1. Chem. Soc. Rev.: 利用2D建筑单元开发纳米多孔材料的策略

二维（2D）材料在能量转换和储存、气体储存、化学传感以及许多与人类生活密切相关的应用中具有巨大的潜力。这些应用得益于二维材料的一个关键特征，即大的比表面积，然而，由于这些二维材料有重新聚集的倾向，容易导致比表面积显著减小。有鉴于此，肯特州立大学Mietek Jaroniec等人，综述了近年来利用二维材料作为构筑单元制备纳米多孔材料的研究进展。

本文要点：

1）综述了用于在3D材料中生成纳米孔隙的策略(包括软模板和硬模板)，并以氮化碳和石墨烯材料为例，展示了它们对2D材料的适应性。由于建筑单元的2D性质，可以通过在2D材料的平面上打孔来生成新型的纳米孔。这些面内纳米孔在二维材料的许多新兴应用中是必不可少的，例如半透膜。因此，它们的制备方法，包括合成后活化、离子轰击、电子束钻孔和纳米蚀刻等，进行较为详细地介绍。最后，讨论了通过制造2D-0D，2D-1D和2D-2D逐层复合结构来防止2D材料重新堆叠的技术。

2）尽管软模板法被发明用于在二氧化硅中制造纳米孔，并随后被很好地适用于碳材料，但它并不十分适用于氮化碳和石墨烯材料，这主要是因为缺乏合适的前体，而且需要高温在模板胶束周围形成交联的中间体。而硬模板法更通用，通过使用具有不同结构的硬模板或通过不同的途径进行合成（例如，初期湿润浸渍，成膜和胶体压印），已经合成了具有各种3D结构和孔形状（例如，通道状，球形或两者的组合）（例如整料，空心纳米球的组合等）的氮化碳和石墨烯材料。

3）就在单层或多层二维层状过渡金属硫属化合物纳米片（TMDs）中创建纳米孔而言，上面讨论的方法，包括合成后活化和聚焦离子束钻孔已被采用。然而，由于层数较少的TMD非常脆弱，而且在化学腐蚀过程中孔隙成核迅速，可以使用支撑性基材和保护层在完整且较大的（约厘米级）2D TMD膜中产生纳米级孔。

总之，该工作不仅有助于提高对制造纳米孔的传统策略的理解，而且有助于对这些策略进行必要的改进以制造其他二维材料，包括那些最近发现的MXenes,磷烯等。

Liping Zhang et al. Strategies for development of nanoporous materials with 2D building units. Chem. Soc. Rev., 2020.

DOI: 10.1039/D0CS00185F

https://doi.org/10.1039/D0CS00185F

2. Chem. Rev.: 形状可控的贵金属纳米晶在催化和电催化中的应用

控制形状的贵金属纳米晶体的成功合成不仅为其物理化学性质的调节提供了许多机会，而且在广泛的应用中优化了它们的性能。特别是，由于纳米晶体表面呈现的原子结构最终取决于其几何形状，多相催化和表面科学极大地受益于这种新型纳米材料的出现。直接的优势可能包括显著提高催化活性和/或选择性，大幅度降低材料成本，同时为机械研究提供了一个明确的模型系统。

有鉴于此，佐治亚理工学院夏幼南教授等人，以单金属体系为重点，综述了近年来在形状可控的贵金属纳米晶体方面的研究进展，以及它们在催化和电催化反应中的优异性能。

本文要点：

1）首先简要介绍了面心立方金属(fcc)纳米晶的表面结构和几何形状之间的关系。然后讨论了具有不同但形状可控的形貌的贵金属纳米晶体的胶体合成所涉及的概念和方法，然后广泛地介绍了有关所有贵金属的实例。还强调了这些纳米晶体在多相催化和电催化方面的主要优势和进展。最后，做了简要的总结，并对未来发展的挑战、机遇和新方向进行了展望。

