1. Nat. Catal.：引入N2提高Ru基催化剂催化加氢脱氧反应的活性
氮气（N2）因其价格便宜，易于从空气液化中产生，更重要的是N2三键不易活化而被认为是惰性的，因而被广泛用作许多催化反应的载气或保护气体。在多相催化中，N2很少被认为是促进剂或提高催化性能的活性组分。近日，牛津大学Dermot O’Hare，Shik Chi Edman Tsang，清华大学李隽等多团队合作，发现N2可作为催化助剂，用于降低Ru基催化剂催化加氢脱氧的活化能。
作者研究发现，在160°C和1bar的氢气条件下，额外的引入6 bar的N2，可以将二氧化钛负载的钌催化剂（Ru/TiO2）催化p-cresol加氢脱氧制甲苯的活性提高4.3倍。详细的研究表明，N2可以在金属Ru表面吸附和活化，从而形成氢化的氮物种(N2Hx，x = 1, 2)，该物种中的N–H提供质子氢，以降低直接的芳香碳-氧键断裂和羟基氢化的活化能。作者进一步通过使用不同的钌催化剂，包括Ru/TiO2，Ru/Al2O3，Ru/ZrO2和Ru/C，发现引入N2可以被视为一种普适性策略用于提高钌基催化剂催化加氢脱氧反应的活性。
Haohong Duan, Jin-Cheng Liu, Ming Xu, Jun Li*, Shik Chi Edman Tsang,* Dermot O’Hare,* et al. Molecular nitrogen promotes catalytic hydrodeoxygenation. Nat. Catal., 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0368-6
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0368-6
2. Nat. Rev. Chem.：非均相催化中基元热反应的动力学
基元反应的动力学是我们了解催化的基础。正如大气化学的微观动力学模型促进了蒙特利尔协议的生成，扭转平流层臭氧损失一样，采用微观动力学方法进行非均相催化研究具有巨大的社会影响潜力。然而，这种催化方法的发展面临巨大挑战。主要原因是测量速率常数的方法非常有限，且目前的预测理论方法仍未得到充分验证。
有鉴于此，近日，乔治-奥古斯特大学Alec M. Wodtke等简要介绍了依靠频闪泵-探针概念对中性物质进行测量的表面上基元反应速率的最新实验进展。作者介绍了成功的测量方法背后的原理，并讨论这些原理的最新应用。在特定但高度典型的表面反应（Pt上的CO氧化）的背景下讨论了该主题，尽管进行了40多年的研究，但只有在进行速度分辨动力学的实验成为可能之后，才可以澄清该问题。这个看似简单的反应说明了有关活化能的覆盖率依赖性，涉及多个反应位点的反应机理的性质，描述表面反应速率的过渡态理论的有效性以及研究在低温下发生反应时可能发生的反应机理的重大变化等基本课程。
G. Barratt Park, Theofanis N. Kitsopoulos, Dmitriy Borodin, Kai Golibrzuch, Jannis Neugebohren, Daniel J. Auerbach, Charles T. Campbell and Alec M. Wodtke*. The kinetics of elementary thermal reactions in heterogeneous catalysis. Nat. Rev. Chem., 2019
DOI: 10.1038/s41570-019-0138-7
https://www.nature.com/articles/s41570-019-0138-7
3. Nat. Commun.：原子层沉积法制备Pt-Ru双金属二聚体催化剂及其HER活性位点的确定
单原子催化剂（SACs）是近年来的研究热点。通过将催化剂尺寸减小到单个原子水平，原子利用效率将最大化。同时，可通过催化剂的配位数，量子尺寸效应以及与载体的相互作用来调节催化剂的电子结构。因此，与金属NPs相比，SACs通常表现出独特的催化性能。最近的研究发现，由于两种元素的电子结构之间的协同作用，双金属位点催化剂如Fe–Co和Co–Zn等的活性大大增强。然而，双金属位点催化剂都是通过同时热解两种金属前体合成的，这不能精确地控制每个金属位点的位置。因此，合成高质量的一对一的A-B双金属二聚体结构仍然是一个巨大的挑战。
近日，西安大略大学Xueliang Sun，北京计算科学研究中心Li-Min Liu，麦克马斯特大学Gianluigi A. Botton等通过原子层沉积（ALD）法成功地制备了高质量的一对一的A-B双金属二聚体结构（Pt-Ru二聚体）催化剂。与商用Pt/C催化剂相比，Pt-Ru二聚体显示出更高的析氢反应活性（超过50倍）和出色的稳定性。X射线吸收光谱表明，Pt-Ru二聚体结构模型包含一种Pt-Ru键合构型。第一性原理计算表明，Pt-Ru二聚体通过调节电子结构产生协同效应，从而增强了析氢活性。该项工作为合理设计具有良好活性和稳定性的双金属二聚体奠定了基础，该双金属二聚体在各种催化反应中具有巨大的潜力。
Lei Zhang, Rutong Si, Hanshuo Liu, Li-Min Liu*, Gianluigi A. Botton,* Xueliang Sun,* et al. Atomic layer deposited Pt-Ru dual-metal dimers and identifying their active sites for hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12887-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12887-y
4. Nat. Commun.：MoTe2的快速电化学活化用于析氢反应
电化学产氢是生产可持续燃料的关键技术。过渡金属二硫属化物（TMDCs）是析氢出应（HER）的电催化剂具有广阔的前景。过渡金属二硫属化物（TMDCs）是催化析氢反应（HER）良好的电催化剂。该类材料最吸引人的特性之一是一些TMDCs在电解水过程中易于原位活化，从而使得电催化活性逐渐增强。TaS2和NbS2都表现出这种特性，在反应过程中代表HER性能的基本指标逐渐提高。但是，到目前为止，这是已知的唯一显示出这种特性的TMDC材料。因此，发展新的能在电催化过程中原位操作活化的电催化剂至关重要，并且对于理解HER的反应机理和新型电催化系统的未来发展具有重要意义。
有鉴于此，近日，格拉斯哥大学Jessica C. McGlynn，Alexey Y. Ganin等合成了一种1T'-MoTe2电催化剂，研究发现，当电极置于在阴极偏压下时，金属1T'-MoTe2的催化性能得到显著提高。实验表明，维持10µmA cm-2的电流密度所需的过电位从320µmV降低到了178µmV。进一步研究表明，这种快速和可逆的激活过程的起源是H吸附到1T'-MoTe2表面的Te位置上。该活化过程突出了电极材料电子结构中细微变化的重要性，以及这些细微变化如何影响随后体现出的电催化活性。
Jessica C. McGlynn,* Alexey Y. Ganin,* et al. The rapid electrochemical activation of MoTe2 for the hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12831-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12831-0
