1. PNAS: 高效Cu-Fe二元催化剂助力CO₂光电还原制甲烷

 合理地设计电催化剂是一条固定CO₂制备太阳能燃料的有效手段，但是这条道路受限于催化剂活性与效率等问题而充满了挑战。最近，加拿大麦克基尔大学的Jun Song与美国密歇根大学的Zetian Mi等利用密度泛函理论对廉价二元Cu-Fe催化剂CO₂光电化学还原制甲烷的过程进行了研究。

有关反应能量的计算表明二元体系中的Cu和Fe能够协同的促进CO₂线性构型的变形，能够通过稳定反应中间体使得原本较高的反应活化能降低，因此有利于CO₂分子的活化和向甲烷的转化。研究人员还从实验角度对上述结果进行了验证。这种二元CuFe催化剂在工业用硅光电极上显示出高达38.3mA/cm²的电流密度，其产生甲烷的法拉第效率高达51%，在空气质量为1.5 global（AM 1.5G）的单太阳光照射下翻转频率为2176/h。

BaowenZhou, Jun Song, Zetian Mi et al, Highly efficient binary copper−ironcatalyst for photoelectrochemical carbon dioxide reduction toward methane,PNAS, 2020

DOI:10.1073/pnas.1911159117

https://www.pnas.org/content/early/2020/01/02/1911159117.short?rss=1

2. Nat. Commun.: 二维极限下的晶界工程助力高性能氢析出反应

具有原子级别厚度的过渡金属二硫化合物在电催化领域吸引了诸多关注。到目前为止，人们已经广泛地研究了其边缘、掺杂的异质原子以及缺陷在氢析出反应中作为活性位点进行水的分解。然而，晶界这种在过渡金属二硫化合物中较为典型的缺陷结构的催化效应却因为其低密度和多变的形式而被忽略了。

在本文中，上海大学的Minghong Wu,新加坡南南洋理工大学的Qijie Wang、Zheng Liu以及西班牙加泰罗尼亚纳米科学与技术研究所的Jordi Arbiol等人成功地合成了晶界密度高达10¹²cm^-2的原子级别厚度的过渡金属二硫化合物薄膜并对晶界的电催化效应进行了系统研究。他们利用微电化学测试发现这种纳米晶薄膜表现出优异的电催化性能，其起始电位为-25mV,Tafel斜率为54mV/dec。此外，他们还提出了一种爬升驱动0D/2D相互作用来解释这种富晶界薄膜在氢析出反应中的催化机制。

YongminHe, Minghong Wu, Qijie Wang, Zheng Liu, Jordi Arbiol et al, Engineering grainboundaries at the 2D limit for the hydrogen evolution reaction, NatureCommunications, 2020

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13631-2?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+ncomms%2Frss%2Fcurrent+%28Nature+Communications+-+current%29

3. Nat. Commun.：界面Fe₅C₂-Cu催化剂将低压合成气转化为长链醇

含有五个以上碳的长链醇是制造增塑剂，清洁剂和润滑剂的主要替代燃料和原料。通过串联策略从合成气合成长链醇（LAS）是一种简便，经济且环境友好的方法，也为将煤/生物质/天然气转化为高价值化学品提供了有希望的途径。在各种二元催化剂体系（Cu-Fe，Cu-Co，Co-Mo）中，Cu-Fe二元催化剂具有成本效益和高CO转化率，在长链醇的生产中引起了相当大的关注。近日，北京化工大学卫敏，北京大学马丁，中科院金属研究所张炳森等多团队合作，报道了一种由Cu₄Fe₁Mg₄层状双氢氧化物（Cu₄Fe₁Mg₄-LDH）前驱体衍生的Fe₅C₂-Cu界面催化剂，即Fe₅C₂簇（〜2 nm）被固定在Cu纳米颗粒（〜25nm）上。

实验发现，在1 MPa的反应压力下，该界面催化剂表现出的CO转化率为53.2％，对长链醇选择性为14.8 mol％，时空产率为0.101 g g_cat^-1h^-1，与其它Cu-Fe二元催化剂在3-8 MPa压力下的最佳时空产率水平相当。进一步研究表明，高度分散的Fe₅C₂纳米团簇被限制在Cu纳米颗粒的表面，形成了丰富的Fe₅C₂-Cu界面。Fe₅C₂团簇与Cu纳米颗粒之间的协同相互作用是低压下高效催化生成长链醇的主要原因。该工作不仅发现了一种用于LAS的独特结构催化剂，而且为二元金属催化剂的构造提供了启示。

YinwenLi, Min Wei *, Bingsen Zhang, Ding Ma,* et al. Interfacial Fe₅C₂-Cucatalysts toward low-pressure syngas conversion to long-chain alcohols. Nat.Commun., 2019

DOI:10.1038/s41467-019-13691-4

https://www.nature.com/articles/s41467-019-13691-4

4. JACS.: 温和液相法宏量制备碳化钼纳米颗粒用作热催化二氧化碳加氢

过渡金属碳化物（TMCs）具有本征的多功能性和可调的成分，在催化领域具有非凡的应用潜力。但是，制备TMCs所需的苛刻条件限制了对其物化性质的可控区间。近日，美国可再生能源实验室Frederick G.Baddour团队和南加利福尼亚大学的Richard L. Brutchey与Noah Malmstadt团队联合报道了温和液相方法在连续微流体反应器中宏量的制备了纯相的碳化钼纳米颗粒（α-MoC_1−x）。所得纳米颗粒被有机配体保护，非常稳定且具有抗氧化的性质。将所得α-MoC_1−x分散在惰性的碳载体上制得的催化剂在二氧化碳加氢领域显示出优异的性能。