2）作为传统催化纳米颗粒和单晶基质之间的桥梁，形状可控的纳米晶体既具有高的比表面积又具有明确的表面结构。它们在元素组成、几何形状和尺寸方面的广泛可调性也极大地扩展了催化材料的多样性。许多研究表明，控制单金属纳米晶体的形状及其表面结构和电子性质是优化多相催化剂活性和/或选择性的有效策略。此外，在许多情况下，形状受控的纳米晶体上，轮廓分明且在许多情况下是单一类型的表面结构进一步使探测表面性质和催化反应的新表征技术成为可能。原则上，形状可控的纳米晶体可以作为在实际条件下研究催化反应机理的新平台，也会为下一代催化剂的合理开发提供指导。

3）讨论了如何通过设计单金属纳米晶的形状和表面结构来提高其在多相催化中的性能。一般来说，基于贵金属纳米晶体的催化剂的性能取决于形状以外的许多因素，包括催化剂载体，封端剂以及引入其他金属以形成双金属或多金属体系。在实践中，还需要考虑如何保持纳米晶体的形状以及如何在不损失质量控制的情况下按比例放大胶体合成。充分了解这些额外的因素对于合理地开发针对特定反应的高效的催化剂也起着至关重要的作用。

总之，该工作不仅对这一迅速发展的领域的现状进行了全面的回顾，而且有望推动这项研究迈向商业化应用，有助于为开发对广泛的工业应用至关重要的下一代催化剂提供动力和路线图。

Yifeng Shi et al. Noble-Metal Nanocrystals with Controlled Shapes for Catalytic and Electrocatalytic Applications. Chem. Rev., 2020.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00454

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00454

3. Nature Commun.：调节氢吸附用于提高CO电解制多碳醇

乙醇等多碳醇因其高能量密度和易于运输而被用作燃料。遗憾的是，CO2/CO电还原中醇的选择性因乙烯的产生而降低，特别是在高电流密度下（>100 mA cm^-2）。近日，加拿大多伦多大学David Sinton，Edward H. Sargent报道了一种在Cu催化剂表面引入过渡金属掺杂剂以产生局部活性H物种并引导COR（电化学CO还原）为醇的策略。

本文要点：

1）利用密度泛函理论计算，研究人员筛选出一个具有不同氢键结合能力的过渡金属掺杂物库，并计算了相应的沿着醇路径的热力学反应能。研究发现，Pd掺杂剂为邻近Cu位的醇的生成提供了最佳的氢键，使乙醇路径上的后C-C偶联反应中间产物氢化。

2）研究人员合成了一种Pd修饰的Cu催化剂，并通过X射线吸收光谱（XAS）验证了Pd在Cu中的原子性电子结构。将催化剂用于COR实验测试时，相对于可逆氢电极（vs. RHE），在-0.62 V时实现了40％的乙醇选择性和277 mA cm^-2的电流密度。

3）研究人员还制备了一种Pt改性的Cu催化剂，通过H键的调节，证实了Pt改性Cu催化剂对醇选择性的提高。双金属Cu催化剂中的二次金属掺杂调节了吸附的H物种，并促进了乙醇的生成，与裸Cu催化剂相比，醇/烯比增加了两倍。

Jun Li, et al, Enhanced multi-carbon alcohol electroproduction from CO via modulated hydrogen adsorption, Nat Commun, 2020

DOI：10.1038/s41467-020-17499-5

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17499-5

4. Chem：Cu@Na-Beta沸石催化剂用于CO₂加氢制乙醇

二氧化碳的有效利用对发展碳循环经济的产生了巨大的影响，已经引起了世界各国的广泛关注。近年来，作为CO₂转化合成的主要产物，甲醇受到了广泛的关注。相比之下，有关CO₂加氢合成乙醇或C₂₊OH的研究报道很少，其中乙醇不仅无毒，而且是一种更有价值的产品，可以很容易转化为乙烯等高增值化学品。因此，对于CO₂加氢制乙醇的实际应用，大幅度提高催化效率和乙醇选择性具有重要意义。然而，利用传统的多相催化剂在较高的CO₂转化率下获得较高或理想的乙醇选择性是一个很大的挑战。因此，在实现高乙醇选择性和高CO₂转化活性的同时，有必要探索用于催化剂设计的新思路。