5. 中科大Nat. Commun.：反转Pt和S掺杂C载体之间的电荷转移用于电催化产氢
负载型纳米颗粒催化剂在现代化学工业中起着至关重要的作用。大量文献表明，载体不仅仅起着使金属分散和稳定的作用，其与负载的金属相互作用对催化具有重要意义，它可以诱导金属与载体之间的电荷转移，改变负载的金属的电子结构，影响反应中间体的吸附能并最终改变催化活性及选择性。经典的强金属-载体相互作用（SMSI）是由Tauster等人在1978年提出并使用的。经过数十年的研究，人们对SMSI进行了深入研究，涵盖了多种相互作用机理，包括氧化物封装，电荷转移，催化过程中的协同反应以及纳米粒子的抗烧结性。
近日，中科大Hai-Wei Liang，Xiao-Jun Wu等报道了与金属尺寸有关的电荷转移逆转，即由于载体与金属之间的SMSI，电子从Pt单原子转移到S掺杂C载体，当Pt的尺寸约为1.5 nm时，S掺杂C载体反过来将电子转移给Pt。实验发现，富电子的Pt纳米团簇比缺电子的Pt单原子在催化析氢反应方面更具活性，达到10 mA cm-2的电流密度只需11 mV的超低过电势，而在20 mV处具有26.1 A mg-1的高质量活性，是商用Pt/C催化剂的38倍。该工作表明，控制金属与载体之间的金属尺寸依赖性电荷转移，可为开发高活性催化剂开辟了新途径。
Qiang-Qiang Yan, Dao-Xiong Wu, Xiao-Jun Wu*, Hai-Wei Liang,* et al. Reversing the charge transfer between platinum and sulfur-doped carbon support for electrocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12851-w
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12851-w
6. Nat. Commun.：集体激发Au-纳米链耦合等离子体以提高半导体光催化性能
利用贵金属的局域表面等离子共振（LSPR）效应来提高半导体催化剂的电子空穴分离效率，已经被广泛的应用于光催化研究中。但是，由于多数金属-半导体的构建是依赖表面的金属纳米粒子的LSPR效应，因此这对等离子体增强光转换依然具有限制。基于此，吉林大学Gang Liu,吉林大学Wenfu Yan及达尔豪斯大学Peng Zhang等人，通过巧妙的设计将Au纳米链引入到ZnxCd1−xS半导体内部。
这种引入内部Au纳米链的半导体，比传统分散的Au纳米粒子相比性能提高了3.5倍。作者还通过理论模拟跟实验表征证明出，在太阳光的激发下，Au纳米链产生的局域电磁场要比孤立的Au纳米粒子高的多，电磁场强度的增加从根本上提高了半导体中电子跟空穴的分离效率，最终提高了其光催化产氢性能。这种嵌入式耦合金属纳米结构的方法为设计与构建，为后续设计构建高性能光催化剂提供了思路。
Guiyang Yu, Peng Zhang*, Wenfu Yan*, Gang Liu* et al. Collective excitation of plasmon-coupled Au-nanochain boosts photocatalytic hydrogen evolution of semiconductor.
DOI: 10.1038/s41467-019-12853-8
7. 中科大Nat. Commun.：准Pd1Ni单原子表面合金催化剂催化腈氢化为仲胺
胺类化合物在各种生物活性化合物中很重要且普遍存在，并且还是合成聚合物，染料，药物，农用化学品和工业精细化学品的高价值的组成部分。胺的合成已被有机化学领域广泛关注。人们已经开发了多种方法，例如芳基和烷基卤化物的胺化，醛和酮的还原胺化，醇的胺化和烯烃的加氢胺化，以构建用于胺合成的碳氮键。然而，这些路线需要碱添加剂或成本高，并且通常还会产生重液体废物。使用H2在非均相金属催化剂和均相金属催化剂上对易得的腈进行加氢已经被认为是合成这些增值胺的一种对环境更有益的且原子经济的途径。
近日，中科大Junling Lu等将Pd准单原子分散在Ni纳米颗粒的最外层形成Pd1Ni单原子表面合金结构，最大程度地利用了Pd，并打破了苯甲腈氢化中的强金属选择性关系，从而在温和条件下（80℃；0.6 MPa）实现了将二苄胺的收率从约5％提高至97％，活性分别是到Pd和Pt标准催化剂的八倍和四倍。更重要的是，该催化剂完全阻止了致癌副产物甲苯的生成，使其更具实际应用的价值，特别是在制药工业中。该策略可用于合成温和条件下对多种腈类化合物选择性加氢制备仲胺的高效催化剂。
Hengwei Wang, Qiquan Luo, Junling Lu,* et al. Quasi Pd1Ni single-atom surface alloy catalyst enables hydrogenation of nitriles to secondary amines. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12993-x
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12993-x
8. Chemical Reviews: 纳米颗粒电催化剂的精细化理论
全球人口不断增加，能源需求日益扩大，气候变化和环境问题日益严重，如何保护我们赖以生存的地球家园，迫在眉睫，和可再生能源相结合，电催化能源转化和存储技术是取代化石能源，减少排放，获取高价值化学品的重要途径。其中，电催化剂材料是电催化能源转化和存储的核心，起到了提高转化效率和选择性的作用。设计和发展新型电催化剂，是目前电催化能源转化的当务之急，过去十年以来，以水、H2、O2为主的电催化转化过程获得了大量进展，理论和实验的结合使研究人员对电催化的机理的理解得到了进一步加深。
电催化中实验与理论的关系具有深远的意义。直到最近，理论在这个领域的主要作用是解释实验结果。然而，在过去的十年中，这种情况开始发生变化，理论结合实验，也成为了催化剂材料设计的趋势。现在理论经常主导电催化材料的设计，尽管这一趋势令人满意，但还远远没有达到理论精确指导实验的水平，实验研究人员和理论研究人员仍依赖于不同的模型。理论学家的预测是基于个体的、完美的结构模型，而实验人员的工作是基于更复杂和非均匀的电催化剂系统。通过理论计算和实验评价的有机结合，加深对电催化机理的理解，控制设计更高活性、选择性和寿命的电催化剂，是未来全面实现可持续能源的重要方向。
近日，德克萨斯大学奥斯汀分校的Graeme Henkelman和Richard M. Crooks合作综述了纳米颗粒电催化剂的精细化理论研究进展。随着计算能力的提高，实验人员能够通过微观结构深入研究理论，可控程度更高的更复杂的电催化剂的设计制备为理论研究提供了更广泛的材料选择和研究平台。该综述有利于真实催化剂和计算模型之间的差距，通过精确控制电催化实验，结合理论预测，有望理解电催化的本质和机理。
Jamie A. Trindell, Zhiyao Duan, Graeme Henkelman, Richard M. Crooks. Well-Defined Nanoparticle Electrocatalysts for the Refinement of Theory. Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00246
