。

Hao W, Wu R, Huang H, etal. Fabrication of practical catalytic electrodes using insulating andeco-friendly substrates for overall water splitting[J]. Energy &Environmental Science, 2020.

DOI: 10.1039/c9ee00839j

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee00839j

22. EES:氧化物界面调控工程助力致密高活性Pt单原子催化剂

将具有高催化活性的致密Pt单原子催化剂固定在氧化物基底上能够使得贵金属Pt催化剂的使用成本大大降低，而且致密Pt单原子催化剂上丰富的催化活性位点能够提高催化反应的效率。最近，韩国先进科技研究院的WooChul Jung、韩国忠南大学的Chunjoong Kim以及Hyun You Kim等通过调控氧化物界面上的多组分化学特质成功地制备了对CO的氧化反应具有高催化活性的致密单原子Pt催化剂。

研究人员发现将1%的Ce添加到TiO₂基底颗粒中能够形成CeO_X-TiO₂界面，这种界面能够通过静电相互作用稳定Pt单原子催化剂。与普通的Pt/TiO₂催化剂相比，这种在CeO_x-TiO₂界面上形成的致密Pt单原子催化剂能够在140℃下表现出高出15.1倍的质量活性。他们利用原位X射线吸收光谱、密度泛函理论计算以及催化性能测试实验等手段全面研究了致密Pt单原子催化剂在混合氧化物界面上的形成和催化过程。此外，研究人员还详细阐述了CeO_x-TiO₂界面对于CO催化氧化的活化机制和免受CO中毒的原因。

Mi Yoo, WooChul Jung,Chunjoong Kim, Hyun You Kim et al, A tailored oxide interface creates dense Ptsingle-atom catalysts with high catalytic activity, Energy & EnvironmentalScience, 2020

DOI: 10.1039/C9EE03492G

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/EE/C9EE03492G#!divAbstract

23. EES: 不含金属的聚噻吩光电催化氧气还原高效合成过氧化氢

通过两电子的氧还原过程光催化合成的过氧化氢（H₂O₂）除了是一种通用化学品之外，还是液体燃料的理想替代品。但到目前为止，低催化活性，低选择性和严重的竞争反应严重限制了过氧化氢的高效生产。鉴于此，大连化物所李灿院士和Jingying Shi团队和华南理工大学Shijun Liao团队合作报道了一种不含金属的窄带隙聚合物半导体聚噻吩用作光电极在碱性条件下制造过氧化氢。

作者发现氧还原反应的选择性与电解液的pH值有关，在pH值等于13时，对过氧化氢的选择性达到100%。使用催化剂可以制造创纪录浓度的过氧化氢，达到110 mmol L^-1，比报道过的催化剂高两个数量级。此外，由 NiFeO_x / BiVO₄–聚噻吩构成的双光电极光电化学装置可在数个循环内高效的合成浓度为90 mmol L^-1的过氧化氢，而不会出现任何明显的衰减。理论计算结果表明，这种极高的选择性可以归因于聚噻吩的固有电化学性质。

Fan W, Zhang B, Wang X,et al. Efficient hydrogen peroxide synthesis by metal-free polyterthiophene viaphotoelectrocatalytic dioxygen reduction[J]. Energy & EnvironmentalScience, 2020.

DOI: 10.1039/C9EE02247C

https://pubs.rsc.org/en/content/articlehtml/2020/ee/c9ee02247c

24. EES: 快速高效的微波热解法高产率的合成具有高活性的双功能水分解电催化剂

金属有机框架（MOFs）衍生的具有可调纳米结构的功能材料在能源存储/转化和催化领域表现出极大的应用潜力。但是，如何高产率的控制合成具有特定组成和微纳结构的MOFs衍生物仍是一个挑战。鉴于此，大连理工大学邱介山教授团队与美国凯斯西储大学戴黎明教授团队合作通过自制的微反应器合成了负载氧化钴纳米颗粒的碳纤维材料（Co-NC/CF）。此微反应器是由在微波场下随机分布的石墨烯粉末组成的。

这种新颖的合成方法不仅可以大大的提高MOF衍生的氧化钴纳米颗粒的产率，还可以显著的降低热解时间和能耗。此方法的能耗仅为传统热解方法的0.37%。实验和理论计算结果表明，由于电子从钴到表面碳层的高效转移，对反应中间体具有最佳表面结合能力的Co-NC/CF对OER和HER均具有高效的催化活性。此微波热解技术具有超短的合成周期，高的产品收率和优异的能量效。此外，还适用于合成其他MOF衍生的功能性材料。

Huang H, Zhou S, Yu C,et al. Rapid and Energy-Efficient Microwave Pyrolysis for High-Yield Productionof Highly-Active Bifunctional Electrocatalysts for Water Splitting[J]. Energy& Environmental Science, 2020.

