1. Nat. Catal.综述：CO电还原作为碳利用的新兴平台
CO2电化学转化为高附加值化学品已被广泛探索，这是一种有前途的碳利用策略。然而，多碳（C2+）产物的直接合成遭受不希望的副反应和相对低的选择性的困扰。然而，将CO2电化学转化为单碳产品却更为有效，并已投入商业应用。最近的研究表明，CO可以高反应速率，高C2+选择性和固有地改善的电解质稳定性，以电化学方式进一步转化为C2+，这为两步转化CO2提供了前景。
近日，特拉华大学Feng Jiao，Lectrolyst Gregory S.Hutchings等对高速率CO转换的进展以及可以进一步改善性能的机理和设备设计进行了总结；并对CO电还原领域进行了展望。作者认为，CO电还原设备的开发有明确的路线图，且CO通过共电解可以开辟更多的C2+产品，对于持续的C2+生产比直接CO2电还原更有效。
MatthewJouny, Gregory S. Hutchings* and Feng Jiao*. Carbon monoxide electroreductionas an emerging platform for carbon utilization. Nat. Catal., 2019
DOI:10.1038/s41929-019-0388-2
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0388-2
2. Nat. Catal.：空气稳定的二元Ni(0)-烯烃催化剂
1960年Günther Wilke报道了第一批二元金属-烯烃配合物的合成后，便开启了Ni(0)-烯烃化合物用于催化领域的大门。在镍催化的研究中，Ni(COD)2（双（1,5-环辛二烯）Ni(0)）占主导地位，其已成为探索Ni(0)催化剂新的催化反应性的主要来源。此外，Ni(COD)2还曾用作各种重要工业过程的催化剂，如丁二烯或乙烯的聚合。但是，所有已知的Ni(0)-烯烃预催化剂暴露于空气时都存在很大的不稳定性和快速分解的问题。近日，马克斯·普朗克煤炭研究所Josep Cornella报道了一种空气稳定的二元Ni(0)-烯烃络合物Ni（Fstb）3的合成，表征和反应性。
该络合物以p-CF3-stilbene衍生物为配体，具有独特的简单配体排列方式，可将镍中心与氧气隔离开。研究发现，与所有已报道的16和18电子Ni(0)‒烯烃预催化剂不同的是，Ni（Fstb）3在空气中可稳定保存数月，且无明显分解。此外，Ni（Fstb）3可以在不使用手套箱或Schlenk技术的情况下与镍催化中的各种常用配体（例如二胺，膦或N-杂卡宾）进行配体交换，生成结构明确的Ni(0)‒L物种。进一步研究表明，Ni（Fstb）3是各种重要的镍催化转化反应的优良预催化剂，与其它Ni(0)-烯烃配合物相比，具有出乎意料的催化性能。Ni（Fstb）3作为一种通用，实用且对空气稳定的Ni（0）前驱物，解决了一大科学难题。
J Lukas Nattmann, Josep Cornella*, et al. Anair-stable binary Ni(0)–olefin catalyst. Nat. Catal., 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0392-6
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0392-6
3. PNAS：氮掺杂多孔碳表面结合Ru多吡啶卡宾电还原CO2制乙醇
电化学还原CO2不仅可转化CO2为高附加值燃料，而且可以储存可再生电能。但是电化学还原CO2制多碳产物仍然极具挑战，尤其对于分子复合物而言。近日，来自北卡罗来纳大学教堂山分校Thomas J. Meyer教授团队采用氮掺杂多孔碳为载体，将Ru(II) 多吡啶卡宾复合物固定在该碳材料制备了电极材料。
研究发现，因该材料中Ru(II)多吡啶卡宾和氮掺杂多孔碳界面的协同效应，其CO2可在较低的过电位下还原转化为C2产物。在0.5M KHCO3/CO2溶液中，−0.87 到 −1.07 v (vs NHE)电位下合成C2产物的法拉第效率为31.0%到38.4%，乙醇和醋酸盐的收率分别为21.0%到27.5%和7.1%到12.5%。此外，该过程还会产生H2/CO比例可调的合成气，比例为2.0到2.9。该催化剂在3h的反应中能保持较高的稳定性。
YanmingLiu, Xinfei Fan, Animesh Nayak, Ying Wang, Bing Shan, Xie Quan, Thomas J.Meyer*, Steering CO2 electroreduction toward ethanol production by asurface-bound Ru polypyridyl carbene catalyst on N-doped porous carbon, PNAS,2019.
DOI: 10.1073/pnas.1907740116
https://www.pnas.org/content/early/2019/12/09/1907740116.short?rss=1
4. Nature Communications：多相催化CO2加氢制高值产品
近年来，二氧化碳的捕获及其转化（与来自可再生能源的氢一起）为燃料和化学品的合成提供了可替代的路径。研究人员对于开发新型二氧化碳加氢催化剂充满了兴趣，相关领域研究也在不断的加速中。
鉴于此，来自怀俄明大学Maohong Fan教授、福建物构所姚元根研究员近日综述了基于两种常见加氢反应的机理：甲醇反应及费托基二氧化碳加氢制轻质烯烃，二甲醚，液体燃料和酒精的现状并展望了其前景。指出了未来新型多相催化剂开发转型技术的研究方向，包括3D打印技术以及人工智能。
Run-PingYe, Jie Ding, Weibo Gong, Morris D. Argyle, Qin Zhong, Yujun Wang, ChristopherK. Russell, Zhenghe Xu, Armistead G. Russell, Qiaohong Li, Maohong Fan*,Yuan-Gen Yao*, CO2 hydrogenation to high-value products viaheterogeneous catalysis, Nature Communications, 2019, 10, 5698
DOI:10.1038/s41467-019-13638-9
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13638-9#citeas
5. JACS：空穴传输铋金属MOFs在光电催化制氢气中的基本原理研究
太阳能燃料生产是新兴的可持续能源转换和存储技术发展的基石。光诱导水产H2代表了生产可再生燃料的最关键挑战之一。金属有机框架（MOFs）可以和合适的光敏构筑材料组装新结构，引起了人们的研究兴趣。然而，对反应中间体的鉴定仍然具有挑战，这对更有效的HER材料的设计带来阻碍。近日，西班牙IMDEA能源研究所VÌctor A. de la PeÒa O’Shea，马德里材料研究所Felipe G·ndara等合作在这里，合成和表征了使用铋和dithieno[3,2-b:2',3'-d]thiophene-2,6-dicarboxylic acid (DTTDC)制备的新型MOFs，该MOFs具有空穴传输能力的富电子连接剂。
作者通过将理论研究与时间分辨光谱学（例如，芯孔时钟和激光闪光光解测量）相结合，对不同时间范围（fs至ms）竞争性反应对总体H2生产的影响进行了全面研究。作者发现，光生空穴与电子给体反应后会形成自由基阴离子中间体，这在光电催化过程中起关键作用。该工作为MOFs用于太阳能生产燃料提供了新的思路。
AlbaGarcÌa-S·nchez, Felipe G·ndarab*, VÌctor A. de la PeÒa O’Shea*, et al.Fundamental Insights in Photoelectrocatalytic Hydrogen Production with aHole-transport Bismuth Metal-organic Framework. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI:10.1021/jacs.9b10261
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b10261
6. 唐智勇/李国栋Angew：通过MOFs加速选择性半氢化速率
在化学工业中，炔烃半氢化成烯烃是非常重要的。不幸的是，目前最先进的非均相催化剂几乎无法同时实现高TOF，高转化率，出色的选择性和良好的稳定性的统一。除了常规的载体催化剂以外，将活性贵金属纳米颗粒（NPs）包封在多孔载体如分子筛和MOFs已被认为是新兴的非均相催化剂。然而，底物和产物的转移和扩散的部分阻塞会导致包封的NPs催化活性和TOF值降低。