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00246
9. Chemical Reviews: 电化学析氢反应的研究进展
能源是人类赖以生存的重要基础，是推动国民经济与社会发展的动力。随着人们对能源需求的不断增加以及环境污染问题的日益严重，寻求清洁可持续能源已经成为人类迫在眉睫的问题。氢气作为清洁能源在未来的能源版图中将发挥重要作用，然而氢气不是自然存在的，需通过一定方法进行制备。电解水制氢具有成本较低、效率高、环境友好、安全性较好等优点，是光/电能到化学能转换的理想路径，备受人们青睐。催化剂是电催化反应的关键，高效的电催化剂能够有效降低反应过程所需的能耗，因此研究高效的电催化剂成为可持续能源技术探索的重中之重，电催化析氢反应(HER)是水电解制氢的关键步骤，在过去几十年里一直是广泛研究的课题。
近日，香港理工大学的Kwok-Yin Wong、Liangsheng Hu和中国工程物理研究院的Pengxiang Zhao等综述了纳米颗粒催化电化学析氢反应的研究进展，首先总结了HER的基本原理，并介绍了基于贵金属和非贵金属的低成本和高性能催化剂以及不含金属的HER电催化剂的最新进展，然后系统地讨论了催化活性、形态、结构、组成和合成方法之间的关系，总结和强调了开发高效催化剂的策略，包括增加活性位点的内在活性和/或增加活性位点的数量两种主要方式，最后对HER电催化研究的存在的挑战和未来的研究方向进行了展望。
Jing Zhu, Liangsheng Hu, Pengxiang Zhao, Lawrence Yoon Suk Lee, Kwok-Yin Wong. Recent Advances in Electrocatalytic Hydrogen Evolution Using Nanoparticles. Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00248
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00248
10. Chemical Reviews: 金属纳米粒子对σ-H-H、σ-C-H、σ-Si-H键的催化活化
通过σ键配位激活H-H、C-H、Si-H等化学键键在过去30年间已经从简单的科学探索发展成为了碳氢化合物官能化的重要工具。研究人员陆续发现了σ键官能化的几种机制：氧化加成、异裂、σ键置换以及亲电攻击等。由于金属纳米粒子相比普通的均相催化、非均相催化在调节反应活性等方面更具优势因而在近年来受到了广泛关注。
在本文中，法国图卢兹大学的Bruno Chaudret等对包括胶体负载金属纳米粒子在内的金属纳米粒子参与的表面催化或液相催化等发展历程进行了回顾。作者介绍了金属纳米粒子催化剂在溶液中的制备以及采用聚合物、配体或载体对催化剂进行稳定的相关工作。文章讨论的重点在于传统分子型化合物与金属纳米粒子催化剂对σ键活化和功能化反应的异同点。
Juan M. Asensio, Bruno Chaudret et al, σ-H–H, σ-C–H, and σ-Si–H Bond Activation Catalyzed by Metal Nanoparticles, Chemical Reviews, 2019
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00368
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00368
11. JACS：通过中间体的有效溢流实现CO2电还原中选择性的C-C偶联
开发高效的系统利用太阳能将CO2转化为高价值的化学品，对缓解气候变化和未来的清洁燃料供应至关重要。近日，洛桑联邦理工学院Michael Grätzel， Dan Renb等通过galvanic置换反应还原Ag覆盖的Cu2O纳米线，制备了一种装饰有Ag islands的Cu纳米线介观阴极。
该催化剂能够将CO2还原为乙烯和其它C2+产品，法拉第效率达76％。Operando拉曼光谱研究表明， Ag位点上形成了CO中间体，其随后溢流到Cu纳米线并发生氢化。该Cu-Ag双金属材料使中间体从Ag到Cu的有效溢流量达到4％，从而提高了形成乙烯和其它C2+产品的活性。作者进一步使用水作为电子和质子供体，利用太阳能与钙钛矿光伏电池一起驱动反应，实现光电化学CO2还原为乙烯，具有4.2％的太阳能转化率。
Jing Gao, Dan Ren, Michael Grätzel*, et al. Selective C-C Coupling in Carbon Dioxide Electroreduction via Efficient Spillover of Intermediates as Supported by Operando Raman Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b07415
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07415
12. Science Advances：亚纳米金属粒子修饰环糊精聚合物网络用于高效低温催化
合成粒径小、分布均匀的金属纳米颗粒在多相催化中至关重要。目前，可通过表面保护剂、载体、树枝状大分子、笼状结构等合成稳定的纳米颗粒。其中，载体通过限域可有效获得小粒径金属纳米颗粒。这类催化剂的催化性能高度依赖于载体性质。载体能否协同金属纳米颗粒强化催化性能尤为重要。因此，如何理性设计具有合适的配位环境及限域结构的载体是提高催化性能的关键问题。鉴于此，来自阿卜杜拉国王科技大学的Klaus-Viktor Peinemann教授采用点击化学合成方法以全-(6-叠氮基-6-脱氧)-β-环糊精和1,4-二乙炔苯为单体合成了β-环糊精聚合物网络（β-CPN）。
β-CPN交联度高，结构稳定，在水和多种有机溶剂（如DMF、THF、丙酮、乙醇、甲醇、正己烷）中均能稳定存在。以β-CPN为载体，采用湿式浸渍法可制备超细（<1nm）的Ag、Au、Pt、Rh纳米颗粒。研究发现β-CPN与负载的金属相互间协同作用明显。一方面，β-CPN含有的1,2,3-三唑基可有效锚定并稳定金属纳米颗粒。根据软硬酸碱理论，1,2,3-三唑基是一种软碱，可与作为软酸的金属阳离子之间生成非常稳定的复合物，进而提高金属吸附量或负载量。另一方面，β-CPN中含有的高度交联的环糊精（CD）不仅为纳米颗粒的生成提供了限域空间，也为反应分子传递提供了传递路径。因此，β-CPN负载的Pd催化剂用于硝基化合物加氢和Suzuki-Miyaura耦合反应时，在温和条件下均具有极其优异的性能。此外，CD环绕包裹金属颗粒环境防止了反应物被过度还原的可能性，因而可提高反应的选择性。这些研究成果为催化剂载体的设计打开了新思路，也为超细纳米颗粒的合成及应用提供了有效可行的途径。
Tiefan Huang, Guan Sheng, Priyanka Manchanda, Abdul H. Emwas, Zhiping Lai, Suzana Pereira Nunes, Klaus-Viktor Peinemann*, Cyclodextrin polymer networks decorated with subnanometer metal nanoparticles for high-performance low-temperature catalysis, Science Advances, 2019, 5, 11, eaax6976.