DOI: 10.1039/C9EE03273H

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee03273h

25. AFM：通过构建氧化铈/氢氧界面，优化电子/氧途径，实现高活性氧发生反应

 由于其独特的电子性能，稀土调制的贵金属电催化剂成为水分解和金属空气电池等一系列可再生能源解决方案的关键策略。除了典型的掺杂策略存在合成困难和浓度限制外，创新地引入稀土也是非常必要的。在此，南开大学&北京大学&兰州大学的Chun-Hua Yan等研究者们提出了一种新颖的合成策略，通过引入CeO₂支持氢氧化镍铁铬(NFC)来提高氧气释放反应(OER)性能，达到一种超低过电压，在230.8 mV下达到10 mA cm^-2，塔菲尔斜率达到32.7 mV dec^-1，以及在碱性溶液中有出色的耐久性。

密度泛函理论计算证明，通过NFC与CeO₂的相互作用，所建立的d-f电子阶梯明显地促进了电子的高速转移。同时，CeO₂的稳定价态保持了OER的高电子反应活性。这项工作证明了这是一种很有前途的方法，在制造一种稀有的OER电催化剂时，可以促进稀土氧化物的生成，从而达到优异的活性和高稳定性。

Jiale Xia，Hongyang Zhao，Bolong Huang，Lingling Xu，Meng Luo，Jianwei Wang，Feng Luo，Yaping Du, Chun‐Hua Yan. EfficientOptimization of Electron/Oxygen Pathway by Constructing Ceria/HydroxideInterface for Highly Active Oxygen Evolution Reaction. Advanced FunctionalMaterials.

DOI: 10.1002/adfm.201908367

https://doi.org/10.1002/adfm.201908367

26. Nano Energy: 石墨烯负载高含量单原子Cu催化剂高效ORR

在石墨烯上搭载单原子催化剂在众多领域，如能源存储与转化、催化和纳米电子学，表现出巨大的应用潜力。但是，合成具有高单原子负载量的石墨烯材料仍然是一个挑战。这主要是由于前驱体较差的热稳定性和单原子金属高的表面能在传统热解过程中导致金属的聚集和生长。

鉴于此，哈尔滨工业大学的Chunyu Du团队和加拿大西安大略大学Xueliang Sun团队合作限域自引发分散的策略合成了具有高含量铜单原子（质量分数高达5.4%）搭载的石墨烯材料。与传统的使用固态金属盐作为前驱体的方法相比，此方法创造性的使用高活性的气态含铜中间体将单原子铜引入到石墨烯基体中，从而形成了丰富且分散良好的单原子铜。由于高度分散和高含量的单原子铜，所得的石墨烯催化剂在氧还原反应中表现出优异的催化性能，优于商业化的Pt/C.

Han G, Zheng Y, Zhang X,et al. High loading single-atom Cu dispersed on graphene for efficient oxygenreduction reaction[J]. Nano Energy, 2019, 66: 104088

DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104088

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519307955

27. Nano Energy: 设计合成具有固溶体界面的孪生结结构用作光催化产氢

设计合成异质结以构建内建电场是提高半导体光催化剂电荷分离和转移的有效方法。问题在于。异质结之间的界面通常会造成电荷复合。鉴于此，南京工业大学Jiahui Kou 和Chunhua Lu团队与澳大利亚昆士兰大学Lianzhou Wang团队等人根据固溶度极限的原则原位合成了具有孪结结构的光催化剂。

所得材料具有Mn_xCd_1-xS固溶体界面，富镉硫化物和富锰硫化物之间的适当的能带结构和梯度固溶体界面造成了内置梯度电场形成，有效的电荷分离和转移提供了便利的通道。因此，所得的孪结材料表现在不加助催化剂的情况下表现出优异的光催化产氢性能，在可见光区域的产氢量和外量子效率分别高达82.4 μmol h^-1和10%，比初始的CdS高48倍。这种孪结光催化剂的设计可以为新型光催化剂的合理构建提供参考，以实现高效的太阳能转化。

Huang H, Wang Z, Luo B,et al. Design of Twin Junction with Solid Solution Interface for EfficientPhotocatalytic H₂Production[J]. Nano Energy, 2019: 104410.

DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104410

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519311255?via%3Dihub

28. Nano Energy : 碳包覆铂头NbO_x尾纳米结构作为高活性和稳定性的ORR催化剂

建设可持续的清洁能源体系是当今人类面临的最严峻挑战之一。聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)是一项清洁能源技术。高活性的铂基催化剂是PEMFC的阴极氧还原反应（ORR）最合适的选择，但催化剂的耐久性较差，特别是在启动/停止驱动条件下，这阻碍了其大规模应用。碳材料具有良好的导电性和较高的比表面积，是电催化中常用的金属纳米颗粒的载体。然而，由于碳与金属间的弱相互作用，在燃料电池运行过程中，铂基金属纳米颗粒会发生团聚和烧结。此外，碳在高电位易发生腐蚀，导致Pt表面积的加速损失和催化剂层中的传质恶化。人们研究了以金属氧化物(如SnO₂、TiO₂、NbO₂)、碳化物(如TiC、WC)和氮化物(如TiN、NbN)来代替碳材料作为载体的耐腐蚀材料。然而，此类Pt催化剂通常活性较低，这主要是由于其导电性较低。

近日，滑铁卢大学陈忠伟教授和布鲁克海文国家实验室的Jia.X Wang等人合作提出了一种新的方法，可以在高温下钉牢低氧化态NbO_x纳米颗粒，而不使用碳上的表面孔过度生长，然后选择性地将Pt头部沉积在由其自身之间的氧化还原衍生的NbO_x的顶部。这种Pt-NbO_xC新结构的催化剂，在0.6-1.0 V的50000次循环和1-1.5 V的5000次循环之后，其质量比活性依然大于0.5 A mg^-1，分别是Pt/C催化剂的7倍和4倍(0.07和0.13 A mg^-1)。高持续性ORR活性归因于使Pt原子的高利用率以及强金属载体相互作用，这些因素协同作用减少了催化剂纳米颗粒的团聚，碳载体的腐蚀和金属氧化。该工作提出的将纳米颗粒嵌入到碳孔结构中的策略为设计高活性和高稳定性的电催化剂提供了一种新的思路。

Zhong Ma; Shuang Li;Lijun Wu; Liang Song; Gaopeng Jiang; Zhixiu Liang; Dong Su; Yimei Zhu; RadoslavR. Adzic; Jia X. Wang; Zhongwei Chen. NbO_x nano-nail with a Pt headembedded in carbon as a highly active and durable oxygen reduction catalyst.Nano Energy, 2020.