近日，国家纳米科学技术中心唐智勇，李国栋等通过改变Zr基（UiO）金属有机框架（MOFs）的有机连接剂，提高Pd NPs催化炔烃半氢化反应的活性。实验发现，疏水性多孔UiO载体不仅富集了Pd NPs周围的苯乙炔（C6H5C≡CH），而且使Pd表面具有更少的电子，这使得该催化剂具有出色的催化性能，包括极高的TOF值13835 h-1、100％的苯乙炔转化率，对苯乙烯的选择性为93.1％（C6H5CH=CH2），并且在连续的催化循环后活性没有下降。该工作报道的定制分子载体策略对开发高性能的末端炔和中间炔选择性半氢化催化剂具有重要意义。
Kwanghak Choe, Fengbin Zheng, Hui Wang, GuodongLi*, Zhiyong Tang*, et al.Accelerating Selective Semihydrogenation by Metal‐Organic Frameworks. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201913453
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/anie.201913453
7. Angew：Co和Ni单原子催化剂电催化CO2转化为CO/H2比可控的合成气
化石燃料的大量消耗导致CO2排放量不断增加，从而带来了诸多气候问题。电催化CO2还原（CO2RR）制备合成气（合成气，CO和H2）被认为是实现CO2排放净减少的一种有前途的方法。然而，平衡CO2RR活性和CO/H2比具有挑战性。近日，中科大Li Song，哥伦比亚大学Jingguang G. Chen，佛罗里达农工大学Shyam Kattel等多团队合作，制备了3d过渡金属单原子嵌入在N掺杂碳上的催化剂（表示为TM-NC，TM=Co和/或Ni）用于CO2RR。
作者通过XRD，XAFS和高分辨电子显微镜分析证实了单个TM原子可以有效地锚定在N掺杂的碳载体中。在这种单原子构型中，Ni-NC具有良好的生成CO的活性（例如，在1.0 V时（VRHE）> 56 mA cm-2），而Co-NC则具有良好的HER活性（例如，在-1.0 VRHE时> 58 mA cm-2）。受此观察启发，作者提出了不同Co/Ni比的单原子催化剂。实验发现，CoNi-NC催化剂电催化CO2还原显示出较高的合成气收率（在-1.0 VRHE时，总电流密度>74 mA cm-2），并且具有可调的CO/H2比（0.23〜3.26），适用于后续的热催化反应。作者进一步通过DFT计算提供了Co和Ni单原子构型上关于H2和CO析出的关键中间体的见解。该工作为非贵金属过渡金属如何以可调节的CO/H2比保持高CO2RR活性提供了有用的案例。
QunHe, Daobin Liu, Ji Hoon Lee, Shyam Kattel,* Li Song,* Jingguang G. Chen*, etal.Electrochemical Conversion of CO2 to Syngas with ControllableCO/H2 Ratios over Co and Ni Single‐Atom Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201912719
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912719
8. 伍志鲲/杨军Angew：Au47Cd2(TBBT)31团簇用于电催化CO2还原，法拉第效率达96％
金属纳米团簇最近受到了广泛的关注，这不仅是因为其特殊的尺寸范围，而且还因为它们明确的组成和结构。然而，巧妙地调整金属纳米团簇的组成和结构用于潜在的应用仍然具有挑战性。近日，中科院固体物理所伍志鲲，中科院过程工程研究所杨军等团队合作，采用Au44(TBBT)28(TBBTH:4-tert-butylbenzenelthiol)为母团簇，Cd2+作为氧化离子，过量TBBTH存在的情况下，通过两相法（甲苯/水），在70℃下合成了Au47Cd2(TBBT)31团簇。
作者对Au47Cd2(TBBT)31团簇进行了X射线单晶衍射，ESI-MS，紫外-可见光谱表征。结构分析表明，该团簇的内核具有hard-sphere随机密堆积结构，这是之前未见报道的。作者进一步将Au47Cd2(TBBT)31团簇负载在XC-72上用做CO2还原电催化剂，实验发现，在-0.57 V时，该团簇将CO2电催化还原为CO的法拉第效率可高达96％。该工作有望引发更多有关金属纳米团簇精细原子结构工程的研究，以用于潜在的应用。
ShengliZhuang, Dong Chen, Jun Yang*, Zhikun Wu*, et al. Hard‐SphereRandom Close‐Packed Au47Cd2(TBBT)31Nanoclusters with a Faradaic Efficiency of Up to 96% for Electrocatalytic CO2Reduction to CO. Angew. Chem. Int. Ed.,2019
DOI:10.1002/anie.201912845
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912845
9. Angew: 十面体非均质Ni/Ag合金表现出类铂析氢活性
能源问题仍是21世纪科研工作者们研究的重点课题之一，其中氢能源的相关研究占有很大比例。氢能源相比于化石能源更为洁净，对环境几乎无影响，且具有极高的能量密度。目前，工业上主要使用天然气蒸汽转化生产氢气，但该方法会产生废气，如一氧化碳、二氧化碳等对环境造成破坏，违背了使用氢气的初衷。而电催化分解水制备氢气则不会产生该类废气，利用半电池反应，即HER，可以高效生产高纯度氢气。此时催化剂的选择便自然而然成为关键性的问题。尽管大量的研究致力于提高储量丰富的非贵金属催化剂的析氢反应(HER)活性，但达到“类铂”活性仍是较大的挑战。
近日，加尔各答印度科学教育研究所的SayanBhattacharyya等通过独特的试剂组合制备了AgxNi1-x(x=0.01-0.25)非均相合金纳米晶(NC)催化剂。在仅含有5at% Ag (AgNi-5)时，在pH=14时达到了类Pt活性。达到10mA/cm2的电流密度，极其稳定的AgNi-5需要24.0±1.2 mV的过电势，而20%Pt/C催化剂需要20.1±0.8 mV的过电势，两种催化剂的负载均为1.32 mg/cm2。在50 mV(vs RHE)时，TOF高达2.1 H2s-1。特定位点的元素分析显示了Ag:Ni的组分变化，其中十面体的顶点和边缘富含Ag，因此将Ni暴露在表面，以实现最大电荷传输。该工作为设计制备高活性的非贵金属HER合金催化剂具有重要的借鉴意义。
RahulMajee, Arun Kumar, Tisita Das, Sudip Chakraborty, Sayan Bhattacharyya. TweakingNickel with Minimal Silver in a Heterogeneous Alloy of Decahedral Geometry toDeliver Platinum-like Hydrogen Evolution Activity. Angewandte ChemieInternational Edition, 2019.
DOI:10.1002/anie.201913704
https://doi.org/10.1002/anie.201913704
10. Angew：原子尺度实时观测CO氧化反应中Cu表面可逆活化
催化反应过程中催化剂表面的动态结构及其化学信息对于理解决定催化剂性质的机制至关重要。过渡金属催化材料是一类重要的可替代贵金属催化剂的新兴具有巨大潜力的材料，然而其复杂的动态结构及不断变化的价态使得其催化机理仍不明确。近日，来自天津大学罗浪里教授、韩优教授、美国太平洋西北国家实验室Chongmin Wang等采用原位球差校正环境透射电子显微镜首次在原子层面上捕捉到一氧化碳氧化反应过程中Cu表面的动态演化过程。
研究人员发现，在反应条件下，Cu表面是活化的，有2-3层原子形成了可逆的亚稳态相，且该结构仅在反应条件下才存在。研究人员进一步揭示了CO和O2在反应中的独特作用。CO可导致Cu表面粗糙化并形成低配位的Cu原子，而O2则诱导了准晶CuOx相的生成。DFT计算结果表明晶态CuOx能够可逆转化成无定型相，并且能够促进气相反应物的相互作用并催化CO氧化。
LangliLuo*, Yao Nian, Shuangbao Wang, Yang He, You Han*, Chongmin Wang*, Real timeatomic‐scale visualization of Cu surface reversible activation in COoxidation reaction, Angewandte Chemie, 2019.