FrederickG. Baddour, Emily J. Roberts, Anh T. To, Lu Wang, Susan E. Habas, Daniel A.Ruddy, Nicholas M. Bedford, Joshua Wright, Connor P. Nash, Joshua A. Schaidle, RichardL. Brutchey, and Noah Malmstadt. An Exceptionally Mild and ScalableSolution-Phase Synthesis of Molybdenum Carbide Nanoparticles forThermocatalytic CO₂ Hydrogenation. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI:10.1021/jacs.9b11238

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11238

5. 林文斌JACS: MOF框架结构显著增强铜光敏剂的光催化析氢和CO₂还原性能

过渡金属配合物通过形成长寿命的电荷分离激发态，被用作太阳能转化为电力或化学燃料的有效的采光组分。Ru-和Ir-聚吡啶类配合物是优良的光敏剂(PSs)，但它们的实际应用受到Ru和Ir的壳丰度极低、成本高、毒性高的限制。在过去的十年中，以地球上丰富的元素(如CuI配合物)为基础的选择性PSs已经被广泛研究，并在析氢反应(HER)、染料敏化太阳能电池、和有机光催化方面显示出巨大的潜力。然而，铜PSs (Cu-PSs)的性能相对较差的，不如Ru和Ir PSs，这是由于相对不稳定的CuI配体键和不受欢迎的溶剂辅助淬火的平展激发态。因此，开发提高Cu-PSs光敏性能的新策略具有重要意义。金属有机骨架作为一类新型多孔分子材料，在催化反应中具有稳定难溶金属活性位点的作用。MOFs的合成可调性还允许多种功能的分级合并以实现协同反应或促进能量和电子转移。

近日，芝加哥大学林文斌教授等人设计制备了两种多功能金属有机骨架材料mPT-Cu/Co和mPT-Cu/Re的，它们由铜光敏剂(Cu-PSs)和分子Co或Re催化剂组成，可分别用于光催化析氢(HER)和CO₂还原(CO₂RR)反应。在这些MOFs中，Cu-PSs和Co/Re催化剂的分级结构促进了在可见光下的多电子转移来驱动HER和CO₂RR，对于mPT-Cu/Co，其HER的TON为18700，对于mPT-Cu/Re，其CO₂RR的TON为1328。光物理和电化学表征揭示了HER和CO₂RR催化循环中的还原淬火路径，由于Cu-PSs和活性催化剂紧密接触和MOF框架结构对Cu-PSs和分子催化剂的稳定作用，通过提高电子转移显著提高了MOFs的

Feng,Pi, Song, Brzezinski, Xu, Li, Lin. Metal-Organic Frameworks SignificantlyEnhance Photocatalytic Hydrogen Evolution and CO₂ Reduction withEarth-Abundant Copper Photosensitizers. Journal of the American ChemicalSociety, 2020.

DOI:10.1021/jacs.9b12229

http://dx.doi.org/10.1021/jacs.9b12229

6. JACS：2D AgBiP₂Se₆单层中的铁电开关调控光催化水分解

光催化水分解是解决能源危机并提供可再生和清洁能源的有前景的技术。近年来，尽管已经提出了许多二维（2D）材料作为光催化候选物，但是仍然缺乏有效调节光催化反应和转化效率的策略。近日，昆士兰科技大学Liangzhi Kou等基于第一原理计算，发现AgBiP₂Se₆单层的铁电-顺电相变可以很好地调节光催化活性和能量转换效率。

作者发现AgBiP₂Se₆单层的铁电相具有较高的电势和较大光生空穴用于水氧化的驱动力，但在顺电相中具有较高的光生电子相对值，用于氢还原反应。此外，太阳能到氢能的转换效率也可以通过相变来调节，由于载流子利用率更高，在铁电相上转换效率高达10.04％，而在顺电相上转换效率仅为6.66％。而且，在顺电状态下，激子结合能总是比在铁电态下更小，这表明铁电开关还可以对光激发载流子的分离进行方向调节。该工作不仅揭示了铁电极化对水分解的重要性，而且还为通过铁电开关改变二维铁电材料的光催化性能开辟了道路。

LinJu, Liangzhi Kou*, et al. Tunable photocatalytic Water-splitting by theFerroelectric Switch in 2D AgBiP₂Se₆ Monolayer. J. Am.Chem. Soc., 2019

DOI:10.1021/jacs.9b11614

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11614

7. JACS: 纳米线合金催化剂的高活性和耐久性的来源

控制合金催化剂的表面组分和形貌对于实现氧还原反应催化剂和燃料电池催化剂的高活性和耐久性至关重要。近日，湖南大学的余刚教授、中密歇根大学的Valeri Petkov和美国纽约州宾汉姆顿大学钟传建教授等人合作提出了一种制备具有可控双金属成分的纳米线型铂铁合金催化剂的无表面活性剂合成方法。具有最优~ 24% Pt初始组分的PtFe TNWs表现出最高的质量活性(3.4 A/ mgPt，高于商业Pt催化剂20倍)和耐久性(在40000次周期后仅有< 2%的活性损失和在120000个周期后仅有< 30%的活性损失)，这也是目前为止所有PtFe基纳米催化剂在ORR或燃料电池操作条件下报道的最高值。

利用原位和原位同步X射线衍射耦合原子对分布函数分析和三维建模，结果表明，PtFe TNWs具有混合fcc-bcc合金结构和显著的晶格应变。而且，在ORR或燃料电池操作条件下，活性强烈地依赖于催化剂的元素组分，尽管不同催化剂的组成及其晶格常数发生了变化，但这种依赖性仍然保持不变。值得注意的是，在燃料电池的操作条件下，脱合金从相分离的区域位置开始，最终形成具有细微表面形貌差异的fcc合金结构。由于TNWs的重新分布和形貌的改变，表面晶格应变得到了很大程度的保留。这种应变和TNWs的特殊性质被认为是催化剂具有优异活性和耐久性的原因。这些发现为纳米合金催化剂的结构、活性和耐久性之间的关系提供了新的见解，并有望通过控制其合金结构和形貌，设计开发高活性、耐久、低Pt含量的纳米线催化剂。