DOI:10.1016/j.nanoen.2020.104455

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104455

29. ACS Catal.: 热诱导的核壳结构重组提高低温催化活性

催化剂在高温老化后通常会烧结并失去活性，在高温下保持较高的催化活性仍然是汽车排放控制等应用的一个关键挑战。近日，密歇根大学的Andrej Lenert和Johannes W. Schwank等人合作，处于核@壳结构中的钯的催化反应表现出完全不同的性质。钯在氧气中和800℃下老化后，重新分散到包覆壳结构中。当钯被可还原性的二氧化铈包覆时，与不可还原性二氧化硅相比，再分散性更优异，而且分散更加均匀完全。这种差异可能是由于晶格氧的可用性。

通过与表面镀有钯的多晶氧化铈纳米粒子的比较，研究发现，在简单的老化条件下，要进行有利的结构重组，必须从一个特定的初始结构开始，即core@shell核壳结构。此外，钯在二氧化铈中的再分散伴随着氧化态的改变和配位的改变而改变，这也抑制了二氧化铈晶体在壳结构内的生长，从而产生了更接近二氧化铈壳载体还原性的位点。这些效应一起导致了T₉₀(一氧化碳90%转化所需温度)降低。研究结果表明，在可控条件下，热诱导的核壳结构重组为提高低温催化活性提供了一种新的策略。

Alexander J. Hill; ChangYup Seo; Xiaoyin Chen; Adarsh Bhat; Galen B. Fisher; Andrej Lenert; Johannes W.Schwank. Thermally Induced Restructuring of Pd@CeO₂ and Pd@SiO₂Nanoparticles as a Strategy for Enhancing Low-Temperature Catalytic Activity.ACS Catalysis, 2020.

DOI:10.1021/acscatal.9b05224

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b05224

30. ACS Catalysis: 介孔核壳纳米结构桥接金属与生物催化剂用于高效级联反应

化学催化和生物催化通常被认为是两个互补的领域，各有其独特的优点和局限性。一锅法中化学催化剂和生物催化剂的结合，对级联反应具有协同催化能力，这是单独使用化学催化剂和生物催化剂都无法实现的，不仅可以减少纯化步骤，还可以抑制副反应，提高整体合成效率金属纳米颗粒(MNPs)作为化学催化剂的典型代表，已成为环化、还原、C-C偶联、加氢、外消旋等各种化学反应的一类重要非均相催化剂。然而，由于金属与酶的不相容和相互失活，金属与酶的整合还处于起步阶段。在高效的金属/酶一锅级联反应过程中，金属催化剂不仅要表现出较高的稳定性和催化活性，还要与酶相容，这是一个较大的挑战。

鉴于此，近日，河北工业大学姜艳军教授、高静教授和Yunting Liu等人合作设计了具有PdPt双金属芯和酶固定聚多巴胺(PDA)壳层的介孔核-壳结构纳米催化剂，PDA壳层作为屏障将双金属芯和酶分别置于不同的位置。核和壳的介孔结构显著促进了传质和催化剂的利用，提高了级联反应的协同催化能力。获得的双功能纳米催化剂可以用于不同类型的有效两步一锅级联反应：在有机溶剂中一级胺的动态动力学溶解具有较高的产量和对映选择性（产率高达99%，对映选择性高达98%），有机磷神经剂在水溶液中的降解具有很高的速率常数和TOF值（分别为0.8 min^–1和20 min^–1）。

Shiqi Gao; Zihan Wang;Li Ma; Yunting Liu; Jing Gao; Yanjun Jiang. Mesoporous Core–Shell Nanostructures Bridging Metal and Biocatalyst for HighlyEfficient Cascade Reactions. ACS Catalysis, 2020.

DOI:10.1021/acscatal.9b04877

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04877

31. ACS Catalysis: 三维石墨烯平面外边缘位点工程用于高选择性的电催化两电子氧还原

选择性的两电子氧还原是一种非常有前途的生产过氧化氢（H₂O₂）的方法。富缺陷的sp2杂化碳材料是一种高效和廉价的催化光氧化氢生成的电催化剂。然而，由于在碳材料材料合成过程中可能会产生多种可能的缺陷结构，因此准确的构建和确认催化反应中的活性位点仍然是一个挑战。鉴于此，美国卡耐基梅隆大学的TzahiCohen-Karni和VenkatasubramanianViswanathan团队联合报道了一种基于石墨烯边缘位点的两电子氧还原电催化剂-纳米线模板合成的三维石墨烯。

当用于氧还原催化剂时，三维石墨烯表现出显著的效率（起始电位：0.79 ± 0.01 V），高选择性（对过氧化氢选择性94 ± 2 %），且ORR活性与石墨烯边缘位点密度成正比例关系。使用光谱表面表征和密度泛函理论计算，我们发现在碱性ORR条件下，边缘位点很容易被羰基（C = O）和羟基（C–OH）官能化。理论计算表明，扶手椅和锯齿形边缘活性位点的功能化配置可实现局部配位环境的改变，从而实现高选择性的双电子ORR。

Roman D S, KrishnamurthyD, Garg R, et al. Engineering Three-Dimensional (3D) Out-of-Plane Graphene EdgeSites for Highly-Selective Two-Electron Oxygen Reduction Electrocatalysis[J].ACS Catalysis 2019.