DOI:10.1002/ange.201915024
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201915024?af=R
11. Angew: 具有可控N掺杂种类的多孔碳用作高效CO2RR电催化剂
电催化CO2还原反应（CO2RR）不仅有望降低大气层中的CO2含量，缓解温室效应，还能将CO2转化为燃料，减少化石能源消耗，促进碳循环的进行。然而，以水溶液作电解质时，电催化CO2RR往往伴随有剧烈的析氢反应（HER）。HER作为CO2RR最主要的副反应，严重制约了CO2RR的活性和选择性。低成本的氮掺杂的碳材料能有效催化CO2RR，其催化活性及选择性取决于氮掺杂浓度和氮掺杂类型，因此如何采用简单易行的方法调控碳材料中的氮掺杂浓度和氮掺杂类型，从而提高体系对CO2RR的催化活性和选择性就成了非金属催化剂成分调控的一个难题。
近日，香港理工大学黄海涛教授课题组提出了一种简单直接的策略来设计高效的N掺杂多孔碳电催化剂，利用富含氧的Zn-MOF-74前驱体制备了具有大量活性N(吡啶和石墨态N)和高孔隙结构的NPC，该催化剂具有高浓度的易于获得的CO2还原反应活性位点(CO2RR)。通过优化焙烧温度和时间，可以很好地调节活性N活性位点的数量，这些位点通过多孔孔径可以很好地暴露在电解液中，用于高效催化CO2RR。所得的NPC表现出优异的CO2RR催化活性，起始电位为‐0.35 V，在- 0.55 V（vs RHE）对CO的faradaic效率(FE)为98.4%，这是报道的NPC基CO2RR电催化剂中最高的值之一。该工作对设计制备低成本、高催化活性的CO2RR电催化剂具有重要的借鉴意义。
LinYe, Yiran Ying, Dengrong Sun, Zhouyang Zhang, Linfeng Fei, Zhenhai Wen, JinliQiao, Haitao Huang. Highly efficient porous carbon electrocatalyst with controllableN-species for selective CO2 reduction. Angewandte Chemie International Edition,2019.
DOI:10.1002/anie.201912751
https://doi.org/10.1002/anie.201912751
12. Angew：氢氧化物并非Cu上电化学还原CO生成C2+产物的助剂
基于较高浓度OH-浓度有利于促进C-C耦合化学的假设，高碱性电解质可以提高Cu表面上二氧化碳和一氧化碳的电化学还原过程中C2+产物的生成速率。近日，来自清华大学的陆奇博士和美国特拉华大学徐冰君教授合作通过系统改变绝对电极电位下的Na+和OH-的浓度研究了两种离子对于电化学还原CO产物的影响，研究结果表明过高的阳离子（Na+）浓度，而非OH-是促进C2+产物生成的主要因素。
通过使用冠醚部分或全部螯合Na+，研究人员进一步证实了电化学还原CO中Na+的影响机制。研究发现Na+的鳌合导致了C2+产物生成速率的急剧下降。而在相同电位下OH-之所以对可逆氢电极有促进作用，主要是由于pH值较高的电解质可引起较大的过电位，进而影响产物生成速率。
JingLi, Donghuan Wu, Arnav S. Malkani, Xiaoxia Chang, Mu-jeng Cheng, Bingjun Xu*, QiLu*, Hydroxide is not a promoter of C2+ product formation inelectrochemical reduction of CO on Copper, Angewandte Chemie, 2019.
DOI:10.1002/ange.201912412
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201912412?af=R
13. Angew：十面体AgNi合金类铂析氢活性
氢是替代化石燃料等非再生能源的最具潜力的能源之一。通过电解水制氢也是最为绿色的方法之一。尽管已有大量的有关廉价金属用于析氢反应（HER），但是获得能够显示类铂活性的催化剂仍然较为困难。近日，来自印度科学与教育研究所Sayan Bhattacharyya教授课题组采用一种独特的试剂组合方法制备了十面体的Ag x Ni 1‐x (x = 0.01‐0.25)合金纳米晶体催化剂。
研究人员发现，当pH为14，催化剂为AgNi5时，其催化活性与Pt相当，达到电流密度10 mAcm ‐2所需的过电位仅为24.0 ± 1.2 mV ，与20% Pt/C 催化剂的20.1 ± 0.8 mV相当（两催化剂中催化剂的担载量均为1.32 mgcm‐2）。在50mV（vs RHE）电位下，催化剂的转化频率（TOF）高达2.1 H 2 s‐1。研究人员通过位点元素分析发现，催化剂表面的Ag和Ni的组成变化较大，十面体顶点和边缘富含Ag原子，从而在面上将Ni暴露出来，最大化实现了电荷传输，从而在宽pH条件具有优异的HER性能。DFT计算揭示Ag与Ni和H的位置决定了Ni位点上吸附H原子的能力，进而影响催化剂的性能。
RahulMajee, Arun Kumar, Tisita Das, Sudip Chakraborty, Sayan Bhattacharyya*,Tweaking Nickel with Minimal Silver in a Heterogeneous Alloy of DecahedralGeometry to Deliver Platinum‐like Hydrogen Evolution Activity,Angewandte Chemie, 2019.
DOI:10.1002/ange.201913704
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201913704?af=R
14. 赵东元院士Angew: 循序化学法合成高效稳定的可见光核壳金属硫化物光催化剂
金属硫化物核壳结构因其独特而耐人寻味的特性，引起了人们的极大兴趣。但如何简单地制备出化学成分可调、表面清洁、晶格不匹配的金属硫化物核壳结构材料仍是一个巨大的挑战。近日，赵东元及李伟团队报道了一种通用的循序法在水溶液中制备高度均匀的核壳光催化剂，这种光催化剂是由一种金属硫化物光吸收核和另一种金属硫化物助催化剂壳组成。作者还验证出循序化学法可以通过改变金属硫化物的溶解度产物（Ksp）常数来调控独特的核-壳结构的形成。
并且这种方法可以广泛的应用于各种金属硫化物核壳光催化剂，如CdS@CoSx,CdS@MnSx, CdS@NiSx, CdS@ZnSx, CuS@CdS甚至CdS@ZnSx@CoSx。其中，具有类草莓结构的CdS@CoSx核壳复合体，且其表现出优异的光催化产氢性能（3.92 mmol h-1）以及在单波长420 nm下的表观量子效率达到67.3%。这些光催化性能远高于纯的CdS纳米球（0.28 mmol h-1），CdS/CoSx复合体（0.57 mmol h-1）以及负载质量分数0.5%Pt的CdS光催化剂（1.84 mmol h-1）。
XingmiaoZhang, Wei Li*, Dongyuan Zhao*, et al., Sequential Chemistry Toward Core-ShellStructured Metal Sulfides as Stable and Highly Efficient Visible LightPhotocatalysts, Angew., 2019.