https://advances.sciencemag.org/content/5/11/eaax6976?rss=1
13. 电子科技大学孙旭平Angew：FeP纳米阵列高选择性电催化CO2还原转化为醇
化石燃料的大量消耗导致大气中的CO2浓度上升，而CO2将太阳能聚集在地球大气中，这是造成全球气候变化的原因。为了解决温室效应，人们已经进行了广泛的研究努力以开发用于捕获CO2并将其封存或利用的技术。迄今为止，已经报道了多种将CO2转化为其它碳化合物的途径，包括化学重整，光化学，生物和电化学方法等。其中，将CO2电化学还原成各种化学物质和燃料为环境和能源的可持续性提供了有吸引力的途径。近日，电子科技大学孙旭平等合成了Ti网上长有FeP纳米阵列（FeP NA/TM）的催化剂，该催化剂可作为高效的3D催化剂电极用于CO2还原反应，并高选择性将CO2转化为醇。
实验发现，在-0.20 V时（相对于可逆氢电极），0.5 M KHCO3中，FeP NA/TM能够实现高达80.2％的高法拉第效率（FECH3OH），总的FECH3OH+C2H5OH高达94.3％。密度泛函理论计算表明，由于两个相邻的Fe原子的协同作用，FeP（211）表面显著促进了CO2的吸附和进一步还原转化为CH3OH，电位确定步骤(PDS)是*CO的加氢过程，自由能为0.76 eV。此外，FeP NA/TM催化剂的整个制造过程具有成本低，并且易于放大等优点。FeP NA/TM的这一优势及其出色的催化性能，使其有望大规模用作CO2RR催化剂材料电合成醇。
Lei Ji, Lei Li, Xuqiang Ji, Xuping Sun*, et al. Highly Selective Electrochemical Reduction of CO2 to Alcohols on FeP Nanoarray. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912836
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912836
14. Angew: 磷氮化碳复合体的光催化分解水研究
红磷因其光谱吸收可到700 nm，被认为是一种极其有潜力的光催化剂，但是由于其电子跟空穴复合率高，大大限制了其光催化析氢（HER）的活性。近日，青岛大学杨东江以及西安交通大学沈少华等人通过简单的气相沉积的方法，制备出生长在氮化碳聚合物（PCN）的[001]取向的Hittorf's磷（HP）纳米棒复合体（PCN@HP）。
PCN@HP与PCN和HP相比具有更好的光催化HER性能，并在模拟太阳光跟可见光的条件下分别达到33.2 μmol h-1和 17.5 μmol h-1。并且通过理论和实验结果都表明，PCN跟[001]取向的HP纳米棒之间的强电子耦合还可以有效地提高电子空穴的分离，从而提高光催化HER性能。并且这种独特的设计，为以后构建高效光催化剂提供了新思路。
Yukun Zhu, Shaohua Shen*, Dongjiang Yang*, et al. [001]-Oriented Hittorf's Phosphorus Nanorods/Polymeric Carbon Nitride Heterostructure for Boosting Wide-Spectrum-Responsive Photocatalytic Hydrogen Evolution from Pure Water. Angew. 2019.
DOI: 10.1002/anie.201911503
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911503
15. Angew：金属/氮掺杂碳ORR催化剂催化位点的确认
开发高活性和耐用的氧还原反应（ORR）电催化剂对质子交换膜燃料电池（PEMFCs）至关重要。尽管大量研究表明铂（Pt）基催化剂是ORR的高活性催化剂，但是Pt的高成本和稀缺储量阻碍了PEMFCs的大规模应用。因此，人们一直致力于寻找有效和廉价的Pt基ORR催化剂的替代品。金属-N-C材料作为有效的非贵金属（NPM）催化剂，有望替代Pt基催化剂实现高效稳定的ORR。然而，金属-N-C催化剂通常是在高温下合成的，这会导致其高度结构异质性，包含金属Nx位点，同时又由石墨烯包封着，使其ORR活性位点极难鉴定。
近日，中科大梁海伟，德累斯顿工业大学冯新亮等报道了一种低温NH4Cl处理策略，可有效地从金属N-C催化剂中刻蚀出石墨烯包封的纳米颗粒，同时又不会破坏并存的原子分散的金属Nx位点。从金属N-C材料中选择性去除金属纳米颗粒后，作者观察到催化活性大大提高。因此，作者明确的阐明了石墨烯包裹的纳米颗粒的旁观者角色以及金属-N-C材料在酸性介质中进行ORR的关键作用。此外，考虑到石墨碳在PEMFCs中更耐腐蚀，作者认为结合NH4Cl处理对石墨碳包封的纳米颗粒的形成进行精细控制，对制备高活性的M-N-C催化剂具有重要意义。
Ming-Xi Chen, Hai-Wei Liang,* Xinliang Feng*, et al. Identification of catalytic sites for oxygen reduction in metal/nitrogen‐doped carbons with encapsulated metal nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912275
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912275
16. Angew：“空位缺陷”单原子催化剂的可控合成助力CO2电还原
同时实现高电流密度和高法拉第效率是CO2电催化还原能够工业化应用的必要条件。单原子催化剂电催化还原CO2性能优异，其活性受载体、负载量、配位数等影响。其中，调变载体的缺陷位能够诱导形成不同的金属局域电子态密度并优化其性能。然而，目前仍然缺少有效控制载体缺陷位置及数量的合成策略。近日，来自天津理工大学的Xiu-Li Lu、鲁统部教授和上海光源的司锐教授合作巧妙地将三聚氰酸（CA）和苯代三聚氰胺（DPT）在液相条件下鳌合Ni(II)，形成类Ni-N3O结构，并与碳纤维布共同在N2气氛中高温煅烧可选择性脱除一个CO分子（500-800oC），形成“空位缺陷”Ni-N3-V单原子催化剂。
而仅将DPT和Ni(II)混合时，由于Ni-N键强高于Ni-O，仅能形成Ni-N4单原子催化剂。Ni-N3-V单原子催化剂极大提高了CO2电还原性能，电流密度高达65mA/cm3，在0.9V（vs RHE）下法拉第效率达90%。且Ni-N3-V显示了远高于Ni-N4的转化频率，为1.35 x 105h-1。通过DFT计算可知，Ni-N3-V上具有最优的CO2转化为COOH*（CO2电还原速控步骤）及CO脱附的自由能，因而性能最优。该研究工作为可控合成空位缺陷单原子催化剂并优化其配位环境与电子结构进而强化其催化性能开辟了新途径。
Xin Rong, Hong-Juan Wang, Xiu-Li Lu*, Rui Si*, Tong-Bu Lu*, Control Synthesis of Vacancy-Defect Single-Atom Catalyst for Boosting CO2 Electroreduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2019.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201912458?af=R
17. Angew：表面极性诱导空间电荷分离提高GaN纳米棒阵列光催化全解水性能
非均相光催化剂在人工光合作用—将太阳能转化为化学能领域具有广阔的应用前景，包括用于光催化分解水生产H2和光催化CO2还原制高价值化学品。实现高效光催化的关键是光生载流子的分离和运输，它决定了人工光合作用系统的能量转换效率。光催化全解水是将太阳能转化为H2的有前景的方法，但是，大多数光催化剂电荷分离性能较差，导致全解水效率低。
近日，中科院大连化学物理研究所李灿，李仁贵，闫建昌等以模型半导体氮化镓（GaN）为例，作者发现光生电子和空穴可以在空间上分离到GaN纳米棒阵列的非极性和极性表面，这可能是由表面极性引起的不同表面带弯曲引起的。通过共暴露极性和非极性表面，可以将GaN的光生电荷分离效率从8％提高到80％以上。此外，在非极性和极性表面上选择性的进行还原和氧化助催化剂（Rh和CoOx）的空间组装可以提高光催化全解水的性能，其量子效率从薄膜光催化剂的0.9％提高到纳米棒阵列光催化剂的6.9％。该工作揭示了由非中心对称半导体的极性特性引起的空间电荷分离现象，这为基于偏振半导体的光电器件（包括用于太阳能转换的人造光合作用系统）的设计开辟了新途径。
Zheng Li, Liang Zhang, Janchang Yan*, Rengui Li*, Can Li*, et al. Surface polarity‐induced spatial charge separation boosting photocatalytic overall water splitting on GaN nanorod arrays. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912844
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912844
18. Angew: 电催化CO2还原到底是怎么样的？带电单原子模型催化剂告诉你
随着温室效应的加剧，越来越多的研究者投入CO2还原当中。其中电催化CO2还原是有效解决这一问题的方法，因此设计有效的电催化剂也成为了研究热点。但是，由于CO2还原机理过于复杂以及缺乏合适的模型研究体系，CO2电催化还原依然缺乏基本的知识，这对设计合成有效的电催化剂是致命打击。
有鉴于此，南洋理工大学Bin Liu及大连化物所Yanqiang Huang等人我们设计了一种在导电碳载体上具有均匀结构和明确定义的Ni-N4部分的单镍原子催化剂模型，以用来研究电化学CO2还原。通过X射线近边吸收光谱、拉曼光谱和近常压X射线光电子能谱研究的基础上，单Ni原子催化剂中的Ni+通过Ni2+原位还原产生，并发现对CO2活化具有很高的活性，是CO2还原的真实催化活性位点。并且，通过与动力学研究相结合，确定了CO2还原的决速步*CO2+h-→*COOH。这项研究发现解决了CO2还原反应中面临的四个挑战，即活性，选择性，稳定性和动力学，为设计合成有效的电催化剂奠定了坚实的基础。
Song Liu,Yanqiang Huang*,Bin Liu* et al. Electrifying Model Single-Atom Catalyst for Elucidating the CO2 eduction Reaction, Angewandte,2019.