DOI:10.1021/acscatal.9b03919

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b03919

32. ACS Catal.: 多相铜基催化剂在CO₂还原反应（CO₂RR）制备多碳产品过程中的机理认识

CO₂作为碳能源循环资源化利用途径中的重要一环，但迄今为止，多碳化合物的高效转化控制仍面临着巨大的挑战，其中尤以乙烯和乙醇两大C₂产品为重点。为了加深对铜基CO₂非均相还原机理的认识，人们进行了大量的计算研究。近日，Tanya K. Todorova和Marc Fontecave团队通过对比评价一系列C-C耦合制备乙烯或乙醇方案，提出在硅基化过程中，催化剂结构和组成（铜界面、缺陷位置和/或亚表面氧原子的，或与多金属的相互作用）和反应条件（pH、外加电位和电解质）等参数的合理化对产品选择性控制的思路。

该工作提供了一个综合性的方案，并着重讨论了尚在讨论及需要进一步研究的问题：电化学CO₂还原反应的理论研究旨在解释几个关键理论：第一，Cu（100）面对C₂产物具有独特选择性，特别是乙烯，而甲烷优先在Cu（111）面上形成；其次，在Cu（100）面上，CO₂的还原遵循两种不同的途径，这取决于施加的过电位：乙烯只在低过电位时产生，而在较大过电位时乙烯和甲烷同时生成；第三，在Cu（100）面上，CO生成甲烷对SHE标度有很强的pH依赖性，而C₂途径的速率决定步骤在绝对电位标度上与pH无关。

Tanya K. Todorova,Moritz W. Schreiber, Marc Fontecave. Mechanistic Understanding of CO₂Reduction Reaction (CO₂RR) Towards Multicarbon Products byHeterogeneous Copper-Based Catalysts. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b04746

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b04746

33. ACS Catal.: 过渡金属硫化物高效电催化析氧过程中异相活性物质的原位X射线吸收光谱和电化学性能研究

电催化全水解是目前解决能源和环境问题的有效途径之一。但目前工业化的电解槽装置主要以铂族金属为主，普遍存在材料成本和催化剂能耗高的问题。近年来，人们意识到四电子途径的析氧反应（OER）是电催化全水解的限速步骤。因此，人们迫切需要开发出具备高效OER性能的贱金属电催化剂。因此，深入了解电催化剂的活性物种在析氧反应中的转变途径，对于设计高效的电催化全水解催化剂具有重要的指导意义。

近日，西安交通大学的沈少华教授团队采用溶剂热法，以金属有机骨架（MOF）为前驱体，成功地合成了一种FeS_x修饰的硫化钴（CoS_x）纳米材料。通过原位拉曼光谱和原位X射线吸收光谱可知，由于钴平均价态的增加，异相FeS_x促进CoS_x中电催化活性物质的转变，故所制备的CoS_x/FeS_x电催化剂表现出了更高的OER活性：在1 M KOH溶液中，10mA/cm²的电流密度下，其过电位为304 mV。在OER中，催化剂表面上更容易形成钴的活性氢氧化物，从而有助于提高性能。从电子结构-电催化活性关系的角度，对电催化活性物种转化过程的实时光谱和电化学研究可指导高效电催化剂的合理设计。

Miao Wang, Chungli Dong,Yucheng Huang, Shaohua Shen. An Operando Spectral and ElectrochemicalInvestigation into the Heterophase Stimulated Active Species Transformation inTransition-metal Sulfide for Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution. ACS Catalysis,2020.

DOI: 10.1021/acscatal.9b05170

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b05170

34. Chem. Sci.: 合理设计合成具有互穿骨架的三维共价有机框架用作不对称光催化

共价有机框架（COFs）在异相催化领域具有广阔的应用前景，但到目前为止关于COFs在不对称光催化领域的探索还很少，这对于药物和精细化学品的可持续生产非常重要。鉴于此，上海交通大学Yong Cui教授团队以矩形和三角形构件的亚胺缩合合成了具有（3,4）连接的ffc拓扑结构的双重互穿的3DCOFs用作催化不对称光催化。

所得的COFs均含有具有光氧化还原活性的三苯胺部分，当与有机催化剂手性咪唑啉酮结合在一起时，可以用于催化醛的交叉脱氢偶联反应和不对称α-烷基化。在可见光照射下，目标手性产物的具有高的产率，ee值可以达到94%，与报道的使用分子金属络合物或有机染料作为光催化剂的反应相当。尽管COFs在催化后变成无定形结构，但通过溶剂辅助的方式重结晶后，可以在不损失性能的情况下重复使用。这是COFs首次应用于光催化领域催化对映选择性光化学反应的报告。

Kang X, Wu X, Han X, etal. Rational Synthesis of Interpenetrated 3D Covalent Organic Frameworks forAsymmetric Photocatalysis[J]. Chemical Science, 2020.

DOI: 10.1039/c9sc04882k

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/c9sc04882k

35. Chem. Sci.: 二氧化硅负载尺寸均一的亚纳米Pt-Zn纳米颗粒高效催化丙烷脱氢

由于对丙烯需求的不断增加增加和丰富的页岩气资源，发展高产率、高选择性和稳定的丙烷脱氢催化剂制丙烯是非常具有战略意义的。鉴于此，来自瑞士的Christophe Coperet团队发展了一种表面金属有机化学和热解分子前驱体相结合的方法，在二氧化硅载体上负载分布均一的Pt-Zn合金纳米颗粒。

该方法首先在二氧化硅表面的羟基基团上接枝Pt前驱体，然后将所得材料含Zn材料中进行氢气还原处理。所得的Pt-Zn合金纳米颗粒中的Zn与Pt的摩尔比为3:2，除此之外，还有20%到40%的Zn以单位点的形式分布在二氧化硅的表面。所得催化材料在高的WHSV下（75 h^-1）催化丙烷脱氢时，表现出高产率（703 g_C3H6g_Pt^-1 h^-1to 375 g_C3H6 g_Pt^-1h^-1）和低失活率。

Coperet C, Rochlitz L S,Searles K, et al. Silica-Supported, Narrowly Distributed, Subnanometric PtZnParticles from Single Sites with High Propane-Dehydrogenation Performance[J].Chemical Science, 2020.