DOI：10.1002/anie.201913600
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913600
15. 丁维平Angew：二维纳米片状CuO@SAPO‐34的形貌可逆合成及其孔口催化环己烷氧化
超薄分子筛的合成极具挑战，尽管已经有了极少的突破性工作合成二维结构分子筛，但是由于分子筛的晶化生长是热力学控制过程且二维超薄结构在自然界中极其不稳定，因而合成非层状二维超薄结构分子筛对于分子筛和材料化学家仍是极具挑战性的工作。近日，来自南京大学丁维平教授、郭学锋教授和新加坡科技研究局Ming Lin博士合作通过对一种超薄铝的磷酸盐原位转化和重结晶发展了一种新型拓扑不变合成技术制备了离散的CuO@SAPO‐34二维纳米片。
该二维分子筛纳米片具有巨大的外表面，且表面暴露了大量的（010）隧道孔。笼状结构上有50%被铜的氧化物团簇占据。该材料特殊的结构特征催生了实际反应中孔口催化的新概念，即直径大于孔的反应物分子不能够进入分子筛内部，而仅有一部分在孔口与铜的氧化物团簇反应。该材料作为催化剂用于有氧条件下一锅氧化环己烷制己二酸得到了迄今为止最高的催化性能。
XiangkeGuo, Mengxia Xu, Minyi She, Yan Zhu, Taotao Shi, Zhaoxu Chen, Luming Peng, XuefengGuo*, Ming Lin*, Weiping Ding*, Morphology Reserved Synthesis of DiscreteNanosheets of CuO@SAPO‐34 and Pore Mouth Catalysis for One‐potOxidation of Cyclohexane, Angewandte Chemie, 2019.
DOI:10.1002/ange.201911749
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201911749?af=R
16. 电子科技大学孙旭平Chem: 离子液体通过静电作用稳定单原子催化剂
负载型金属催化剂在各种工业反应，如加氢、脱氢、加氢裂化、异构化等反应中具有良好的活性和选择性。单原子催化剂(SACs)具有最大的原子效率，是催化相关反应的首选催化剂。然而，由于表面能高，SACs有高度聚集成纳米颗粒(NPs)的倾向。抑制单原子催化剂(SACs)聚合，加强单原子催化剂的稳定性是单原子催化剂广泛应用的前提。目前，所提出的稳定SACs的有效方法包括：在骨架上构建表面缺陷作为SAs的锚定位点；微孔载体空间限域金属SAs；在载体上引入含孤对电子的原子。然而，这些途径总是需要特殊的载体或特殊的合成条件，因此在某种程度上不能广泛应用。离子液体(ILs)已经被证明可以有效地提高金属NPs的稳定性，如Pd、Ir和过渡金属NPs。那么ILs修饰SACs后会发生什么?到目前为止，还没有文献报道利用ILs来提高SACs的稳定性甚至活性。
近日，电子科技大学的孙旭平教授课题组基于离子液体和SACs之间的静电相互作用，建立了一种稳定SACs的新的通用策略。ILs可以增强分散在羟基磷灰石(Pt1@HAP)上的Pt SAs的稳定性，而不影响其活性。他们使用三种ILs作为修饰剂来获得IL-0.2Pt1@HAP，高角度环形暗场扫描电子显微镜(HAADF-STEM)证实了HAP上铂原子弥散。在其他载体上，如CeO2、金红石TiO2、单斜ZrO2等，也可以通过ILs稳定策略稳定单原子Pt。而且，ILs的添加还可能提高催化活性。该工作所提出的ILs稳定策略具有良好的可操作性和通用性。
BaojuanXi; Xuping Sun. Single-Atom Catalysts Electrostatically Stabilized by IonicLiquids. Chem, 2019.
DOI:10.1016/j.chempr.2019.11.013
https://doi.org/10.1016/j.chempr.2019.11.013
17. 南洋理工王昕Matter综述: 打破比例关系增强ORR催化的策略
氢气是一种理想的清洁能源，具有能量密度高、储量丰富和燃烧产物无污染等特性。未来可持续的氢经济愿景依赖于氢燃料电池的有效利用和水电解槽中氢的生产。在这两种技术中，氧还原反应（ORR）和析氧反应（OER）的缓慢动力学是导致效率较低、难以规模化应用的主要原因，因为催化位点上的反应受*OOH、*O和*OH的中间产物（其中*表示活性位点）的吸附能比例关系的限制。因此，需要一种新的催化剂设计范式，用于克服或避免吸附能比例关系。
近日，南洋理工王昕教授课题组综述了打破比例关系增强ORR催化的策略的研究进展，首先介绍了氧电催化的基本原理，包括反应机理和吸附能比例关系的根源，然后归纳总结了克服比例关系的关键策略。最后，提出了该领域未来的研究方向。该工作为设计制备不受比例关系限制的高效氧电催化具有重要的指导意义。
Zhen-FengHuang, Jiajia Song, Shuo Dou, Xiaogang Li, Jiong Wang, Xin Wang. Strategies toBreak the Scaling Relation toward Enhanced Oxygen Electrocatalysis. Matter,2019.
DOI:10.1016/j.matt.2019.09.011
https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.09.011
18. Haruta教授Chem. Rev.：Au纳米颗粒粒径及接触结构决定其独特催化性能
自Au纳米颗粒的催化作用在上个世纪80年代被发现以来，Au就已显现了独特的异于Pt和Pd的催化特征。近日，来自日本首都大学(东京)Masatake Haruta教授、Tamao Ishida教授在Chem Rev上发表文章，从Au与载体间的相互作用时的接触结构、Au颗粒的粒径两方面阐述了Au独特催化能力的来源并以Au催化典型反应为例进行了深入分析。对于CO氧化反应，Au的催化性能与可还原载体氧空位的含量密切相关。单原子、双层Au、亚纳米Au团簇、团簇、纳米颗粒均是Au的活性物种。
对于丙烯环氧化反应，SiO2载体上独立的TiO4单元是该反应的重要因素。Au纳米颗粒促进了Ti-OOH物种的生成，进而在H2和O2存在的条件下生成环氧丙烷，但是Au的团簇则仅能促进丙烯加氢反应，且仅在O2和水存在的条件下可以生成环氧丙烷，Au纳米颗粒则无此活性。对于醇氧化反应，过渡金属氧化物载体的还原性极大影响了Au的活性，且单原子Au能更有效的激活CeO2的晶格氧。载体表面的酸碱性质也在醇的去质子化和醛的活化中起重要作用。对于选择性加氢，H2的杂化解离发生在Au和载体之间的界面上，载体的的碱性位点有助于H2活化。近期对反应机理的研究以及精心设计的Au催化剂的开发为高性能Au催化剂的制备提供了新的认识。
TamaoIshida*, Toru Murayama, Ayako Taketoshi, Masatake Haruta*, Importance of Sizeand Contact Structure of Gold Nanoparticles for the Genesis of Unique CatalyticProcesses, Chemical Reviews, 2019
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00551
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00551
19. ACS Catalysis: 非晶锌掺杂显著提高NiFeOxHy的OER催化活性
可再生能源比如太阳能和风能的不连续性使得对可再生能源的储存变成了至关重要的挑战，而通过水裂解将其转化为化学能是很有希望的解决途径。析氧反应是水裂解反应的瓶颈。NiFeOxHy早在十九世纪Ni(Fe)OxHy就已经被用于水裂解，其在碱性水电解槽中对析氧反应(OER)具有很高的催化活性，是一种非常具有潜力的低成本、高效OER催化剂，然而对NiFeOxHy在催化活性、耐久性以及催化机理方面的研究还不够深入，催化性能有待进一步提高，NiFeOxHy的催化机理至今仍存争议。