有鉴于此，南京大学陈兆旭，丁维平报道了通过一种独特的方法在Na-Beta沸石的晶粒中嵌入2~5 nm的Cu纳米颗粒，成功设计了一种高性能催化剂Cu@Na-Beta，并用于CO₂加氢制乙醇，其成为传统固定床反应器中唯一的有机产物。

本文要点：

1）实验结果显示，在300 ℃、12000 mL g_cat^-1 h^-1、2.1 MPa条件下，单程乙醇产率可达14%，对应的时空产率为398 mg g_cat^-1 h^-1。

2）研究发现，反应的关键步骤是CO₂*与Cu纳米颗粒台阶位处的表面甲基物种快速键合到CH₃COO*上，CH₃COO*在随后的加氢步骤中转化为乙醇。

3）Cu@Na-Beta催化剂的特点是吸附在沸石骨架中的不规则铜纳米粒子提供了高密度的阶跃位，并且沸石骨架的紧密包围强烈地限制了铜表面的CO₂反应并阻止了副产物（例如甲醇，甲酸）和乙酰基酸的产生。

Ding et al., CO₂ Hydrogenation to Ethanol over Cu@Na-Beta, Chem (2020)

DOI：10.1016/j.chempr.2020.07.001

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.07.001

5. Nano Letters：集成式蒸发器用于高效产生太阳能驱动的界面蒸汽

太阳能驱动的界面蒸汽产生技术是用于清洁水生产的一种有前途的技术，其可以通过在空气/液体界面处局部化太阳能到热能的转化来最大程度地减少热损失。近日，苏州大学张桥教授，加州大学河滨分校殷亚东教授报道了通过化学气相聚合在三聚氰胺泡沫塑料中部分生长二维聚吡咯微型片，成功制造了一种集成太阳能蒸发器。

本文要点：

1）这些微型片可以在泡沫内诱导多次光反射，从而实现全方位光吸收、提供丰富的表面以促进传热，并实现空间定义的疏水性以促进蒸气逸出。同时，泡沫底部的固有亲水性促进自发向上的水传输并抑制热量散失。

2）该复合泡沫材料的表观蒸发速率极佳，约为2 kg/(m²·h），太阳光蒸发效率约为91％。

3）大表面积，高效率，低成本，全天候应用，出色的耐用性和可扩展的制造优势相结合，使得该集成式设计有望用于制造适用于实际清洁水生产的大规模太阳能蒸汽发生系统。

Jinxing Chen, et al, Integrated Evaporator for Efficient Solar-Driven Interfacial Steam Generation, Nano Lett., 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01999

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c01999

6. Nano Letters：光诱导纳米润湿：通过固-液转变实现可擦除和可重写的聚合物纳米阵列

模板润湿法已广泛应用于一维聚合物纳米材料的制备。然而，由于聚合物对环境触发的非选择性，因此基于模板润湿方法的图案化控制仍然是一个巨大的挑战。近日，台湾交通大学Jiun-Tai Chen报道了一种简便的光诱导纳米润湿（LIN）方法，以使用阳极氧化铝（AAO）模板来制造图案化的纳米阵列。

本文要点：

1）在LIN方法中，含偶氮苯的聚合物(偶氮聚合物)被用作具有光致液化特性的光响应聚合物。由于聚合物中的偶氮苯基团在紫外光/可见光照射下可以表现出可逆的顺反光异构化，偶氮聚合物的T_gs可以被切换，从而引起固-液转变。

2）通过用不同类型的光掩模照射样品，可以选择性地诱导偶氮聚合物薄膜中的高分子链润湿AAO模板的纳米孔，从而形成图案化的聚合物纳米阵列。此外，成功实现了纳米阵列图案的可擦写性和可重写性。

3）与其他传统的模板润湿方法不同，使用这种新的策略，不需要加热或暴露在挥发性有机溶剂中。

总之，具有简便和用途广泛的LIN方法有望为制备图案化纳米阵列开辟广阔的道路。

Kuan-Ting Lin, et al, Light-Induced Nanowetting: Erasable and Rewritable Polymer Nanoarrays via Solid-to-Liquid Transitions, Nano Lett., 2020