DOI: 10.1039/c9sc05599a

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/c9sc05599a#!divAbstract

36. Acc. Chem. Res.:CO₂还原: 均相到多相电催化

由于全球化石燃料消耗的增加，大气中的二氧化碳水平也随之增加，对环境的影响也越来越严重。包括风能和太阳能在内的可再生和清洁能源方兴未艾，但它们是间歇性的，需要高效和可扩展的能源存储技术。电化学CO₂还原反应(CO₂RR)为这一领域的研究提供了一条有效的途径。它可以将太阳能或风能发电与碳基燃料的化学键中的能量储存相结合。由于CO₂在动力学上是惰性的，因此需要使用高活性催化剂来充分降低反应能垒，从而使反应速率达到足以进行电化学CO₂还原的程度。考虑到多个电子-质子将CO₂还原成CO、甲醛(HC(O)H)、甲酸或甲酸(HC(O)OH、HC(O)O -)或更低浓度的碳的反应能垒，对催化的高选择性也有需求。已开发的催化剂包括溶液中的均相催化剂、表面固定催化剂和多相催化剂。在均相催化反应中，催化剂扩散到电极上，发生多质子耦合电子转移还原反应。在长期的CO₂还原循环中，固定的均相催化剂会出现性能损失甚至分解。与此同时，随着能够提供高活性催化表面积的简易合成方法的不断发展，多相纳米催化剂也得到了广泛的研究。它们的高活性和稳定性提高了大规模应用的可能性。然而，目前有关多相催化机制的阐明和活性位点的识别仍然较为欠缺。

近日，天津大学化工学院张生教授和北卡罗莱纳大学查佩尔山分校的Thomas J. Meyer等人合作综述了近年来过渡金属络合物催化剂在CO₂电还原反应中的研究成果。早期研究表明，钌、Ir、Rh、Os等过渡金属配合物具有明确的结构，均能催化CO₂还原成CO或甲酸盐。配合物的衍生物通过化学键、非共价键或聚合作用附着在导电电极上。通过化学控制沉积纳米催化剂如纳米锡、纳米铜、纳米碳等，表面结合的概念也被扩展到制备表面电极，这些催化剂都被证明对CO₂的还原具有较高的选择性和活性。最后，他们还展望了电催化在二氧化碳减排中的应用前景。

Sheng Zhang; Qun Fan;Rong Xia; Thomas J. Meyer. CO₂ Reduction: From Homogeneous toHeterogeneous Electrocatalysis, Acc. Chem. Res., 2020.

DOI:10.1021/acs.accounts.9b00496

https://doi.org/10.1021/acs.accounts.9b00496

37. Green chemistry：无定形硫化钼纳米催化剂实现重油高效转化及2D MoS₂/C复合材料协同制备

随着化石能源的不断消耗，目前，对于劣质原油/渣油的加工利用受到越来越多的关注。其中，基于分散型催化剂的悬浮床加氢技术可以实现劣质重油（包括重质原油、炼化渣油、沥青、页岩油、煤焦油等）向清洁轻质油品的高效转化。常用的分散型催化剂包括固体粉末催化剂、水溶性催化剂、油溶性催化剂、超分散纳米催化剂等，分散型催化剂以微米/纳米尺度分散在催化反应体系中，起到催化加氢作用的同时，也作为焦炭沉积的载体。分散型催化剂的用量一般为100~300ppm，一次通过反应器后不需回收。但对于炼油工业来讲，富集了大量分散型催化剂颗粒的尾油和固体产物难以处理，既造成了资源浪费和环境污染，又增加了生产成本。

近日，青岛大学杜辉团队与中国石油大学（华东）刘东教授、北京理工大学张加涛教授合作，采用微乳液法制备了无定形硫化钼纳米催化剂用于重油悬浮床加氢反应，在高温高压的加氢反应过程中，无定形硫化钼纳米催化剂分解为长度小于20nm的单片层MoS₂均匀分散在反应体系中，展现出优异的催化加氢活性和抑焦性能，实现了重油原料向轻质油品的高效转化。采用实验研究和理论计算两种方法，通过对比不同表面性质和晶体结构的硫化钼纳米催化剂，发现具有稠环结构和杂原子的重油大分子与二硫化钼片层之间具有较强的相互作用，从而抑制了硫化钼催化剂晶相转变过程中片层结构的规则堆垛，使催化剂以单片层MoS₂的形态展现出优异的催化性能，并协同制备得到具有高附加值和广泛应用前景的2D MoS₂/C复合材料，解决了催化剂在固体产物中的处理难题。这一研究不仅为重油转化提供了高效催化剂，也为单片层MoS₂复合材料的制备提供了借鉴。

YajingDuan, YanglinLiu, ZhaojunChen,DongLiu, EnqiangYu, XiaodongZhang, Hui Fu,JinzheFu, JiataoZhang and Hui Du.Amorphous molybdenum sulfide nanocatalysts simultaneously realizing efficientupgrading of residue and synergistic synthesis of 2D MoS₂nanosheets/carbon hierarchical structures. Green Chemistry. 2020