近日，首尔大学的Ki Tae Nam教授课题组通过简单的化学池沉积法和电化学活化，制备了锌掺杂的NiFeOxHy (Zn;NiFeOxHy)，该催化剂与纯NiFeOxHy相比，具有更高的OER电催化活性和稳定性。Zn;NiFeOxHy催化性能的改善是由于Zn2+掺杂剂的加入导致的，Zn2+是一种强路易斯酸，通过调节电子性质，可以更好地与电化学过程中的中间相结合，从而稳定OER活性相。该工作为阐明NiFeOxHy基电催化剂的催化机制提供了平台，并丰富了对通过诱导效应调控氧化还原反应的理解，对设计制备高效的OER催化剂具有重要的借鉴意义。
SungYul Lim, Sunghak Park, Sang Won Im, Heonjin Ha, Hongmin Seo, Ki Tae Nam.Chemically Deposited Amorphous Zn-Doped NiFeOxHy forEnhanced Water Oxidation. ACS Catalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b03544
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03544
20. ACS Catalysis: B掺杂石墨烯负载聚氮N8-催化剂用作非金属ORR催化剂
聚氮化合物因其在分解为惰性气体N2时具有高能量密度(HEDMs)而受到广泛关注。虽然许多可能的稳定结构已被预测的计算，很少有报告发表的实验检测PN。它们要么是不稳定的，要么是在苛刻的条件下合成的。Abou-Rachid等人从理论上证明了在环境条件下，通过氮链与碳纳米管之间的电荷转移相互作用，可以将聚合态氮链N8-封装在碳纳米管中。近日，新泽西理工学院Wang Xianqin副教授通过理论预测发现，通过将聚氮(PN)链插入多层石墨烯层，可以使聚氮在环境压力下保持稳定。他们采用简单的循环伏安法(CV)合成了沉积在硼掺杂石墨烯(PN-BG)和石墨烯(PN-G)上的多氮(N8-)。
它被用于氧还原反应(ORR)，通过四电子途径机理显示出优越的活性。硼掺杂石墨烯BG通过一锅水热法制备得到。BG衬底上的X射线光电子能谱、拉曼光谱、Brunauer-Emmett-Teller、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等表征表明，硼原子被成功地掺杂到石墨烯基体中。通过衰减全反射傅里叶变换红外光谱和程序升温脱附，证实了在BG上形成了N8-，且在硼掺杂的石墨烯上得到的N8-比在石墨烯上得到的要多。旋转圆盘电极测量结果表明，由于BG上N8-的含量较大，使得PN-BG的电流密度高于PN-G催化剂。与普通Pt/C催化剂相比，PN-B1G具有更好的耐甲醇性。这项工作提供了一种简便的策略来修饰石墨烯结构并有效地稳定石墨烯基基质上的N8-。
ZhenhuaYao, Maocong Hu, Zafar Iqbal, Xianqin Wang. N8–PolynitrogenStabilized on Boron-Doped Graphene as Metal-Free Electrocatalysts for OxygenReduction Reaction. ACS Catalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b03610
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03610
21. ACS Catalysis: 原子银嵌入提高CoOOH纳米片阵列的OER催化性能
电催化及其催化材料在新能源开发和使用中起着举足轻重的作用。而二维层状材料因其具有较高的比表面积和独特的电子特性可作为很好的电极材料，在电催化和储能中应用广泛。层状钴(氧)氢氧化物作为一种经济、高效的电化学水分解析氧（OER）催化剂受到广泛关注。掺杂具有不同氧化态的客体阳离子，如银，可以改变传统过渡金属氧化物和氢氧化物的化学性质，产生优异的电催化性能。然而，研究发现银掺杂剂容易在电催化剂表面分离，从而导致催化剂失活。
近日，韩国科学技术院Hyuck Mo Lee教授和美国德克萨斯大学奥斯汀分校Graeme Henkelman教授团队合作使用电化学沉积法和简单的电化学扩散方法制备了掺银的CoOOH纳米片阵列。令人惊讶的是，通过原子探针断层扫描、二次离子光谱和能量色散光谱发现，银原子在CoOOH纳米片阵列中均匀分布，没有任何可检测到的Ah分离。掺银的CoOOH催化剂的实验过电位为256mV，理论过电位为60mV，均优于其他材料的OER催化性能。均匀分布的银掺杂促进了Co(OH)2向CoOOH活性相的相转变。计算结果表明，银掺杂增强了CoOOH的相稳定性，暴露的掺杂银通过释放-OH吸附剂也可以作为活性位点。该工作对于提高层状钴(氧)氢氧化物催化剂的稳定性具有总有的借鉴意义。
ChangsooLee, Kihyun Shin, Chanwon Jung, Pyuck-Pa Choi, Graeme Henkelman, Hyuck Mo Lee.Atomically Embedded Ag via Electro-diffusion Boosts Oxygen Evolution of CoOOHNanosheet Arrays. ACS Catalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b02249
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02249
22. ACS Catalysis: 活化和共沉积的NiFe-Oxo/氢氧化物薄膜的OER催化活性归因于后沉积的表面铁，在没有铁的溶液中是不可持续的
太阳是地球主要的能量来源，利用太阳能电解水产氢是一种重要的能源储存方案，而缓慢的析氧反应(OER)是限制产氢效率的最主要因素，目前最有效的OER催化剂为稀有金属氧化物IrO2 RuO2，但其成本较高、储量有限，因此寻找高效、稳定的非贵金属催化剂是利用太阳能电解水产氢实际规模化应用必须解决的问题。近日，贝鲁特美国大学的Lara I. Halaoui等通过电化学测量验证了一个假设，即使在以表面为主的超薄薄膜中，相比于块体结构(bulk-Fe)中的Fe，NiFe-oxo/氢氧化物表面的低配位Fe可以提高析氧反应(OER)的催化活性，他们还研究了在Ni-oxo/氢氧化物中掺入的Fe方法对电化学行为和OER活性的影响，并考察了在不含Fe的溶液中，Fe-oxo/氢氧化物的OER催化稳定性。超薄和较厚的NiOxHy和Ni0.6Fe0.4OxHy薄膜经活化后在1 M KOH中和40 mV/dec范围内呈现出高OER电流和低Tafel斜率。
然而，在铁纯化的KOH中，超薄且较厚的共沉积Ni0.6Fe0.4OxHy薄膜的OER电流较低，而在阳极偏压作用下，OER电流进一步降低，Tafel斜率约为100 mV/dec或更高，表现出与无Fe的KOH溶液中NiOxHy类似的行为。因此，对于超薄和较厚的NiFe-oxo/氢氧化物薄膜，沉积后的Fe或表面的Fe被认为是高OER催化的原因。沉积后活化的Ni(Fe)-oxo/氢氧化物对OER催化作用较好的稳定性需要溶液中存在Fe。在含铁电解质中被活化用于OER沉积后的NiOxHy膜在无铁KOH中没有维持它们的高OER催化活性，而是通过电位循环失活。另外，他们还提出了一种使表面Fe向高配位块体Fe转移的交换策略，从而使活化的NiFe-oxo/氢氧化物在无铁电解质中失去OER活性。该工作对于提高NiFe-Oxo/氢氧化物薄膜的催化活性以及稳定性具有重要的借鉴意义。
RidaFarhat, Jihan Dhainy, Lara I. Halaoui. OER Catalysis at Activated andCodeposited NiFe-Oxo/Hydroxide Thin Films Is Due to Postdeposition Surface-Feand Is Not Sustainable without Fe in Solution. ACS Catalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b02580