ZhijieKong; Yazan Maswadeh; Jorge A Vargas; Shiyao Shan; Zhipeng Wu; Haval Kareem;Asher C. Leff; Dat T. Tran; Fangfang Chang; Shan Yan; Sanghyun Nam; XingfangZhao; Jason M. Lee; Jin Luo; Sarvjit Shastri; Gang Yu; Valeri Petkov;Chuan-Jian Zhong. Origin of High Activity and Durability of Twisty Nanowire AlloyCatalysts under Oxygen Reduction and Fuel Cell Operating Conditions. Journal ofthe American Chemical Society, 2019.

DOI:10.1021/jacs.9b10239

https://doi.org/10.1021/jacs.9b10239

8. 任斌&钟锦辉JACS: 探究在Pd/Au双金属表面上的活性氧物种局部产生和扩散

活性氧（AOS）在许多与清洁能源和环境有关的重要催化反应中起着关键作用。然而，表征生产AOS的活性位点并成像AOS的表面性质，特别是在多组分金属催化剂表面上，仍然具有挑战性。厦门大学的任斌和奥登堡大学的钟锦辉团队利用针尖增强拉曼光谱（TERS）来探测OH自由基在Pd /Au（111）双金属催化剂表面上的局部生成和扩散。可以从金属表面的过氧化氢（H₂O₂）催化生成反应性OH自由基，然后将表面吸附的硫醇盐（一种用作TERS探针的反应物）氧化。

通过TERS成像未反应的硫醇盐分子的空间分布，证明了Pd表面对OH自由基的产生是有活性的，并且Pd台阶边缘显示的活性比Pd台阶高得多，而Au表面没有活性。此外，研究发现在Pd台阶边缘处局部生成的OH自由基可以扩散到Au和Pd表面位点，从而引起氧化反应，其扩散长度估计为5.4 nm。该TERS成像具有几纳米的空间分辨率，不仅可以揭示活性位点，而且可以表征真实空间中OH自由基的扩散行为。该结果对于理解AOS触发的催化反应非常有价值。

Probingthe Local Generation and Diffusion of Active Oxygen Species on a Pd/AuBimetallic Surface by Tip-Enhanced Raman Spectroscopy，J. Am.Chem. Soc. 2020

DOI: 10.1021/jacs.9b10512

https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b10512

9. JACS：高指数Pt（hkl）表面ORR中间体的直接原位拉曼光谱证据

高指数Pt（hkl）单晶因其具有有序，典型的原子结构和出色的催化活性，其表面氧还原反应（ORR）的研究受到了广泛的关注。但是，在反应过程中很难获得ORR中间体的直接光谱证据，尤其是在高指数Pt（hkl）表面。近日，厦门大学李剑锋，西班牙阿利坎特大学Juan Miguel Feliu等采用原位拉曼光谱来研究了高指数Pt（hkl）表面的ORR过程，包含Pt晶体的[011]晶体区-即Pt（211）和Pt（311）。

通过控制实验和同位素取代实验，作者成功地获得了Pt（211）和Pt（311）表面OH和OOH的原位光谱证据。通过基于拉曼光谱的详细分析，作者得出结论，高指数Pt晶体表面上OOH的吸附差异对ORR活性具有重要影响。该工作阐明并加深了对高指数Pt（hkl）表面ORR机理的理解，并为合理设计高活性ORR催化剂提供了理论指导。

Jin-ChaoDong, Min Su, , Juan Miguel Feliu*, Jian-Feng Li*, et al. Direct In Situ RamanSpectroscopic Evidence of Oxygen Reduction Reaction Intermediates at High-IndexPt(hkl) Surfaces. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI:10.1021/jacs.9b12803

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12803

10. JACS : EPR光谱告诉你LDH中Fe(III)和Ni(II)在OER的作用

电解水制氢是目前最有前景的制氢路径。而析氧反应（OER）作为电解水过程中的速率控制步骤，开发高效OER催化剂是电解水工业需要解决的一个重要问题。层状双金属氢氧化物（LDH）结构在自然界中广泛存在，且常被用来设计为析氧反应OER催化剂。近几年，Fe(III)取代部分Ni(II)的FeNi-LDH引起了广泛研究，Fe(III)引入在提高水氧化过程中发挥了重要作用。而且，Fe(III)引入到任意第一排过渡金属双金属氢氧化物中都会提升其催化性能。为了提升这类异质催化剂性能，详细了解金属配位环境是判断反应机理的首要条件。

近日，加州大学戴维斯分校的R. David Britt博士用电子顺磁光谱EPR研究了ZnAl LDH中掺杂的Fe和Ni原子的配位环境。多频EPR光谱揭示在Fe-ZnAl LDH 中存在两中明显不同的Fe(III)位点。材料的脱水作用改变零场分裂ZFS揭示了一种Fe(III)位点是solvent-exposed（位于边缘、缺陷处），另一种为inset型Fe(III)位点。两种Fe(III)位点有特定的axial ZFS。而且在Ni-ZnAl LDH 材料中Ni(II)也有类似的现象。位于边缘处的Fe(III)和Ni(II)在温和加热真空条件下非常容易失去水或氢氧根，揭示了一种可能的反应机理，即产生high-valentmetal-oxo活性单位。

Sayler,R. I.; Hunter, B. M.; Fu, W.; Gray, H. B.; Britt, R. D., EPR spectroscopy ofiron- and nickel-doped [ZnAl]-layered double hydroxides: modeling active sitesin heterogeneous water oxidation catalysts. J. Am. Chem. Soc. 2019.