DOI: 10.1039/C9GC02855B

https://doi.org/10.1039/C9GC02855B

38. Small综述：基于尿素氧化反应设计先进的能量转化催化剂

尿素氧化反应（UOR）是决定现代尿素基能量转换技术性能的基础反应。这些技术包括用于制氢的电催化和光电化学尿素裂解以及直接作为动力发动机的尿素燃料电池。作为目前的水分解和氢燃料电池系统的替代品，它们具有良好的操作条件和成本效益，显示出巨大的潜力。目前，UOR的性能主要受到六电子转移过程的限制。在这种情况下，最近报道了各种材料的设计和合成策略，以生产高效的UOR催化剂。

通过改变催化剂的结构和化学性质，包括孔隙率的形成、异质结构构造、缺陷工程、表面功能化和电子结构调制等）可以优化了催化剂的性能。针对这一领域的研究进展，北京航空航天大学朱秉钧、北京大学邹如强等人综述了尿素电解、光电化学尿素裂解和直接尿素燃料电池用的UOR催化剂的设计与合成。作者特别关注那些专门针对尿素分子特性的设计概念，并对尿素基能源转化技术及相应催化剂的发展面临的挑战和前景进行了展望。

Bingjun Zhu, ZibinLiang, Ruqiang Zou. Designing Advanced Catalysts for Energy Conversion Based onUrea Oxidation Reaction. Small. 2020

DOI: 10.1002/smll.201906133

https://doi.org/10.1002/smll.201906133

39. JMCA：三金属FeCoNi硼氧化物复合聚吡咯/rGO协同增强电解析氧

基于Fe，Co和Ni的多金属电催化剂通常表现出较强的对氧析出反应（OER）的电催化活性。然而，尚不清楚三金属电催化剂中每种金属对OER活性的贡献及其协同作用。近日，辽宁大学宋溪明等人为了揭示Fe，Co和Ni三金属对于OER在基于电催化剂中的特殊作用贡献大小并进一步提高其OER活性，合成一系列包含Fe，Co和Ni的单，二元和三元金属硼化物氧化物的电催化剂，并通过一步还原合成了具有不同组合的聚吡咯/还原氧化石墨烯（PPy/rGO）上的复合纳米片。

发现不管将哪两种金属结合在一起，双金属电催化剂的OER活性通常都高于单金属电催化剂的OER活性。同样，三金属FeCoNiBO_x/PPy/rGO纳米复合材料由于各组分的协同作用而表现出最佳的OER活性，其中Fe可通过降低Tafel斜率显着加速OER动力学，而Co可有效降低过电势，而Ni可以同时进一步和显着提高了Fe和Co对OER的电催化性能。另外，PPy/rGO不仅为FeCoNiBO_x的固定提供了大的比表面积，而且由于其良好的导电性而有效地提高了所获得的电催化剂的OER活性。这项工作可以为在进一步实际应用中具有引人注目的电化学水分解性能的多组分材料的设计和合成提供一些新的见解。

Hui Mao, Xi Guo, YuanlinFu, Haoran Yang, Yu Zhang, Rui Zhang and Xi-Ming Song. Enhanced electrolyticoxygen evolution by the synergistic effects of trimetallic FeCoNi boride oxidesimmobilized on polypyrrole/reduced graphene oxide. J. Mater. Chem. A, 2020

DOI: 10.1039/C9TA10756H

https://doi.org/10.1039/C9TA10756H

40. Journal ofCatalysis: 表面结构对双金属PdZn纳米粒子ORR催化性能的影响

清洁、高效、可持续能源存储与转换装置势必在未来能源架构中占据重要地位。其中燃料电池、金属 - 空气电池等以其操作简单、高效环保等诸多优点在可移动电源领域备受关注。但目前该类电池商业化应用仍然面临不少问题，比较突出的是电池阴极的氧气还原反应(0RR)动力学反应速率缓慢，极化过电位大造成了电池输出功率和效率的大幅降低。寻求高效、稳定且廉价的阴极催化剂是电池走向商业化应用的关键所在。尽管近年来在制备用于燃料电池的高效、耐用的氧还原反应电催化剂方面取得了一些进展，但在原子水平上电催化性能与催化剂表面结构之间的关系仍然缺乏认识。

近日，华南理工大学的陈少伟教授和唐正华副教授等人在碱性介质中制备了三种PdZn双金属复合材料，分别为PdZn-无序、PdZn-有序和Pd@Zn-核壳(Pd:Zn = 1:1)，研究其ORR催化性能与其表面结构效应之间的关系。研究发现，PdZn-无序和PdZn-有序分别具有非晶化的PdZn和有序的PdZn合金结构，而Pd@Zn-核壳具有Pd核有序和Zn壳无序结构。在电化学ORR测试中，Pd@Zn-核壳在这三种催化剂中表现出了最优异的电催化活性和稳定性，而且性能优于Pd/C和Pt/C催化剂。电催化性能的排序符合Pd@Zn-核壳 > PdZn-有序》PdZn-无序，这归因于催化剂表面结构的不同。

Hongyu Yang; Kai Wang;Zhenghua Tang; Zhen Liu; Shaowei Chen. Bimetallic PdZn nanoparticles for oxygenreduction reaction in alkaline medium: The effects of surface structure.Journal of Catalysis, 2020.