DOI: 10.1002/anie.201911995.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911995
19. Angew: 沸石负载单原子Rh催化剂用于高效制氢和选择性形状串联硝基加氢
多相催化作为现代化学工业中的关键技术，在社会进步与经济发展中起着非常重要的作用。负载型贵金属催化剂是重要的多相催化剂之一，由于具有高活性、高稳定性等特点，被广泛应用于诸多重要化学化工过程中。为了增加金属利用效率，通常将这些金属以纳米尺度分散到高比表面积的载体上。但由于只有纳米粒子表面原子能够参与催化反应，因而其原子利用效率仍然较低。将金属原子逐一分散于载体上形成单原子催化剂，可以实现贵金属利用的最大化，达到最高原子效率。单原子催化剂是负载型金属催化剂的理想状态，实现了金属原子100%的利用率。单原子催化剂中的金属以单原子的形式均匀分布在载体上，均一分散的单原子作为催化活性中心与均相催化类似，实现了催化反应的高活性和高选择性，同时也为催化剂机理的研究提供了新的解决方案。但由于高度分散的单原子表面能高，热力学不稳定，因此构建稳定的单原子催化剂是催化领域长期追求的最具挑战的目标之一。
近日，吉林大学的于吉红教授团队通过水热法和配体保护下的H2直接还原制备了MFI型沸石负载单原子Rh催化剂，并进行了。球差校正扫描透射电子显微镜和扩展X射线吸收精细结构分析显示，单个Rh原子被包裹在5元环内，并被沸石骨架上的氧稳定下来，所合成的催化剂在氨硼烷水解过程中表现出优异的产H2速率，在298k时可达699min-1，是目前报道的多相催化剂催化氨硼烷水解的最高水平。而且，该催化剂在不同硝基芳烃的形状选择性串联加氢反应中，通过与氨硼烷水解耦合，也表现出了优异的催化性能，相应的胺产物的产率高达> 99%。该工作表明沸石是封装单个金属原子催化剂的理想载体，可以制备高的形状选择性串联催化剂。
Qiming Sun, Ning Wang, Tianjun Zhang, Risheng Bai, Alvaro Mayoral, Peng Zhang, Qinghong Zhang, Osamu Terasaki, Jihong Yu. Zeolite-Encaged Single-Atom Rh Catalysis: Highly-Efficient Hydrogen Generation and Shape-Selective Tandem Hydrogenation of Nitroarenes. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201912367
https://doi.org/10.1002/anie.201912367
20. Angew: 水溶性高分子氮化碳胶体纳米颗粒用作高选择性的准均相光催化剂
基于庚嗪的聚合碳氮化物（PCN）是公认的目前最有效的氧化还原光催化剂。但是，其较低的表面积过导致了对于反应物较少的活性位点，从而极大的限制了材料的光催化活性。近日，Igor Krivstov教授和Radim Beranek教授课题组首次报道了一种自下而上的合成PCN纳米颗粒的方法，该纳米颗粒具有窄的粒径分布（约10±3 nm），完全溶于水，并且在数月内没有凝胶化或沉淀，并允许其在准均相条件下进行光催化反应。
与传统的固体PCN相比，水溶性PCN的优异性能体现在通过4-甲氧基苄醇和苄醇或其他木质纤维素衍生光氧化原料（乙醇，甘油，葡萄糖）来进行氧气还原反应，从而光催化生产H2O2，且高选择性可高达100％。溶解的光催化剂可通过简单调节介质的离子强度而容易地进行回收和再溶解，且不会损失活性和选择性。这项工作建立了一项简便地使用PCN作为准均相光催化剂的新范例，并为需要液态水操作或PCN处理的其他应用开辟了一条途径。
Igor Krivtsov*, Dariusz Mitoraj, Christiane Adler, Marina Ilkaeva, Mariana Sardo, Luís Mafra, Christof Neumann, Andrey Turchanin, Chunyu Li, Benjamin Dietzek, Robert Leiter, Johannes Biskupek, Ute Kaiser, Changbin Im, Björn Kirchhoff, Timo Jacob, Radim Beranek*. Water‐soluble polymeric carbon nitride colloidal nanoparticles for highly selective quasi‐homogeneous photocatalysis. Angewandte Chemie International Edition, 10.1002/anie.201913331.