DOI:10.1021/jacs.9b10273

https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b10273

11. 吉林大学Angew：具有强原子间dsp轨道杂化的过渡金属硼金属间化合物高性能电催化

非均相催化剂的表面化学吸附性能在其催化活性，稳定性和选择性方面起着至关重要的作用。合理调整催化剂材料的电子结构可增强催化剂的催化性能。近日，吉林大学Xiaoxin Zou等报道了一项理论与实验联合的研究，目的是对含硼金属间化合物中金属-硼电子相互作用的性质及其对表面氢吸附性能和析氢催化活性的影响提供一些见识。理论计算结果表明，过渡金属的d轨道与硼的sp轨道之间的强杂化可存在于15种过渡金属（TM）-硼金属间化合物（TM：B = 1：1）中，这会使得氢原子在金属封端的金属间表面的吸附要弱于相应的纯金属表面。

电子结构的这种调控进一步使几种金属间化合物（例如PdB，RuB和ReB）成为潜在的，高效析氢材料，其催化活性接近基准催化剂铂。作者还提供了一种合成这类T_MB金属间化合物的一般反应途径，相对于常规元素反应途径而言，反应焓更高。通过这种反应途径，作者合成了一系列纯相T_MB金属间化合物，包括V，Nb，Ta，Cr，Mo，W和Ru，并进一步通过实验确定RuB是可高性能催化析氢反应的非铂基电催化剂。该工作为进一步开发含硼金属间化合物作为HER以外各种有用化学反应的高效催化剂提供了参考。

XuanAi, Xu Zou, Hui Chen, Xiaoxin Zou*, et al. Transition Metal‐Boron Intermetallicswith Strong Interatomic d‐sp Orbital Hybridization forHigh‐Performing Electrocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI:10.1002/anie.201915663

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201915663

12. Angew：Mo₂C-MoOx异质结构：原位表面重构促进高效电催化HER

电解水析氢反应（HER）是将间歇性电能（来自太阳能，风能等）转化为稳定的氢能的有效方法，但这需要高效的电催化HER催化剂。研究反应条件下的无贵金属电催化剂的表面重整对理解结构性质关系和开发及设计更好的催化剂的原理很重要。近日，暨南大学Qingsheng Gao，华南理工大学Lichun Yang等采用碳布上的Mo₂C-MoOx（Mo₂C-MoO_x/CC）异质结构作为环境条件下易氧化的电催化剂模型，以揭示析氢反应（HER）过程中的表面重构。

拉曼光谱结合电化学测试研究表明，表面的Mo（VI）氧化物被原位还原为Mo（IV），从而在酸性条件下明显促进了HER。密度泛函理论计算表明，Mo=O端原位还原表面可有效地使裸Mo²C上具有非常负的ΔG(H*)，接近热力学中性，这解决了快速HER动力学的H*解吸困难。不出所料，最佳的Mo₂C-MoO_x/CC仅需要60 mV的低过电势即可在1.0 M HClO₄中达到-10 mA cm^-2的电流密度，优于Mo₂C/CC以及大多数非贵金属电催化剂。该工作为理解电催化剂的构效关系提供了重要见解，并未将来开发设计更高效电催化剂提供了参考。

Liuqing He,Lichun Yang*, Qingsheng Gao*, et al. Molybdenum Carbide‐OxideHeterostructures: in‐situ Surface Reconfigurationtoward Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201914752

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201914752

13. 俞书宏/高敏锐Angew：高曲率过渡金属硫族化物纳米结构高效电催化CO₂还原

将CO₂电化学还原为高附加值的化学品和燃料可以以化学键的形式存储可再生能源（太阳能，风能等）。在CO₂还原反应（CO₂RR）产生的众多产品中，CO特别重要，因为使用H₂O作为反应介质实现CO到燃料的转化在动力学上更有利。但是到目前为止，具有高CO部分电流密度（j_CO）（> 200 mA cm^-2）和法拉第效率（FE）大于95％的无贵金属催化剂几乎未见报道。将CO₂转化为有用燃料的挑战主要来自将CO₂转化为CO₂^•或其它中间体的过程，这通常需要贵金属催化剂，高过电势和/或电解质添加剂（例如，离子液体）。

近日，中科大俞书宏，高敏锐等报道了一种微波加热策略，用于合成过渡金属硫属元素化物纳米结构，该结构可以有效地将CO₂电还原为CO。实验表明，合成的硫化镉（CdS）纳米针阵列在1.2V（相对于可逆氢电极）电压下电催化CO₂RR，具有212 mA cm^-2的电流密度，CO法拉第效率为95.5±4.0％。实验和计算研究表明，具有强的邻近效应的高曲率CdS纳米结构催化剂会产生较大的电场增强作用，这可以浓缩碱金属阳离子，从而提高CO₂的电还原效率。

Fei-YueGao, Shao-Jin Hu, Min-Rui Gao*, Shu-Hong Yu*, et al. High‐curvaturetransition metal chalcogenide nanostructures with profound proximity effectenable fast and selective CO₂ electroreduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI:10.1002/anie.201912348

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912348

14. 南开大学Angew：纳米多孔钯氢化物环境条件下高效电催化N₂还原

氨大量用作氮肥，工业原料和潜在的能量存储介质，因此将N₂转化氨是可持续发展的关键化学转化。电催化氮还原反应（NRR）是一种利用可再生能源可持续地固N₂的环保策略。然而，由于N₂的不可极化性质，氨的电化学合成遭受NH₃产率低和选择性差的问题。近日，南开大学Fangyi Cheng等通过脱合金和原位注氢法合成纳米多孔钯氢化物催化剂。与原始Pd相比，合成的纳米多孔Pd-H表现出更高的电催化剂NRR活性和选择性。