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02580
23. ACS Catalysis: MXene材料用于电化学氮还原：功能化好还是未功能化好?
自上世纪初以来，工业上合成氨一直是都是依赖于Haber-Bosch法，但该技术仍需在高温高压下进行。因此，人们一直期望能寻求在温和条件下将N2还原为NH3(NRR)的有效固氮方法。由于氮还原涉及强三键（N≡N）的断裂，动力学上非常难于进行，而且析氢电位和氮还原电位非常接近，析氢反应作为竞争反应会严重制约氮还原合成氨的效率。因此，开发高效的氮还原催化剂对常温常压下的固氮反应依然是最主要的挑战。近日，宾夕法尼亚大学的AleksandraVojvodic等使用密度泛函理论计算研究了二维材料MXenes对电化学氮还原合成氨反应的催化能力。到目前为止，所有的计算研究都只考虑了未功能化MXenes上的NRR化学。
在这项研究中，他们研究了65个未功能化和功能化的MXenes，建立了55种不同的M2XTx MXenes (M = Ti, V,Zr, Nb, Mo, Ta, W;(X = C, N)对NRR的自由能谱图，确立了金属和非金属组分在未功能化和功能化MXenes中的能量趋势，确定了限制电位，发现无论是从*NH2生成NH3还是*N2H的生成都是未功能化和功能化MXenes的潜在决定反应步骤。而且，他们还发现Mo-、W-和V-基的MXenes (Mo2C、Mo2N、W2N、W2NH2和V2N)对NRR具有合适的理论过电势。然而，Pourbaix稳定性图和选择性分析表明，所有未功能化的MXenes在相关NRR操作条件下并不稳定，而功能化的MXene只有满足三个最低要求的性质，才具有较低的理论过电位，三个条件为(i)理论过电位低，(ii)在NRR条件下稳定，(iii)对NRR而不是HER有选择性。最后，在以上研究结果的基础上，通过研究10种具有M3X2Tx结构式或者其他官能团(Tx = S, F, Cl)的MXenes，探索了改善NRR电化学活性的其他策略。该工作对具有多样性和可调性的MXenes用于NRR具有重要的指导意义。
LukeR. Johnson, Sudiksha Sridhar, Liang Zhang, Kurt D. Fredrickson, Abhinav S.Raman, Joonbaek Jang, Connor Leach, Ashwin Padmanabhan, Christopher C. Price,Nathan C. Frey, Abhishek Raizada, Vishwanathan Rajaraman, Sai Aparna Saiprasad,Xiaoxin Tang, Aleksandra Vojvodic. MXene Materials for the ElectrochemicalNitrogen Reduction—Functionalized or Not?. ACS Catalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b01925
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01925
24. Nano Energy: 硫掺杂提高Fe-N-C电催化CO2还原活性
开发低成本、高效的CO2还原反应催化剂(CO2RR)是实现CO2电化学转化为增值化学品的关键。尽管铁和氮共掺杂碳(Fe-N-C)催化剂的研究很多，但目前对于催化剂的性能及其催化机理的了解依然还存在很多不足，提高催化剂的催化性能和稳定性仍然是较大的挑战。近日，德克萨斯A&M大学Ying Li副教授、美国匹兹堡大学的王国峰教授和纽约州立大学布法罗分校的武刚教授课题组合作提出了一种共聚辅助合成策略，用于提高Fe-N-C电催化剂对CO2RR的电催化活性，通过S原子掺杂碳载体结构可以调控活性Fe-N活性位点的电子性能。
通过采用同时含有N、S两种元素的单体可以显著增加微孔数量和表面积，使得Fe-N原子密度更高，并且提高了原子利用率。第一性原理计算表明，S掺杂增强了Fe 3d的费米能级，增加了Fe−N4中Fe原子的电荷密度，从而增强了Fe位点与关键COOH*中间物之间的结合作用，进而增强了该催化剂对CO2还原的本征催化活性和选择性。结构和电子的协同效应使Fe-NS-C催化剂优异的催化活性(例如，过电位为490 mV下CO的法拉第效率为98%)和稳定性(30小时内未失活)。该工作为设计低成本、高催化活性的二氧化碳还原催化剂提供了一种新的策略。
FupingPan, Boyang Li, Erik Sarnello, Sooyeon Hwang, Yang Gang, Xuhui Feng, XianmeiXiang, Nadia Mohd Adli, Tao Li, Dong Su, Gang Wu, Guofeng Wang, Ying Li.Boosting CO2 Reduction on Fe-N-C with Sulfur Incorporation:Synergistic Electronic and Structural Engineering. Nano Energy, 2019.
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104384
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104384
25. Nano Energy：Mo3Fe3C电催化固氮的实验与理论研究
传统合成氨工业使用的哈伯-博施法需要在较高的温度和较大的压力下进行，耗能相对较高，且会排放大量的二氧化碳，不利于环境。采用电化学方法在室温常压条件下以N2和H2O为原料合成氨气是极具潜力的方法。然而，氮氮三键极其稳定，其断裂需要较负的电位，此时会半生析氢反应（HER）的发生。因而，电催化氮气还原反应（ENRR）既要降低固氮的能垒，又要抑制析氢反应的进行。
鉴于此，来自广州大学的彭峰教授团队受生物固氮酶中Mo-Fe位点的启发，合成了一种Mo3Fe3C材料。研究发现，该催化剂具有优异的固氮催化性能，氢能够有效的抑制HER的发生，在-0.05v（vsRHE）的电位下，ENRR的法拉第效率高达27.0%。此外，研究人员创新性的采用傅里叶变化交流伏安法（FTACV）探索了ENRR过程中电子的传递。研究结果表明Mo3Fe3C在低电势下有助于还原N2。DFT计算结果表明，与Mo2C和Fe3C，Mo3Fe3C更有利于N2的活化和加氢的发生。由于Mo-Fe位点间的协同效应，N2加氢的电位控制步骤所需克服的活化能垒更低。该研究为ENRR催化剂的理性设计提供了新的途径。
BinhaoQin, Yuhang Li, Qiao Zhang, Guagnxing Yang, Hong Liang, Feng Peng*,Understanding of Nitrogen Fixation Electro Catalyzed by Molybdenum-Iron Carbidethrough the Experiment and Theory, Nano Energy, 2019.
DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104374
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519310882?dgcid=rss_sd_all#!
26. Small：中空CoP/TiOx异质结强化析氧反应
析氧反应（OER）是能源储存与转化，如电化学水解和可充电金属-空气电池等过程的关键过程。OER为四电子参与的反应，过程复杂，动力学慢，因而需要高效的催化剂促进动力学并降低过电位。过渡金属磷化物是OER电催化剂的潜在高效催化材料。近日，来自北京大学的邹如强教授与王前教授合作以金属有机框架纳米晶作为模板，制备了中空结构、CoP纳米颗粒均匀分散于TiOx上的CoP/TiOx异质结材料。
研究发现，CoP/TiOx异质结上CoP和TiOx的强相互作用以及TiOx表面Ti3+位点的导电性能使得该材料具有与已报道IrO2或RuO2催化剂相当的OER性能，在电流密度为10 mA cm−2时，其过电位为337mV。结合理论计算，该研究发现CoP/TiOx异质结可为电子传递提供更为简单的途径，并且能够优化水的吸附能，进而促进OER电催化性能的提高。
ZibinLiang, Wenyang Zhou, Song Gao, Ruo Zhao, Hao Zhang, Yanqun Tang, Jinqian Cheng,Tianjie Qiu, Bingjun Zhu, Chong Qu, Wenhan Guo, Qian Wang, Ruqiang Zou*, SFabrication of Hollow CoP/TiOx Heterostructures for Enhanced OxygenEvolution Reaction, Small, 2019.