DOI:10.1016/j.jcat.2019.12.018

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.12.018

41. Nano today：通过控制反应环境来设计双金属催化剂和电催化剂

双金属纳米催化剂通常表现出比单金属更强的性能，这与两种金属元素的表面和浅层原子特定排列形式直接相关。因此，重要的是不仅要控制整个表面，而且关键地是还要尽可能的控制浅层的成分和结构。尽管已经开发出许多方法来制备具有预期总组分的双金属纳米结构，但是以高度精确度控制表面结构仍然是一个挑战。随着诸如环境透射电子显微镜（ETEM）等原位工具的最新发展，可以定量研究可变温度和反应性气氛下的动态结构，为改进催化特定表面结构的精确设计奠定了基础。

近日，美国伊利诺伊大学香槟分校Hong Yang等人概述了控制双金属重组动态过程的因素。首先讨论了在气体环境下成形双金属纳米粒子的表面能，然后研究合金纳米粒子向金属间化合物的转变以及金属间表面制备等几个方面。然后介绍了扩散控制的重组过程，包括最近的主要进展，如从Kirkendall过程控制表面成分和形成中空结构的过程。最后，还精选了几种双金属纳米催化剂，重点介绍了它们在电化学和非均相反应中的特殊应用，特别是那些对结构敏感的催化剂，例如金属间化合物，核壳纳米颗粒和纳米框架。就这一点而言，原位ETEM通常可用于进一步加深对反应条件下动态结构的理解，文中介绍了该技术在研究双金属催化剂中的应用，为改进催化特定表面结构的精确设计奠定了基础。

Yung-TinPan, HongYang,Design of bimetallic catalysts and electrocatalysts through the control ofreactive environments, Nanotoday 2020

DOI:10.1016/j.nantod.2019.100832

https://doi.org/10.1016/j.nantod.2019.100832

42. Nanoscale：界面修饰的氮掺杂碳/NiS₂纳米片，用于高效电催化水分解

氢作为一种清洁，可储存和可持续的燃料，作为未来替代传统化石燃料的替代品之一，已引起人们的广泛关注。而且，在常见介质中进行电催化分解水制氢被认为是一种可扩展的有效且环保的方法。近年来，人们已经投入了巨大的努力来设计基于低成本的过渡金属及其化合物的作为高效氢催化反应（HER）和析氧反应（OER）的双功能催化剂。对于氢气和氧气的生产，需要一种简便而有效的方法来制备具有增强的活性和稳定性的双功能电催化剂。近日，青岛科技大学宋彩霞等人使用离子液体状（ILL）镍-尿素(Ni-U)，通过一步原位热解合成策略制备了二维氮掺杂的碳/NiS₂（N-C/NiS₂）纳米杂化物。

ILL Ni-U的流动性有利于2D N-C/NiS₂纳米杂化物的界面耦合。由于NiS₂和氮掺杂碳具有高电导率的协同作用，在碱性介质中2D N-C/NiS₂纳米杂化物的H₂O分解性能显着增强。相应的两电极电池只需1.53 V即可进行10 mA·cm^-2的水分解。此外，所得的2D N-C/NiS₂纳米杂化物表现出持久的电化学耐力，并保持其稳定性超过48小时。合成策略不仅为构建2D杂化电催化剂提供了一种简单且可扩展的途径，而且还为通过表面/界面工程策略改善硫化物的HER/OER活性铺平了道路。

Deliang Zhang, HongyuMou, Lei Chen, Gao Xing, Debao Wang and Caixia Song. Surface/interfaceengineering N-doped carbon/NiS2 nanosheets for efficiently electrocatalytic H2Osplitting. Nanoscale, 2020

DOI: 10.1039/C9NR10173J

https://doi.org/10.1039/C9NR10173J

43. Nanoscale: 用于高效电催化的Pd-pm(pm=Ga, In, Sn, Pb, Bi)合金纳米片的通用合成策略

直接甲醇燃料电池(DMFC)是一种比能量高、环境友好、启动迅速的便携式移动电源，是21世纪最为重要的新能源技术之一。目前，甲醇燃料电池中使用的催化剂，综合性能最好的主要是Pt基贵金属，但由于Pt的昂贵、稀缺和阴极不耐甲醇中毒等问题，使得其商业化进展缓慢。超薄双金属纳米薄片由于具有组成和结构的协同优势，被广泛认为是醇电氧化反应的高性能催化剂。尽管研究人员已经付出了巨大的努力，但大规模制备理想的超薄双金属纳米片催化剂(NSAs)仍然是一个艰巨的挑战。

近日，苏州大学的杜玉扣教授等人合作提出了一种通用的合成方法来制备一系列可精确调控的Pd-pm (pm=Ga, In, Sn, Pb, Bi)合金NSAs。由于具有独特的三维花状纳米结构和合金化结晶特性，自支撑的Pd-pm超薄双金属纳米片对甲醇氧化反应(MOR)和甘油氧化反应(GOR)具有良好的电催化性能。考虑到双金属Pd-pm NSAs的合成策略具有环保高效、易操作、通用性强和电催化性能优异等优势，该方法可以广泛用于构建更高效的纳米催化剂，实现高效的电催化应用。

Hongyuan Shang, Hui Xu,Cheng Wang, Liujun Jin, Chunyan Chen, Guangyao Zhou, Yuan Wang and Yukou Du.General Synthesis of Pd-pm (pm=Ga, In, Sn, Pb, Bi) Alloy Nanosheet Assembliesfor Advanced Electrocatalysis. Nanoscale, 2020.