实验表明，该催化剂可在环境条件下高效电催化NRR，在−150 mV的低过电势下，实现了20.4μgh^-1mg^-1的高的氨产率，法拉第效率为43.6％。作者通过同位素氢标记研究发现，钯氢化物中的晶格氢原子作为活性氢源参与了反应。作者通过原位拉曼分析和密度泛函理论（DFT）计算进一步揭示了*N₂H形成限速步骤能垒的降低。该工作报道的钯氢化物的独特质子化模式将为设计高效，稳定的固氮电催化剂提供新的见解。

WenceXu, Guilan Fan, Fangyi Cheng*, et al. Nanoporous Palladium Hydride forElectrocatalytic N₂ Reduction under Ambient Conditions. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI:10.1002/anie.201914335

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201914335

15. Angew：铁催化活细菌的自由基聚合

利用细胞氧化还原过程进行非生物合成的能力，可能使合成工程杂交生物系统成为可能。为了实现这一目标，本文描述了一种新的细菌介导的铁催化可逆失活自由基聚合(RDRP)，使用了一系列金属螯合剂和单体，在环境条件下与细菌氧化还原起始步骤一起生成聚合物。细菌物种-选择了铜绿假单胞菌、大肠杆菌和产孢梭菌的氧化还原酶系统，并对它们诱导聚合物形成的能力进行了评价。

考察了细胞和催化剂浓度、引发剂种类和单体类型等参数。水溶性合成聚合物是在细菌存在的情况下产生的，完全保留了细胞活力。这种方法提供了一种新方式，借助这种方法，细菌氧化还原系统可以在“宿主”细胞存在的情况下生成“非天然”聚合物，从而为制造天然合成的杂化结构和偶联物提供了可能性。

MechelleBennett，Pratik Gurnani ，Cameron Alexander，Phil Hill ，Frankie James Rawson. IronCatalysed Radical Polymerisation by Living Bacteria. Angewandte Chemie

DOI:10.1002/anie.201915084

https://doi.org/10.1002/anie.201915084

16. 天津大学Angew：周期有序中孔可调的钯膜高效电催化甲酸氧化

随着化石燃料短缺和环境污染日益严重，人们迫切需要清洁高效的能源。直接甲酸燃料电池（DFAFC）是最有前途的能量转换系统之一，由于其理论能量密度高，工作温度低且易于管理，因此受到了广泛的关注。开发用于甲酸氧化（FAO）的先进电催化剂是将直接甲酸燃料电池商业化最关键的步骤。近日，天津大学Cheng Zhong等通过不对称复制易溶液晶模板的双连续立方相结构，电沉积合成了具有周期性有序介孔的钯膜。

该钯膜具有最佳的介孔结构，并结合了最大的周期性和最高的有序度，电化学活性表面积为90.5 m²g^–1，对FAO的电催化能力为3.34 A mg^–1，分别是商用Pd/C催化剂的3.8和7.8倍。此外，该钯膜介孔的周期性区域和有序度可以通过控制电沉积过程的温度和电势来调控。一套相应的钯催化剂在固有的FAO催化电流和活性表面积之间表现出近乎线性的正比例关系，这在以前的研究中很少出现。该钯膜材料出色的电催化性能归因于互连的介孔可及性的增强以及介孔率优化后的质量传输动力学。进一步实验发现，该周期有序的钯膜使标准甲酸燃料电池相对于商用Pd/C催化剂的最大电流和功率密度分别提高了4.3和2.4倍。

JiaDing, Zhi Liu, Cheng Zhong*, et al. Tunable periodically ordered mesoporosityin palladium membranes enables exceptional enhancement of intrinsicelectrocatalytic activity for formic acid oxidation. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI:10.1002/anie.201914649

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201914649

17. AFM：等离子体诱导的金-镍磷化物异质结用于光催化水分解

精确控制金属纳米晶体的拓扑结构和适当调节金属-半导体异质结构是理解等离激元诱导的太阳能-化学能转换的结构和材料特性之间关系的重要途径。近日，韩国IBS的Jeong Young Park等人提出了一种自下而上的湿化学方法，通过铂催化镍在金纳米棒(NR)上的准外延生长来合成Au/Ni₂P异质结构。使用Au NR的长径比和C₁₆TAB封端剂的有效胶束浓度控制Ni₂P的结构基序。高度有序的Au/Pt/Ni₂P纳米结构用作水分解的光电催化阳极系统。

电化学和超快吸收光谱表征表明Ni₂P的结构基序（受Ni的外壳沉积控制）有助于在表面等离激元衰减期间操纵热电子传递。通过优的Ni₂P的厚度，长径比为5.2的含Pt的Au NR的几何电流密度为10mA cm^-2，并且具有140 mV的过电势。光电阳极显示出前所未有的长期稳定性，在1.5 V的输入电势下可连续30天保持50h的连续计时电流性能。该工作为设计等离子催化纳米材料以增强太阳能到化学能的转化提供了明确的指导。

IndranilMondal, Hyunhwa Lee, Heeyoung Kim, Jeong Young Park. Plasmon‐InducedHot Carrier Separation across Dual Interface in Gold–NickelPhosphide Heterojunction for Photocatalytic Water Splitting. AdvancedFunctional Materials. 2019