DOI:10.1002/smll.201905075
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201905075?af=R
27. AEM：原子结构修饰用于电化学氮还原制氨
电化学氮还原反应（NRR）可在常温常压条件下将氮气转化制氨，近年来受到了广泛的关注。与工业制氨过程相比，NRR制氨法拉第效率仍较低，尚不能满足实际需求。近期多项研究通过调控催化剂结构以引入额外的活性位点促进N2的活化与加氢过程，即提高催化剂的本征活性。
近日，来自电子科技大学Jianwen Huang、Xianfu Wang、熊杰教授综述了近期原子结构修饰在高效NRR催化剂中的应用，着重阐述了原子结构修饰的具体手段，如缺陷工程（杂原子掺杂和原子空位）、表面取向、表面无定型化、多级结构工程。此外，讨论了目前NRR过程仍然面临的挑战，并展望了未来获取高效高选择性NRR催化剂的发展方向。
XinruiChen, Yitian Guo, Xinchuan Du, Yushuang Zeng, Junwei Chu, Chuanhui Gong,Jianwen Huang*, Cong Fan, Xianfu Wang*, Jie Xiong*, Atomic StructureModification for Electrochemical Nitrogen Reduction to Ammonia, Advanced EnergyMaterials, 2019.
DOI:10.1002/aenm.201903172
https://pericles.pericles-prod.literatumonline.com/doi/full/10.1002/aenm.201903172?af=R
28. Angew: 调节MOF基单原子镍电催化剂的N配位环境提高催化活性
能源短缺和环境污染是人类社会发展面临的最严峻的问题。当前世界的能源消耗仍是以化石能源为主。日益增多的人类活动不仅会加快化石燃料的消耗，还会造成大气中以CO2为主的温室气体排放量增加，打破自然界的碳平衡。在此背景下，探索有效的降低大气中CO2浓度的技术已成为各国政府和科学家的重点研究方向。其中，电催化CO2还原并使之转变成对人类有益的碳氢化合物燃料的技术尤其具有吸引力，其可以在常温常压下进行，所需的能量可以直接或间接地由太阳能等可再生能源提供，真正实现碳元素的循环使用。设计制备低成本、高效的CO2RR催化剂是该技术规模化应用的前提。单原子催化剂的通用合成和配位环境的控制仍是一个巨大的挑战。
近日，中国科学技术大学江海龙教授课题组通过在双金属有机框架中引入聚吡咯(PPy)，提出了一种通用的主-客体协同保护策略来构建SACs。例如，在MgNi-MOF-74中引入Mg2+延长了相邻Ni原子的空间距离，PPy客体作为N源，以稳定在热解过程中分离的镍原子。通过对热解温度的调节，制备了一系列单原子镍催化剂(Ni SA-Nx-C)，其N配位数各不相同。而且，Ni SA-N2-C催化剂，具有最低的N配位数，具有非常高的法拉第(98%)和周转频率(1622 h-1)，远优于Ni SA-N3C和Ni SA-N4-C的CO2还原活性。理论计算表明，Ni SA-N2-C中单原子Ni位点的低N配位数有利于COOH*中间体的形成，这是其活性较好的原因。该工作对通过调节配位活性改善单原子催化剂的催化活性具有重要的借鉴意义。
Hai-LongJiang, Yun-Nan Gong, Long Jiao, Yunyang Qian, Chun-Yang Pan, Lirong Zheng,Xuechao Cai, Bo Liu, Shu-Hong Yu. Regulating Coordination Environment ofSingle-Atom Ni Electrocatalysts Templated by MOF for Boosting CO2 Reduction.Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI:10.1002/anie.201914977
https://doi.org/10.1002/anie.201914977
29. AEM: 原子级Mo掺杂Co9O8，助力高效全PH范围电解水
从能源转换和存储来说，使用先进技术缓解风能和太阳能间歇性的问题是非常有意义。应用可再生能源电解水学制氢是非诚有吸引力的技术路线。然而，在电解水的过程中，阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）的反应过电势较大阻碍了其实际应用。而且，基于热力学原因，HER在强酸性介质中反应活性高，OER在强碱性介质中反应活性高。所以，从实际应用的角度来看，开发在同一介质条件下的HER和OER高活性非贵金属催化剂非常重要。近日，北京大学孙俊良教授和北京化工大学孙晓明教授课题组报道了一种酸性碱性和中性介质中都表现出高活性的单原子Mo掺杂Co9S8的HER和OER双功能催化剂（Mo-Co9S8@C）。
该材料先通过水热法合成Co9S8，在通过部分氧化表面的S来锚定Mo原子（Mo含量为0.99 wt%）。Mo-Co9S8@C催化剂界面表现出独特的电子结构，非常有利于水分子吸附、O自由基形成和产物释放。Mo-Co9S8@C催化剂在HER 10 mA cm -2酸性碱性和中性条件下分别实现了98、113、140 mV 的低过电势。同时，在OER 10 mA cm -2酸性碱性和中性条件下的过电势分别为200、90、290 mV。其性能胜过多数已报道的贵金属或非贵金属催化剂。在实际电解水测试中，Mo-Co9S8@C材料在强酸和强碱环境中分别工作24 h 和72 h ,电流密度几乎没有衰减。特别的，实验数据和DFT理论计算结果表明Mo-Co9S8@C高活性的原因在于其丰富的活性位数量和界面/表面的特殊电子结构。该工作展示的杰出成果对单原子分散修饰策略在全PH电解水催化剂的开发有很好的指导作用。
Wang,L.; Duan, X.; Liu, X.; Gu, J.; Si, R.; Qiu, Y.; Qiu, Y.; Shi, D.; Chen, F.;Sun, X.; Lin, J.; Sun, J., Atomically Dispersed Mo Supported on Metallic Co9S8 Nanoflakesas an Advanced Noble-Metal-Free Bifunctional Water Splitting Catalyst Workingin Universal pH Conditions. Adv. Energy Mater. n/a (n/a), 1903137
10.1002/aenm.201903137
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201903137?af=R
30. ACS C&EN：新型催化剂将一次性塑料转化为高质量液态碳氢化合物
塑料常常服务于一些“一过性”的用途。每年，大约有3亿吨材料仅使用过一次就被丢弃，造成极大的污染和浪费。科学家和企业一直在合作以改变这种状况，研究可将一次性塑料转变为更有价值的产品的方法。如今，研究人员设计出了一种催化剂，能够将一次性聚乙烯（甚至那些来自塑料袋的类型）有选择性地转化为润滑剂，例如机油或蜡，用于洗涤剂、化妆品等产品。各公司一直在测试比如催化热解这样的技术。该技术利用高温和缺氧将废弃聚合物转化为一系列短链碳氢化合物，就像柴油燃料中常见的那些。在这项研究中，研究人员转而利用氢解反应，用氢来分解碳-碳键。
论文合著者阿贡国家实验室（Argonne NationalLaboratory）的Massimiliano Delferro说，这两种方法都不是完美的，但若有合适的催化剂，后一种方法可更具选择性并产生更高质量的产品。迄今为止，很少有研究探讨聚乙烯的催化氢解问题。聚乙烯是一种塑料，用于诸多一次性产品，譬如食品包装薄膜、奶瓶和医疗设备中的一次性部件。该项研究使用的新型催化剂最初是由西北大学的Kenneth R. Poeppelmeier的实验室合成的。为了制造新催化剂，研究小组使用原子层沉积法将铂纳米颗粒分散到了尺寸小于100纳米的钛酸锶(SrTiO3)立方体上。铂是氢解的常见催化剂，将铂纳米颗粒负载在SrTiO3上有助于它们承受聚乙烯反应所需的苛刻反应条件。聚乙烯氢解的挑战之一是难以控制氢在反应中的添加，导致聚乙烯过度分裂成轻质、低价值的碳氢化合物，如甲烷和乙烷。在这项工作中，研究人员控制了铂纳米颗粒的大小和分布，以最大程度地减少这一问题，并从一系列分子量不同的聚乙烯中生成了液态碳氢化合物。这些碳氢化合物可作为润滑剂或蜡，并进一步被加工成化妆品和洗涤剂等日常必需品。（来源：ACS美国化学会 C&EN）
GokhanCelik, Robert M. Kennedy, Ryan A. Hackler, Magali Ferrandon, AkalankaTennakoon, Smita Patnaik, Anne M. LaPointe, Salai C. Ammal, Andreas Heyden, Frédéric A. Perras, Marek Pruski, Susannah L. Scott, Kenneth R.Poeppelmeier, Aaron D. Sadow, Massimiliano Delferro. Upcycling Single-UsePolyethylene into High-Quality Liquid Products. ACS Central Science. 2019.