DOI: 10.1002/anie.201913331.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913331
21. AFM: 大孔Sb掺杂SnO2负载IrOx纳米颗粒催化剂用作高效OER电催化剂
电催化能源转化技术，如电催化分解水制氢、电催化二氧化碳还原以及电催化氮气还原等，是一种取代化石能源、减少碳排放、获取可再生燃料的重要途径。贵金属催化剂具有很高的催化活性，是电化学能量转换与储能过程的核心材料，但高昂的成本限制了其在产业化中的广泛应用。基于纳米结构碳和过渡金属氧化物的非金属和非贵金属电催化剂在能源转化过程中具有与贵金属类似的催化活性。电催化析氧反应（OER）是这些电催化能源转化中重要且通用的阳极半反应。然而，OER在动力学上较为缓慢，需要高效的析氧电催化剂来降低反应能垒，从而加速OER的进行。制备高效、稳定、低成本的OER电催化剂仍是一个较大的挑战。
近日，慕尼黑大学的Daniel Böhm和杜伊斯堡大学的Dina Fattakhova-Rohlfing合作提出了一种多孔导电氧化物均匀负载小的Ir纳米颗粒制备高活性的OER电催化剂，首先，合成了具有规定孔径、组成和多孔结构的反相乳白色大孔Sb掺杂SnO2(ATO)微粒，其电导率达3.6 S/cm，被用作催化剂载体，通过在多孔ATO颗粒存在的情况下对IrOx胶体进行溶剂热还原，制备了ATO负载的活性物质数量可控的铱催化剂，纳米分散的金属Ir充分负载在ATO颗粒的整个外表面和内表面，另外，热氧化会导致ATO负载的纳米IrO2颗粒的形成，其空隙率约为≈89%，这种负载型氧化催化剂体系在25 wt% Ir下的块体密度低至0.08 g/cm3。与可逆性氢电极相比，该催化剂实现63 A/g的电流密度仅需300 mV的过电位，性能远远超过了TiO2负载IrO2催化剂，是一种非常高效的析氧反应电催化剂。该工作为设计制备高效、稳定、低成本的OER电催化剂提供了一种新的策略。
Daniel Böhm, Michael Beetz, Maximilian Schuster, Kristina Peters, Alexander G. Hufnagel, Markus Döblinger, Bernhard Böller, Thomas Bein, Dina Fattakhova‐Rohlfing. Efficient OER Catalyst with Low Ir Volume Density Obtained by Homogeneous Deposition of Iridium Oxide Nanoparticles on Macroporous Antimony‐Doped Tin Oxide Support. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201906670
https://doi.org/10.1002/adfm.201906670
22. ESM: 炭纤维串联Co/N掺杂ZIF-67基炭颗粒催化剂用于高性能电催化
ZIF-67由交替排列的钴原子和富氮有机连接物组成，是生产Co和N共掺杂碳(C-ZIF-67)氧还原反应催化剂(ORR)的理想前前体，然而，空气阴极中的C-ZIF-67颗粒催化剂由于存在颗粒间的阻力和颗粒间的分离问题，往往表现出有限的催化活性和稳定性。鉴于此，新加坡科技研究局的Yun Zong，Zhaolin Liu和南洋理工大学的Hua Zhang课题组合作采用一种原位方法，在电纺聚丙烯腈(PAN)纤维上选择性地生长ZIF-67，形成一种有趣的“弦串联宝石”结构杂化材料，热解处理后的杂化产物转化为高导电，具有良好分级结构和优异的ORR催化活性以及稳定性的新型催化剂。
利用其作为空气阴极组装的锌空气电池(ZnAB)在20 mA/cm2的高电流密度下具有1.24 V的稳定放电电压，通过机械补充锌阳极和电解液使电池完全放电后再生，该电池可以在放电电压1.0 V以上，电流密度为10 mA/cm2的条件下连续工作38天，更重要的是，与一个自支撑的垫组合成柔性阴极用于薄的和可弯曲的ZnABs，在平面和弯曲状态可以提供高放电电压，表现出在可穿戴电子设备领域的巨大应用潜力。
Bing Li, Kosuke Igawa, Jianwei Chai, Ye Chen, Yong Wang, Derrick Wenhui Fam, Nguk Neng Tham, Tao An, Takumi Konno, Anqi Sng, Zhaolin Liu, Hua Zhang, Yun Zong. String of Pyrolyzed ZIF-67 Particles on Carbon Fibers for High-Performance Electrocatalysis. Energy Storage Materials, 2019.
DOI: 10.1016/j.ensm.2019.10.021
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.10.021
23. Small 综述：光电催化分解水中一维二氧化钛基光电极上的界面电荷传输
全球环境污染的加剧，迫使人们去寻找一种高效清洁的能源，其中氢能是一典型的代表。而光电催化分解水又是一中种有效的分解水产氢的方法，因此成为了研究热点。而一维纳米结构具有光学、结构及电子等方面的优点，被广泛的应用于光电催化的光电极，以应用于光电催化分解水。其中二氧化钛具有光稳定、成本低、环保等优点，是目前研究及使用最多的光电阳极。而二氧化钛因其是宽带隙半导体，其光利率用低及光生电子空穴复合率高，因此如何有效地解决这些问题，也成了研究热潮。
近日，基于以上问题，上海大学 Wenxian Li 及Ying Li等人对目前一维二氧化钛基光电极用于异相光电催化分解水的研究工作进行了全面总结，并详细的讨论了纳米结构以及能带结构对不同尺寸光催化材料与一维二氧化钛复合体的界面电荷传输跟分离的影响。并且文章对界面上的电荷转移过程以及光生电荷分离与光电化学性能之间的关系进行了详细的介绍与讨论。这为一维二氧化钛基光电电极的纳米结构、掺杂和异质结界面的合理设计提供丰富的信息，从而实现高效的太阳能转换。
Zhongrui Yu,Ying Li,* Wenxian Li*, et al. Interfacial Charge Transport in 1D TiO2 Based Photoelectrodes for Photoelectrochemical Water Splitting, Small, 2019.