DOI: 10.1002/adfm.201908239

https://doi.org/10.1002/adfm.201908239

18. ACS Catalysis综述: 水相异质催化反应研究进展

水在自然界中无处不在，在许多生物转化过程中充当溶剂或反应物。因此，了解水在这些过程中的作用一直是研究人员多年来的一个重点。例如，水分子在酶催化中起着关键的作用，如控制底物和产物的传质速率，促进活性位点的质子转移，帮助建立有利催化的分子构象。自然界利用水的普遍存在来控制许多酶的反应，利用水的独特性质，这反过来又有助于调节反应速率、选择性和传质速率。水作为溶剂、反应物或副产品的一些自然现象在合成多相催化剂催化的工业相关反应中找到了相似之处。近年来，多相催化领域的研究人员提出，从这些自然现象中获得灵感可以改进催化工艺。例如，这一概念产生了生物启发的过渡金属络合物、具有适当空间限制以稳定所需过渡状态的微孔支撑以及具有优化的亲疏水平衡的活性位点环境。另一种生物启发方法是利用无处不在的水来改变多相反应的活性和选择性。

近日，美国俄克拉荷马大学Daniel E. Resasco教授和王斌教授等人综述了，介绍了水催化反应的不同机理特征，从六个方面评价水对催化活性和选择性的影响：(a)反应物(或产物)的溶解度和质量输运的影响；(b)稳定反应物、产物和过渡状态；(c)在nanospaces；(d)远距离键极化；(e) H-shuttling；(f)游离水作为助催化剂。水在催化过程中可同时起多种作用，但目前准确分析水的每一种作用仍是具有挑战性的。该工作对水的作用的基本理解，和设计模拟酶在自然界中的作用并达到高活性和选择性的反应系统具有重要的意义。

GengnanLi; Bin Wang; Daniel E. Resasco. Water-Mediated Heterogeneously CatalyzedReactions. ACS Catalysis, 2019.

DOI:10.1021/acscatal.9b04637

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04637

19. ACS Catalysis: CoP纳米框架结构作为高效全水分解的双功能电催化剂

电解水制氢是一种清洁、可持续的大规模制备氢气的方法。然而，电解水反应中析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的缓慢电极动力学过程增加了电解水的能耗和经济成本，造成电解水制氢难以大规模实际应用。无论是在水的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，过渡金属磷化物已被证明具有较好的电催化活性，是一种非常具有前景的电催化剂。研究人员已经合成制备了具有高比表面积的磷化钴纳米线、纳米片、纳米管、空心多面体和高度支化的纳米结构等材料，然而这些材料的结构不稳定，易团聚失活。为了最大限度地提高对这两种反应的催化活性，需要在保持反应活性和避免聚合的同时限制催化剂的尺寸。空心纳米框架结构具有高表面积、大孔体积和高原子利用率的优势，而且中空纳米结构(nanoframes)为内部空间提供了足够的通道，更重要的是，其结构稳定，不易团聚失活。

近日，同济大学的陈作锋等人采用包括沉淀、化学蚀刻和低温磷化步骤的策略来设计和合成CoP纳米框架(CoP NFs)。制备的CoP纳米框架催化剂对HER和OER产生了优异的双功能催化活性，在0.5 M H₂SO₄和1 M KOH溶液中，产生10 mA cm^–2的HER催化电流仅需122和136 mV的过电势；在1 MKOH溶液中产生相同的OER催化电流仅需323 mV的过电势，用于高效的电解水装置时，其电流密度为10 mA cm^-2所需的电压仅为1.65 V。该策略还可以被推广用于制备具有X = S、Se和Te的纳米框架CoX₂ NFs。密度泛函理论计算支持的电化学测量结果表明，他们对HER的催化活性依次为:CoP NFs > CoSe₂ NFs> CoS₂ NFs > CoTe₂ NFs。

LvlvJi; Jianying Wang; Xue Teng; Thomas J. Meyer; Zuofeng Chen. CoP Nanoframes asBifunctional Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting. ACSCatalysis, 2019.

DOI:10.1021/acscatal.9b03623

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03623

20. 上交章俊良ACS Catalysis: N掺杂多孔石墨烯负载表面Ir掺杂和成分梯度Cu-Pd纳米球催化剂

调整Pd基纳米材料及其载体的组成和结构，对于促进碱性直接乙醇燃料电池的缓慢乙醇氧化反应(EOR)具有重要的作用。近日，上海交通大学章俊良教授等人通过一个简单的溶剂热法，调整Cu和Pd成分迁移，设计合成了具有特殊结构和高度均匀的小尺寸团簇(NSs)，该团簇具有成分梯度(CG) Cu1Pd1和表面掺杂Ir0.03 (SD)，该团簇被均匀固定在N掺杂多孔石墨烯(NPG)上，用作高性能的EOR电催化剂(^CGCu₁Pd₁/^SDIr_0.03 NSs/NPG)。

全面的物理化学特征、电化学分析和第一性原理计算表明，得益于NPG赋予的传质和氧还原效应，NS赋予的CG-SD结构和尺寸-形貌的影响，以及Cu-Ir赋予的双功能几何和配体的效应，^CGCu₁Pd₁/^SDIr_0.03 NSs/NPG不仅表现出超高的电催化活性和高效的贵金属(NM)利用率（在Pd-和NM质量比活性(MSA)分别是7105 mA mg^–1和6685 mA mg^–1，分别是商业Pd/C催化剂的15.8和14.9倍），而且具有优异的电催化耐久性（Pd-MSA在1 h的计时电流实验和和500个周期的电位循环降解测试后分别为商业Pd/C催化剂的28.1倍和19.2倍）。这研究不仅提供了一种有效的和通用的合成策略准备具有独特CG和SD结构的高效贵金属基纳米材料，可以用于各种电催化和能量转换应用，而且也提出了一些有关组成和结构与EOR电催化功能和机理关系的见解，设计制备高活性和耐久性的EOR电催化剂具有重要的借鉴意义。

LiuxuanLuo; Cehuang Fu; Fan Yang; Xiaolin Li; Fangling Jiang; Yangge Guo; FengjuanZhu; Lijun Yang; Shuiyun Shen; Junliang Zhang. Composition-Graded Cu–PdNanospheres with Ir-Doped Surfaces on N-Doped Porous Graphene for HighlyEfficient Ethanol Electro-Oxidation in Alkaline Media. ACS Catalysis, 2019.