DOI: 10.1039/C9NR10084A

http://doi.org/10.1039/C9NR10084A

44. 木士春Nanoscale：磷触发的相变和硫化钴中氧空位迁移的协同助力电解析氧

电化学水分解包括阳极上的析氧反应（OER）和阴极上的析氢反应（HER），为清洁和可再生能源的转化和存储提供了一种有希望且对环境友好的途径。目前，用于HER的最主要的电催化剂是贵金属Pt基材料，以及用于OER的Ru和Ir基材料。由于贵金属电催化剂的高成本，稀缺性和较差的稳定性，迫切需要探索低成本，高效，稳定的电催化剂作为替代品。整体水分解的电催化系统中引入表面缺陷和相控制工程在显着提高水分解中的氢分解反应（HER）和氧释放氧（OER）的电催化活性方面起着至关重要的作用，但是结构和电催化之间的关系仍然难以捉摸。

近日，武汉理工大学木士春等人报告了一种同时在钴硫族元素化物上诱导表面重组（硫族化物空位丰富的硫属化物层的形成）和相变（Co₉S₈-Co₃S₄）固液方法，。在0.1 M KOH溶液中，具有均一的二维形态和原位形成的硫（S）空位，在10mA cm^-2，43.4 mV dec^-1低Tafel斜率下表现出288 mV的低过电位和强循环稳定性（35小时），优于商用RuO₂和大多数报道的OER电催化剂。另外，还研究了Co-S-P电极在1.0 M KOH溶液中的OER活性。Co_0.37S_0.38P_0.02 NSs仅需要257 mV即可达到10 mA cm^-2的电流密度。同时，Co_0.37S_0.38P_0.02 NSs的Tafel斜率（44.0 mV dec^-1）低于最近报道的其他电催化剂。此外，它在碱性和酸性溶液中均显示出较高的HER电催化活性。最后，Co_0.37S_0.38P_0.02电极同时用作阴极和阳极以进行水电解，在10mA cm^-2只需要1.59 V的电压，并具有出色的稳定性（40小时）。

Suli Liu, Chenjing Che,Haiyan Jing, Jun Zhao, Xueqin Mu, Sudi Zhang, Changyun Chen and Shichun Mu.Phosphorus-triggered synergy of phase transformation and chalcogenide vacancymigration in cobalt sulfide for efficient oxygen evolution reaction. Nanoscale, 2020

DOI: 10.1039/C9NR09203J

https://doi.org/10.1039/C9NR09203J

45. Materials Today：高效纳米结构金属修饰的杂化半导体，用于CO₂的太阳能转换，具有超高的CO选择性

人工光合作用已发展成为未来的能源。将二氧化碳光催化还原为太阳能燃料被认为是解决全球变暖和能源危机问题的一种有前途的方法。尽管异质杂化金属氧化物催化剂已用于减少CO₂，但对CO生产的选择性控制仍是争论的主题。因此，为了利用足够的太阳能来驱动CO₂还原反应（RR），迫切需要开发基于阳光的光诱导催化材料。在开发的各种光催化剂体系中，直接的Z方案体系不仅具有提高光诱导电荷分离效率的优点，而且还由于存在两个不同的氧化还原位点而使逆向反应最小化。

韩国成均馆大学的Hyoyoung Lee团队报道了使用纯银修饰的还原型二氧化钛/钨杂化纳米粒子（蓝色TiO₂/WO₃-AgHNPs）在1166.72 μmol g^-1 h^-1时对CO具有绝对的选择性，且具有增强的光催化能力，表观量子产率为34.8％。在蓝色TiO₂和WO₃结构域之间构建一个具有良好能带取向的Z结构体系，可以显著改善光诱导电荷的分离。重要的是，新型Ag的存在不仅会对CO产生最高的选择性（最高100％的CO），而且还会提高光催化电子反应速率（2333.44 μmol g^-1 h^-1）。

Chau T. K. Nguyen, NgocQuang Tran, Sohyeon Seo, Heemin Hwang, Simgeon Oh, Jianmin Yu, Jinsun Lee, ThiAnh Le, Joseph Hwang, Meeree Kim, Hyoyoung Lee. Highly efficient nanostructuredmetal-decorated hybrid semiconductors for solar conversion of CO₂ with almost complete CO selectivity. Materials Today 2020.

DOI:10.1016/j.mattod.2019.11.005

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702119308685

46. Chem. Commun.：磷诱导石墨烯电子缺陷促进室温氮还原反应

室温电催化氮还原技术备受关注，但是此过程需要设计和开发具有高活性和选择性的电催化剂去促进该反应的进行。近日，电子科技大学基础与前沿研究院孙旭平教授团队通过实验和理论计算证实了磷可以改变石墨烯的电子性质，进而诱导产生缺陷电子态调控氮还原反应。

在0.5 M LiClO₄溶液中，该催化剂在-0.65 V （相对于可逆氢电极）下可获得20.82%的法拉第效率和32.33 μg h^–1 mg^–1_cat.的NH₃产率，优于已报道的水溶液电解质环境工作的电化学合成氨碳基电催化剂。理论计算揭示了磷的引入改变了石墨烯的电子性质，在氮还原过程中磷作为活性位点有效调控中间产物在石墨烯表面的电子转移，从而促进整个氮还原反应的进行。

Tongwei Wu, Xinyi Li,Xiaojuan Zhu, Shiyong Mou, Yonglan Luo, Xifeng Shi,Abdullah M.Asiri, Yanning Zhang, Baozhan Zheng, Haitao Zhao and Xuping Sun P-dopedgraphene toward enhanced electrocatalytic N₂ reduction. Chem. Commun., 2020

DOI: 10.1039/C9CC09179C

https://doi.org/10.1039/C9CC09179C