DOI: 10.1002/smll.201903378
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201903378
24. Small：光活性（地球富含）黄铁矿催化剂用于电催化氮还原反应
氨是一种重要的化学品，是氮肥工业的关键原料，目前工业上主要通过Haber-Bosch法合成。然而，该过程需要在高温高压下进行，且会产生大量的CO2。此外，制氨原料氢的制取及氮的纯化均为能源密集过程，耗能大。利用电化学还原氮制氨潜力巨大。然而目前所采用的熔盐或溶液电解质，存在高温高压或氮还原反应与析氢反应相竞争等问题。因此，亟需开发环境友好、无CO2产生、耗能低的高效替代过程。研究表明，地球富含的金属氧化物，如MoS2、NiS2、SnS2等显示了优异的析氢反应和CO2还原反应法拉第效率。
鉴于此，来自东海大学的王迪彥教授和国立台湾科技大学的周宏隆教授合作通过在炭纤维纸上生长氧化铁，经高温煅烧，高温硫化后制备了FeS2/CFP。该催化剂在0.25M LiClO4溶液中，在-0.6V（vs RHE）电位下，法拉第效率达约14.14%且氨的收率速率约为0.096μgmin−1。经过三次循环反应后，催化剂仍保持原有的立方黄铁矿结构，其法拉第效率仍高达约12%，氨的收率速率基本不变。DFT计算结果揭示FeS2中带正电的Fe可有效吸附并活化N2分子，而S则未直接参与此过程。外加808nm激光照射可进一步提高法拉第效率至14.57%，氨的收率速率至0.1μgmin−1。该工作为开发光照条件下新的高效半导体氮还原制氨催化剂开辟了全新的路线。
Chia‐Che Chang, Sin‐Ren Li, Hung‐Lung Chou*, Yi‐Cheng Lee, Shivaraj Patil, Ying‐Sheng Lin, Chun‐Chih Chang, Yuan Jay Chang, Di‐Yan Wang*, Photoactive Earth‐Abundant Iron Pyrite Catalysts for Electrocatalytic Nitrogen Reduction Reaction, Small, 2019, 1904723
DOI: 10.1002/smll.201904723
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201904723?af=R
25. ACS Catalysis: 相诱导FeOOH纳米结构增强电催化OER活性
电解水是一种将电能转化为化学能的有效手段。电解水在阳极发生水氧化反应（OER）生成氧气，在阴极发生还原反应产生氢气（HER）。其中OER反应的过程需要转移4e-，是一个动力学很缓慢的过程，需要施加很高的过电压才能驱动反应的发生。在OER反应中，催化剂引入有助于降低过电位，从而提高能源的转化效率。目前OER催化剂大多仍采用贵金属化合物（如RuO2和IrO2等），贵金属的稀缺性和高成本限制了该系统的大规模应用。因此寻找贵金属化合物催化剂的替代品引起了广泛关注。非贵金属（Fe，Co，Ni，Mn和Cu等）及其化合物作为具有应用前景的OER催化剂已经被广泛报道。其中，Fe基催化剂，例如FeOOH，由于其高本征活性，低成本和环境友好的性质而备受青睐。晶体相在提高FeOOH材料的析氧反应(OER)性能方面起着至关重要的作用，但人们对这一作用还不是很了解。
近日，哈尔滨工业大学的韩喜江教授、徐平教授和Siwei Li课题组合作通过控制调控溶剂热反应，分别设计合成了单相(α、β、δ)和混合相(α/β，α/δ和β/δ)FeOOH纳米结构，研究表明，混合相FeOOH纳米催化剂中存在的富氧空位(具有优化的电子结构)可以有效提高OER活性，而且，β/δ混合相FeOOH纳米催化剂在碱性介质中表现出优异的OER活性和稳定性，达到10 mA/cm2的电流密度仅需大约180 mV的低过电压。该工作对于提高了对相诱导增强催化活性的认识，也设计合成高效电催化剂提供了一种新的思路。
Jing Hu, Siwei Li, Jiayu Chu, Siqi Niu, Jing Wang, Yunchen Du, Zhonghua Li, Xijiang Han, Ping Xu. Understanding the Phase-Induced Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction Activity on FeOOH Nanostructures. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b03876
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03876
26. Advanced Science：Pd3Pb/PtnPb纳米晶体表面结构调控促进甲醇氧化反应
直接甲醇燃料电池（DMFCs）高效、低排放、易操作，有望在便携移动设备中广泛应用。相比于电氧化氢，甲醇氧化反应（MOR）步骤多、反应慢，难以达到DMFCs性能要求。且该反应电催化剂中关键组分Pt对于反应过程生成的CO耐受性差，容易失活。通过成分优化、形貌控制、结构设计等手段均可提高Pt电催化剂性能。其中，Pt与亲氧性金属，如Ru、Ni、Cu等形成合金可在一定程度上提高Pt抗CO中毒能力和利用效率。但是由于没有明确的化学计量比与晶体结构而不利于催化剂的可预测性设计。金属间化合物不仅能够克服这些问题，而且由于其长程有序结构和较负的生成焓，可兼具优异的催化活性与稳定性。
鉴于此，来自浙江大学的张辉教授通过一锅法合成了有序表面和Pt组分可调的Pd3Pb/PtnPb纳米立方体（边长约为50nm）。Pd3Pb/Pt2.37Pb纳米立方体为多晶结构，由内而外分别由FCC结构的Pd3Pb金属间化合物，FCC结构的PtxPb和六方结构的PtPb金属间化合物组成。调变Pb组分可分别得到Pd3Pb/Pt2.07Pb和Pd3Pb/Pt3.50Pb，前者结构由内而外与Pd3Pb/Pt2.37Pb类似，后者则除了没有检测到六方结构的PtPb相，其他结构也与Pd3Pb/Pt2.37Pb类似。
研究表明，六方结构的PtPb比FCC结构的PtxPb具有更高的MOR活性。此外，由于Pt和Pb之间的功函差异，两者间发生了强烈的电子耦合（配体效应），导致Pt0呈负电性，有利于促进MOR性能的提高。而Pb的加入也强化了水的解离，生成氧化物种，如OHads，能够进一步氧化Pt在MOR过程中表面生成的COads物种并将其移除，有效提高了催化剂的稳定性。DFT计算结果也证实了六方结构的PtPb(0001)相比FCC结构的Pt(111)和PtxPb(111)，不利于CO的吸附，即可提高Pt的抗CO中毒能力。本文不仅提供了一种Pt纳米立方体的简易制备方法，也为调控Pt基电催化剂的表面结构进而提高其MOR性能提供了新的思路。
Xingqiao Wu, Yi Jiang, Yucong Yan, Xiao Li, Sai Luo, Jingbo Huang, Junjie Li, Rong Shen, Deren Yang, Hui Zhang*, Tuning Surface Structure of Pd3Pb/PtnPb Nanocrystals for Boosting the Methanol Oxidation Reaction, Adv. Sci. 2019, 1902249.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902249?af=R
27. ACS Energy Lett.：莫尔超晶格MoS2的高效HER
在范德华力结合的异质结构中，原子层厚的薄晶体相互层叠在一起，晶格失配和层间旋转会导致莫尔超晶格（MSL）的出现。这些莫尔超晶格可以驱动材料的能带结构重建，从而导致超导、磁性和莫尔激子等各种现象的出现。近日，江西师范大学袁彩雷教授等人设计合成了扭曲角θ≈7.3º的具有MSL 的MoS2材料。
通过DFT理论计算和超低频拉曼光谱表征，作者发现设计合成的MoS2层间势垒减小，电子可以轻松地从导电衬底转移到具有MSL 的MoS2的活性位点，从而导致高效的产氢（HER）活性。通过使用电化学微池技术，作者证实了MoS2的高活性。具体而言，在-153 mV的超电势下，电流密度高达-10 mA / cm2，对应的Tafel斜率为73 mV / dec。总而言之，本工作设计合成具有MSL 的MoS2材料，成功降低层间势垒来提高电催化性能。展示了MSL材料独特的化学物理特性，为突破HER反应中电子传输的瓶颈问题提供了可能。
Zhenzhen Jiang, Wenda Zhou, Aijun Hong, Manman Guo, Xingfang Luo, Cailei Yuan. MoS2 Moiré Superlattice for Hydrogen Evolution Reaction. ACS Energy Lett., 2019.