DOI:10.1021/acscatal.9b05292

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b05292

21. ACS Catalysis: W₂C负载的PtAuSn-A催化剂具有迄今为止最高的乙醇转化生成CO₂效率

乙醇作为一种新型绿色能源有着许多独特的优点（例如毒性低，易于制取，高能量密度，易于运输和储存等）。因此，直接乙醇燃料电池（DEFCs）成为低温燃料燃料电池研发的热点。然而，大量的研究表明，乙醇电氧化（EOR）通常经过 C2途径而导致催化过程中的转移电子数低于12电子，从而能量无法得到完全利用。因此，提高催化剂在EOR过程中断裂C-C键的能力成为发展DEFCs的关键技术之一。而且，直接乙醇燃料电池阳极催化剂通常以贵金属钯(Pd)为主要基础元素之一，成本高而且容易被一氧化碳毒化而失活。负载型钯催化剂设计和开发可以有效的降低贵金属的用量和成本，提高了催化剂的电化学活性和寿命。常规的一些碳基载体材料由于其本身结构和性质限制了催化剂活性和耐久性的提升突破。因此，考虑表界面角度结构，设计新型的催化剂仍然是直接乙醇燃料电池阳极催化剂的发展关键之一。

近日，拉古纳大学的Gonzalo García和奥地利因斯布鲁克大学的Julia Kunze-Liebhäuser教授等人研究了碳化钨负载铂(3 wt%)金(3 wt %)锡(10 wt %)催化剂(PtAuSn/W₂C)在70℃温度下对乙醇的电催化行为。以Vulcan XC-72负载的Pt(3 wt %)Au(3 wt %)Sn(10 wt%)催化剂(PtAuSn/C)作为参考。为了更好地理解反应机理，采用了电化学质谱(EC-MS)和傅里叶变换红外光谱(FTIRS)等原位技术。研究发现PtAuSn/W₂C具有比PtAuSn/C更高的电催化性能，在0.65 V（与室温下的可逆氢电极(RHE)相比）下，在线定量EC-MS检测到的CO₂转换效率为6.5%。在乙醇氧化反应(EOR)中，FTIR谱分析和EC-MS显示在电位为0.05 V_RHE时C-C键断裂，CO₂形成的启动电势为E≥0.20 V_RHE。在PtAuSn/W₂C中的铂纳米粒子的CO耐受性由于W₂C上的氧化物物种的存在通过双功能机制得到提高，并且通过电子效应将电荷从W₂C载体转移到金属纳米粒子上。

NiushaShakibi Nia; Olmedo Guillén-Villafuerte; Christoph Griesser; Gearóid Manning;Julia Kunze-Liebhäuser; Carmen Arévalo; Elena Pastor;Gonzalo García. W₂C-Supported PtAuSn—A Catalyst with the Earliest Ethanol Oxidation Onset Potential andthe Highest Ethanol Conversion Efficiency to CO₂ Known till Date.ACS Catalysis, 2019.

DOI:10.1021/acscatal.9b04348

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04348

22. Journal of Catalysis: 盐诱导凝胶交联法制备Fe-N掺杂定向多孔碳用于高效ORR催化剂

目前，铂基催化剂被认为是最有效的ORR催化剂。但具有成本高、稳定性差、Pt溶解等缺点。因此，从长远来看，开发低成本、高效率、耐用的ORR催化剂，对于促进金属空气电池和燃料电池在各个行业的商业应用至关重要。目前，各种非贵金属催化剂被广泛研究用于ORR，如无金属杂原子掺杂碳材料、碳化物、氮化物、过渡金属氧化物、过渡金属氮掺杂碳(M−N/C)催化剂。其中，Fe-N/C材料催化剂被认为是最有前途的替代工业铂基催化剂之一。除了控制组成外，碳载体材料的比表面积和结构也对显示ORR活性材料的优异催化性能具有重要意义。具体来说，较大的比表面积可以暴露电解质中更多的催化剂活性位点；分级多孔结构有助于催化剂与电解质充分接触，促进反应物、中间体和产物的质量运输。然而，由于不确定的传输路径，无序、不连通的孔隙结构对物质的快速传递存在一定的阻碍。因此，寻找一种制备具有互联、定向和层次化多孔结构载体的催化剂的简单方法成为优化催化剂性能的关键。

近日，燕山大学臧建兵教授等人提出了一种利用氯化钙溶液诱导明胶交联并作为定向孔模板制备Fe-N掺杂定向层状多孔碳的新策略。而且，通过加入氯化钠溶液可以控制微形貌和排列孔的长度。所制备的催化剂具有比表面积大、Fe-Nx活性位点(Fe-NHHPC-900)分布均匀的近距离定向蜂窝状分级多孔结构。值得注意的是，Fe-NHHPC-900除了在碱性电解质中具有良好的耐久性外，还表现出非常优异的ORR性能，其半波电位为0.86 V，优于商业级Pt/C催化剂。作为超级电容器的电极材料，Fe-NHHPC-900还具有高的比电容、优异的速率性能和优异的稳定性。这一工作也证明了独特的定向多孔结构可以提高超级电容器的性能和有效地优化催化剂活性。

PengfeiTian; Yanhui Wang; Wei Li; Shiwei Song; Shuyu Zhou; Hongwei Gao; Hanqing Xu;Xueqing Tian; Jianbing Zang. A salt induced gelatin crosslinking strategy toprepare Fe-N doped aligned porous carbon for efficient oxygen reductionreaction catalysts and high-performance supercapacitors. Journal of Catalysis,2019.