DOI:10.1021/acscentsci.9b00722
https://doi.org/10.1021/acscentsci.9b00722
31. ACS: 具有丰富金属-半导体界面的RuCo基双功能电催化剂的构筑
氢能源和通过质子交换膜(PEM)或无膜电解水制氢具有巨大的应用前景，促使研究人员不断设计制备具有高活性和酸性稳定的双功能的电催化剂，并降低酸性介质中整体水分解的成本。近日，澳大利亚科廷大学的Shaomin Liu和Zongping Shao团队与西华师范大学的蒋静研究员团队合作报道了一种新型的嵌入到氮掺杂碳(NC)基体中的钌改性钴基电催化剂，在该催化剂中合理设计了莫特-肖特基异质结构，实现了在强酸性环境中对全水裂解的高活性和稳定性。这种复合材料通过钴基MOF的碳化、钴和Ru之间的电流交换以及可控部分氧化可简单地制备得到。
掺杂入NC基体内的RuCo的部分氧化导致了一类RuO2/Co3O4复合材料的形成，这种复合材料具有丰富的金属-半导体界面，有利于电荷转移过程。结果表明，该复合材料在酸性介质中对析氧和析氢反应的电催化活性均有显著提高。值得注意的是，该催化剂对OER和HER的过电位分别为247和141 mV，以及在10 mA/cm2时全水分解的电池电压为1.66 V。此外，在0.5 M的H2SO4溶液中，由于有涂层碳薄膜的保护，其工作稳定性可与在碱性条件下工作的溶液相媲美。该工作对于设计制备高性能的酸性条件下全水电解双功能电催化剂具有重要的借鉴意义。
ZehuiFan, Jing Jiang, Lunhong Ai, Zongping Shao, Shaomin Liu. Rational Design ofRuthenium and Cobalt-Based Composites with Rich Metal–InsulatorInterfaces for Efficient and Stable Overall Water Splitting in AcidicElectrolyte. ACS Applied Materials & Interfaces, 2019.
DOI:10.1021/acsami.9b15844
https://doi.org/10.1021/acsami.9b15844
32. 湖大谭勇文教授ACS Energy Letters: 纳米多孔铜钌合金用作高效HER催化剂
电化学水分解制氢是一种生产清洁、可持续氢能源的理想方案，其中活性催化剂对于低过电位下的高效转化非常关键。到目前为止，在酸性介质中析氢反应（HER）中Pt是最有效的催化剂，然而在碱性或中性条件下，Pt基催化剂的性能急剧下降。因此，获得高效的碱性HER催化剂仍然是一个巨大的挑战。钌(Ru)金属对H2O分子具有良好的吸附能力，但是其对于H的吸附太强，导致其碱性HER催化性能较差。最近，金属合金在金属基体中溶质原子和基质之间的相互作用可以改变它们的电子结构，获得合适的对中间产物的吸附能，进而获得良好的催化性能。因此，构建Ru基的金属合金是获得优异碱性HER性能的新途径。
近日，湖南大学谭勇文教授课题组采用脱合金法制备了一种高性能的无铂HER催化剂—三维纳米多孔铜钌合金。值得注意的是，优化的纳米多孔Cu53Ru47合金表现出优异的HER催化活性，起始电位接近于0，在碱性和中性电解液中具有超低的塔菲尔斜率（在碱性和中性电解液中分别范围∼30和∼35 mV dec–1），在碱性和中性电解液中实现催化电流密度为10 mA cm–2需要的过电位分别为∼15和∼41 mV。原位X射线吸收光谱实验结合DFT模拟结果表明，Ru原子掺入Cu基体不仅加速了水的吸附和活化反应速率，而且优化了Cu和Ru活性位点的氢键能，提高了其固有HER催化活性。该工作对于设计制备低成本、高活性的合金催化剂具有重要的借鉴意义。
QiuliWu, Min Luo, Jiuhui Han, Wei Peng, Yang Zhao, Dechao Chen, Ming Peng, Ji Liu,Frank M.F. de Groot, Yongwen Tan. Identifying Electrocatalytic Sites ofNanoporous Copper-Ruthenium Alloy for Hydrogen Evolution Reaction in AlkalineElectrolyte. ACS Energy Letters, 2019.
DOI:10.1021/acsenergylett.9b02374
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.9b02374
33. AFM: 模板辅助合成金属扭曲八面体相Sn0.3W0.7S2纳米片用作HER催化剂
能源和环境问题是21世纪科研工作者们研究的重点课题之一，清洁、可持续的氢能源的利用有望缓解这些问题。目前，工业上主要使用天然气蒸汽转化生产氢气，但该方法会产生废气，如一氧化碳、二氧化碳等对环境造成破坏，违背了使用氢气的初衷。而电催化分解水制备氢气则不会产生该类废气，可以高效生产高纯度氢气。此时催化剂的选择便自然而然成为关键性的问题。近年来，二维（2D）层状金属硫属化合物（LMD）由于具有超薄的结构与大的比表面积和充分暴露的原子在催化领域得到极大关注，然而其导电性和活性仍有待进一步提高。在LMD中，金属配位可以从三棱柱形（2H相）变为八面体（1T相）和扭曲的八面体（1T’相），亚稳态和金属性材料因其较高的本征导电性而有望成为有效的HER催化剂。因此，T’相结构对提高电导率、增加活性位点、提高本征催化活性有着重要影响，是提高析氢反应活性的迫切需要。然而晶体相控制仍然是精确合成二维层状双卤代金属材料的难题。
近日，湖南大学刘松教授课题组和冯页新教授课题组合作，通过理论计算发现，将W与1T二硫化锡(SnS2)模板结合形成亚稳态T '相2D Sn1−xWxS2合金，以实现半导体金属的转变。他们采用水热合成的方法，通过调节反应物的摩尔比，制备了含不同x的二维Sn1−xWxS2合金，其中Sn0.3W0.7S2在金属相中的浓度最大为81%，具有扭曲的八面体-协调亚稳1T’相结构。所得的1T’‐Sn0.3W0.7S2具有高的本征导电性、晶格畸变和缺陷，显著改善了其HER催化性能。与原始SnS2相比，金属Sn0.3W0.7S2加上炭黑的活性至少提高了215倍。而且，它具有良好的长期耐用性和循环稳定性。该工作提出了一种使用T相材料作为模板并合并杂原子来制备合成亚稳相2D LMDs的通用相变策略，为设计制备高活性的HER催化剂提供了新的思路。
GongleiShao, Xiong‐Xiong Xue, Binbin Wu, Yung‐Chang Lin, MirayOuzounian, Travis Shihao Hu, Yeqing Xu, Xiao Liu, Shisheng Li, Kazu Suenaga,Yexin Feng, Song Liu. Template-Assisted Synthesis of Metallic 1T’-Sn0.3W0.7S2 Nanosheets for Hydrogen Evolution Reaction. AdvancedFunctional Materials, 2019.
DOI:10.1002/adfm.201906069
http://doi.org/10.1002/adfm.201906069