DOI：10.1021/acsenergylett.9b02023.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02023
28. Solar RRL：无牺牲剂下Ag3PO4/MXene的高效产氧
开发能高效富集电子的助催化剂促进光生载流子的分离传输依旧是光催化裂解H2O领域悬而未决的问题。近日，南京林业大学杨小飞教授与澳大利亚昆士兰科技大学许景三博士等人设计合成了Ag3PO4/Mxene复合材料，研究结果表明，具有高的电荷传输能力的二维MXene（Ti3C2）能很好地充当载流子的分离传输媒介；Ag3PO4能提供较正的VB，实现高效的可见光催化H2O氧化。具体而言，设计合成的复合材料能实现35.8 μmol L-1的O2浓度，高达Ag3PO4纳米颗粒的2.6倍。
值得注意的是，作者发现在不添加牺牲试剂捕获电子的情况下，复合材料甚至表现出更高的产氧速率。这一结果意味着MXene纳米片可以充当电子阱，原位富集消耗光生电子。此外，表征结果还表明，MXene表面的亲水性官能团一方面有利于光催化剂与H2O的相互作用，另一方面有效抑制了光照下Ag3PO4的自腐蚀。总而言之，本工作构筑了高产O2活性的Ag3PO4/Mxene复合材料，为设计合成高活性的全分解H2O光催化材料提供了指导意见。
Chengxiao Zhao, Xiaofei Yang, Chenhui Han and Jingsan Xu. Sacrificial agent-free photocatalytic oxygen evolution from water splitting over Ag3PO4/MXene hybrids. Solar RRL, 2019.
DOI：10.1002/solr.201900434.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/solr.201900434.
29. Journal of Catalysis: 富勒烯状WS2负载Pd纳米颗粒用作高效HER催化剂
化石能源（煤、石油和天然气）的广泛利用既驱动着人类社会文明以前所未有的速度发展，也引起了诸如酸雨、雾霾等环境污染问题，而且化石能源不可再生，带来能源短缺问题，因此，社会的可持续发展需要寻求更为清洁且可再生的替代能源。氢是宇宙中广泛存在的元素，且被利用后的产物仅为水，因此被认为是未来最理想的能源形式。氢气的来源多样化，其中通过电化学方式催化分解水由于效率高和可操作性强等优点广受关注。目前，电催化制氢通常选用贵金属铂作为催化材料，较高的成本是制约该技术走向规模化应用的主要障碍。因此，迫切需要开发成本更低、产氢效率更高的电催化材料。
近日，武汉纺织大学的Junjiang Zhu等设计制备了无机富勒烯状WS2负载Pd纳米颗粒(Pd/WS2)催化剂，其中Pd负载量为0.76 wt %，该Pd/WS2催化剂表现出优异的HER电催化活性，在0.5 M硫酸溶液，达到10 mA/ cm2的电流密度仅需130 mV的过电势，塔菲尔斜率为 82.4 mV /dec，这是与具有更高成本的Pt/WS2(0.88 wt % Pt负载量)的性能相当。研究表明，在WS2表面原位生成的WO3掺杂和Pd纳米颗粒均匀分布在WS2纳米笼内。对比实验表明，WO3掺杂在生成Hads中间体中起关键作用，而Pd纳米颗粒是产H2的活性位点，而且由于Pd/WS2催化剂在WS2笼内稳定，该催化剂具有良好的长期稳定性。该催化剂具有活性高、成本低、稳定性好的优势，有望替代铂催化剂用作HER催化剂。
Ping Xiao, Josephus G. Buijnsters, Yanxi Zhao, Huan Yu, Xuelian Xu, Yujun Zhu, Duihai Tang, Junjiang Zhu, Zhen Zhao. Fullerene-like WS2 supported Pd catalyst for hydrogen evolution reaction. Journal of Catalysis, 2019.
DOI: 10.1016/j.jcat.2019.10.007
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.10.007
30. AEM：类铂析氢性能晶态Ni(OH)2/非晶态NiMoOx混合催化剂
开发碱性介质中高效电解水制氢催化剂仍是一大挑战。尽管Pt具有优越的HER性能，其量少、价高、耐久性差等特点限制了其进一步的开发。早在1973年，Levy 与 Boudart已发现碳化钨具有类铂的催化性质。NiMo基的碳化物、氮化物、硫化物也已被证实具有优异的HER性能。然而，NiMo基的氧化物或氢氧化物则很少被研究。鉴于Ni(OH)2在碱性条件下快速解离水的能力及MoO2优异的HER性能，来自南开大学的焦丽芳教授课题组以ZnO阵列/泡沫Ni（ZnO/NF）为基体通过电沉积NiMo前驱体，然后采用KOH浸泡制得了三维多孔结构的Ni(OH)2–NiMoOx/NF催化剂。
此催化剂由晶态Ni(OH)2、少量的晶态Ni、痕量无定型MnO2、高价态Ni和Mo的氧化物组成。Ni(OH)2–NiMoOx/NF的HER性能是有报道以来最好的NiMo氧化物或氢氧化物催化剂，且超过了Pt/C/NF。进一步研究表明，晶态Ni(OH)2在碱性环境中易解离水生成OH-和H*，然后这些物种在催化剂丰富的晶态/非晶态界面通过Heyrovsky和Tafel反应生成H2。此外，Ni(OH)2–NiMoOx/NF在碱性条件还具有优异的尿素辅助电解水析氢性能。该研究不仅提出了一种碱性条件下HER理想的三维多孔结构催化剂，而且为晶态/非晶态混合电催化剂的设计提供了新思路。
Zihao Dong, Fei Lin, Yihang Yao, and Lifang Jiao*, Crystalline Ni(OH)2/Amorphous NiMoOx Mixed‐Catalyst with Pt‐Like Performance for Hydrogen Production, Adv. Energy Mater. 2019, 1902703.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201902703?af=R
31. ACS Nano: Rh-Ir合金纳米颗粒用作强酸性电解质中高效OER催化剂
析氧反应(OER)是可再生能源转换和储存设备的关键，如水电解装置和可充电金属空气电池。然而，如何合理设计出在强酸性电解质中高效、稳定的电催化剂仍是一个重大的挑战。近日，德克萨斯大学奥斯汀分校的余桂华教授、Graeme Henkelman和Simon M. Humphrey合作使用可控微波辅助方法设计制备了制备了亚10纳米，组成成分可调的Rh-Ir合金纳米颗粒(NPs)，作为优越的酸性OER催化剂，该催化剂的OER催化活性对Ir含量表现出火山状关系趋势，富含Ir的NPs (Ir≥51%)比纯Ir NPs过电位更低，质量活性更高，催化活性更好。
最重要的是，Rh22Ir78 NPs在0.5 M H2SO4溶液和300 mV过电位下达到了最大质量活性1.17 A/mgIr，是纯Ir NPs的3倍，是目前报道的在酸性条件下最活跃的OER催化剂之一。密度泛函理论计算表明，由于少量Rh与Ir合金具有的协同作用和电子效应，O和OOH中间产物的结合能差异减小，导致动力学加快，OER活性增强。此外，Rh-Ir合金NPs在强酸性电解液中表现出优异的耐久性。本工作不仅为组分-电化学性能之间的关系提供了新的理解，而且对酸性介质中高效OER电催化剂的合理设计具有重要的借鉴意义。
Hongyu Guo, Zhiwei Fang, Hao Li, Desiree Fernandez, Graeme Henkelman, Simon M. Humphrey, Guihua Yu. Rational Design of Rhodium–Iridium Alloy Nanoparticles as Highly Active Catalysts for Acidic Oxygen Evolution. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b06244