DOI:10.1016/j.jcat.2019.12.011

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.12.011

23. Small：原子级Fe-N-C与碳基Fe₃C-Fe纳米复合材料耦合，作为高效双功能氧催化剂

高活性和耐用的双功能氧电催化剂对于清洁和可再生能源转换设备至关重要，该催化剂可用于改善氧还原/释放反应（ORR/OER）固有的缓慢动力学过程，但地球上缺乏丰富的电催化剂仍然是一个挑战。Fe-N-C催化剂具有许多与生俱来的优点，被认为是贵金属基催化剂的替代品，但由于其稳定性差，催化机理不明，急需进一步改进。

近日，华中科技大学韩建涛、南方科技大学黄丽、中科院上海应用物理研究所Zheng Jiang等研究人员，采用一种简单、可扩展的方法，制备了一种原子级Fe-N-C电催化剂，该催化剂与三维碳基体（Fe-SAs/Fe₃C-Fe@NC）中的低结晶Fe₃C-Fe纳米复合材料相耦合。与原子态FeNx物种和结晶Fe₃C-Fe纳米颗粒相比，Fe-SAs/Fe₃C-Fe@NC催化剂在ORR（E_1/2，0.927v）和OER（E_J=10，1.57v）中均表现出高的电催化活性和良好的稳定性，其在碳纳米纤维上具有丰富的垂直支化碳纳米管。这种性能得益于多组分的强协同效应和独特的结构优势。深入的X射线吸收精细结构分析和密度泛函理论计算进一步证明，更多来自改性Fe团簇的额外电荷通过增强氧吸附能决定性地促进原子FeN₄构型的ORR/OER性能。该研究为合理设计和合成经济实用的双功能氧电催化剂提供了新的视角。

XuepingSun, Peng Wei, Songqi Gu, et al. Atomic‐Level Fe‐N‐C Coupled with Fe3C‐FeNanocomposites in Carbon Matrixes as High‐Efficiency Bifunctional OxygenCatalysts. Small, 2019.

DOI:10.1002/smll.201906057

https://www.x-mol.com/paperRedirect/6032923

24. Small：氧磷共掺杂MoS₂结构工程，有助于改善MoS₂的析氢性能

氢被认为是最有吸引力的能源载体，有望在未来取代化石燃料，从而摆脱化石燃料日益枯竭和随之而来的环境问题。目前，大量H₂的生产主要来自碳氢化合物的蒸汽重整，这是一种依赖于石油工业的能源消耗。为了推动氢经济的到来，新的制氢技术，特别是光催化和电催化水裂解技术在过去的几十年里得到了广泛的研究。剑桥大学的Jinlong Liu与南京信息科技大学Dongdong Zhu合作，使用一锅NaH₂PO₂辅助水热法制备具有多孔结构和连续导电网络的氧和磷双掺杂的MoS₂纳米片（O,P-MoS₂）。

通过简单地改变前驱体溶液，可以有效地控制其化学组成和生成的结构，从而获得所需的析氢反应性能。由于掺入的氧和磷之间具有有益的结构和强大的协同作用，与单氧掺杂的MoS₂纳米片（O-MoS₂）相比，最佳比例的的O,P-MoS₂具有更好的电催化性能。具体而言，通过O和P共掺杂的MoS₂结构工程实现了150 mV的低HER起始过电势和53mV dec^-1的小塔菲尔斜率、优异的电导率和长期耐久性使其成为水电催化的高效催化剂。这项工作提供了一种替代策略，可将过渡金属二卤化物用作电催化和相关能源应用的先进材料。

JinlongLiu, Zhenyu Wang, Jun Li, Lujie Cao, Zhouguang Lu, Dongdong Zhu. StructureEngineering of MoS₂ via Simultaneous Oxygen and PhosphorusIncorporation for Improved Hydrogen Evolution. Small 2020, 1905738.

DOI:10.1002/smll.201905738

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201905738

25. EnSM：有限生长的多孔氮掺杂氧化钴纳米阵列，作为锌空电池的双功能氧气电催化剂

氧化钴因其对氧分子的解离和形成的固有活性而有望成为双功能氧气电催化剂。不幸的是，有限的可进入的活性位点和较低的活性，严重阻碍了它们的实际利用。基于此，德累斯顿工业大学的Jian Zhang和Xinliang Feng通过对钴基沸石-咪唑酸盐骨架（Co-ZIF）进行适度氧化，在碳布（CC）上原位制备了由超细氮掺杂氧化钴（NP-Co₃O₄）纳米粒子（4-5 nm）组成的垂直排列的多孔纳米阵列。2-甲基咪唑盐配体在Co位点间的氧化分解不仅限制了钴氧化物的生长，而且为实现低温（200 °C）氮掺杂提供了氮源。

在碱性电解液中，制成的NP-Co₃O₄/CC在10 mA cm⁻²的电流密度下表现出极高的氧还原反应（ORR）半波电势，约为0.9 V，而氧析出反应（OER）的超电势降低了330 mV，显示出创纪录的0.66 V的低电位差。作为可充电水系和全固态柔性锌空气电池中的双功能氧电极，基于NP-Co₃O₄/CC的电池表现出高达200mW cm⁻²和99.8 mW cm⁻³的超高功率密度，远高于报道的双功能氧气电催化剂。这项工作为多孔氮掺杂金属氧化物制备高性能锌空气电池开辟了新的途径。

XiaWang, Zhongquan Liao, Yubin Fu, Christof Neumann, Andrey Turchanin, Gyutae Nam,Ehrenfried Zschech, Jaephil Cho, Jian Zhang, Xinliang Feng. Confined Growth ofPorous Nitrogen-doped Cobalt Oxide Nanoarrays as Bifunctional OxygenElectrocatalysts for Rechargeable Zinc–Air Batteries. Energy StorageMaterials, 2019.

DOI:10.1016/j.ensm.2019.12.043

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719311213