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c01764

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01764

7. Angew：Co₃O₄空心纳米粒子嵌入碳纳米盒的介孔壁中以有效地存储锂

将纳米结构电极材料限制在多孔碳中是一种改善锂离子电池电化学性能的有效策略。近日，新加坡南洋理工大学楼雄文教授报道了由高度分散的Co₃O₄空心纳米颗粒（低于20 nm）组成的混合空心纳米结构的精心设计和合成，该纳米颗粒嵌入碳纳米盒（H-Co₃O₄@MCNBs）的介孔壁中，作为锂离子电池的负极材料。

本文要点：

1）金属有机骨架（MOF）参与的H-Co₃O₄@MCNBs的合成策略包括化学腐蚀配位和随后的两步退火处理。

2）超细的Co₃O₄空心纳米粒子可以暴露出更多的活性界面位置，大大促进Li+离子的扩散，并有效地缓解电化学反应过程中的体积变化。将高分散的Co₃O₄纳米粒子包裹在MCNBs中，使Co₃O₄与相对导电的碳之间有良好而稳定的电接触，保证了Li+离子的快速迁移，并防止了Co₃O₄纳米粒子在循环过程中的聚集。

3）结果表明，所制备的H-Co₃O₄@MCNBs作为锂离子电池负极材料具有优异的储锂容量、倍率性能和循环稳定性。

Yi Huang, et al, Co₃O₄ Hollow Nanoparticles Embedded in Mesoporous Walls of Carbon Nanoboxes for Efficient Lithium Storage, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202008987

https://doi.org/10.1002/anie.202008987

8. Angew：RuCeOx载体上选择性负载Pt原子的电催化剂用于高电流密度下稳定析氢

高效析氢电催化剂在可再生能源技术中扮演着重要角色。尽管在寻找更便宜的替代材料方面已经付出了巨大的努力，但就目前而言，铂（Pt）仍然是已知的最有效的电催化剂。因此，在实际应用中实现最大限度的Pt原子利用率具有重要意义。近日，北京化工大学王峰教授，张正平副教授报道了一种简便的策略，在常温常压下通过光活化合成了RuCeO_x载体选择性负载Pt原子（0.49 wt.%）电催化剂（Pt/RuCeO_x-PA）。

本文要点：

1）由于RuCeO_x中Mott-Schottky异质结处的光电子转移，使得Pt原子定向嵌入到RuO₂晶格中。而在Pt/RuCeO_x-PA中选择性负载的Pt-O-Ru部分表现出比化学活化或热活化随机负载的Pt配合物更强的氢溢出效应。

2）实验结果表明，Pt/RuCeO_x-PA电催化剂在大电流密度（50~600 mA cm^-2）下的催化性能优于随机负载的Pt/C催化剂，甚至优于具有高Pt负载量 (20 wt.%)的工业Pt/C催化剂。Pt/RuCeO_x-PA的高质量活性、电化学稳定性和高电流密度使其成为未来大规模商业化应用的候选材料。

该研究工作采用的选择性负载策略不仅为在HER催化剂中构建可控活性中心提供了一条有效的途径，而且也适用于其他原子催化剂的制备。

Tongtong Liu, et al, Selective loading of atomic Pt on a RuCeO_x support enables stable hydrogen evolution at high current densities, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202009612

https://doi.org/10.1002/anie.202009612

9. Angew：具有三官能团可溶性氧化还原介体助力高容量和稳定的Li-O₂电池

尽管Li-O₂电池具有超高理论能量密度超高，但由于电池工作时，产生的绝缘放电产物和副产物会导致正极钝化，因此其实际放电容量较低，循环稳定性较差。有鉴于此，中科院长春应化所张新波研究员报道了在电解质中引入一种新型的三官能团醚基氧化还原介体2，5-二叔丁基-1，4-二甲氧基苯（DBDMB）来捕获活性氧，缓解锂电池循环过程中恶劣的氧化环境。

本文要点：

1）由于DBDMB对Li⁺和O^2-有很强的溶剂化作用，因此不仅可以减少副产物的形成（Li₂O₂产率高达96.6%），而且可以促进大尺寸Li₂O₂颗粒的溶液生长，避免了正极的钝化，进而实现了大容量放电。更重要的是，DBDMB可促进Li₂O₂的氧化和主要副产物（Li₂CO₃和LiOH）的高效分解，提高了Li-O₂电池的稳定性（在1000 mAh g^-1和1000 mAg^-1下可有效循环243次)。

2）研究人员通过密度泛函理论计算（DFT）揭示了DBDMB促进O₂参与的可逆氧化还原反应的内在作用机制。

该策略为提高锂空气电池的性能开辟一条新的途径。

Qi Xiong, et al, Trifunctional soluble redox mediator enabled high-capacity and stable Li-O₂ batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202009064

https://doi.org/10.1002/anie.202009064

10. Angew：用于析氢反应和室温Na-S电池的单原子催化剂的一般合成

单原子催化剂（SACs）已成功用于各种电化学反应。但是，针对不同的单个金属原子的合成方法具有特定性。开发适用于多种单原子金属的通用合成方法极具挑战性。有鉴于此，深圳大学王雷教授，澳大利亚伍伦贡大学Yunxiao Wang，侴术雷教授报道了一种通用策略，可以在碳基质上合成各种金属单原子，包括钒（V₁），锰（Mn₁），铁（Fe₁），钴（Co₁），镍（Ni₁），铜（Cu₁），锗（Ge₁），钼（Mo₁），钌（Ru₁），铑（Rh₁），钯（Pd₁），银（Ag₁），铟（In₁），锡（Sn₁），钨（W₁），铱（Ir₁），铂（Pt₁），铅（Pb₁）和铋（Bi₁）。

本文要点：

1）研究人员采用对甲苯磺酸钠（P-TSNA）对聚吡咯（PPy）纤维进行侧链改性。钠离子从P-TSNA中脱落后，由于电荷补偿作用，改性后的PPy聚合物会在侧链上自吸金属阳离子。由于交错的侧链，被吸收的金属离子之间具有合适的间距，因此防止了它们在碳化过程中聚集。因此，基于各种金属阳离子的自掺杂，研究人员成功在氮掺杂碳骨架上获得了多种单原子金属。

2）在新型常温钠硫电池（RT-Na-S）中，各种SACs能够电催化典型的HER和转化反应，体现了其广泛的应用前景。研究发现，电化学反应性能的增强源于不同的单个活性原子在局域结构上调节其电子构型的能力。值得注意的是，在密度泛函理论计算的辅助下，通过原位同步X射线衍射和原位透射电子显微镜系统地揭示了不同SACs的电催化行为，为SACs的通用合成和在能量转换和储存方面的广泛应用提供了策略库。

Wei-Hong Lai, et al, General synthesis of single-atom catalysts for hydrogen evolution reactions and room-temperature Na-S batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202009400

https://doi.org/10.1002/anie.202009400

11. Angew：尖晶石氧化物对5-羟甲基糠醛电氧化的几何位置依赖性研究

钴基尖晶石氧化物被认为是5-羟甲基糠醛（HMF）电化学氧化为高价值化学品的很有前途的催化剂。Co₃O₄具有混合价，在不同原子位置同时存在Co³⁺和Co²⁺。确定每个原子中心的活性是先进电催化剂设计原则的关键，而调节Co₃O₄中原子水平上的几何中心可以显著改变其电子结构，从而调节其对HMF电氧化的催化活性。典型的尖晶石晶格包含一个四面体Co²⁺位和两个八面体Co³⁺位。

近日，湖南大学邹雨芹副教授，王双印教授报道了通过分别在Zn²⁺和Al³⁺的四面体位点和八面体位点中选择性地构建模块单元，揭示了Co₃O₄中不同位点的影响。

本文要点：

1）研究发现八面体中的Co³⁺倾向于被氧化成高价的羟基氧化钴作为活性中心，因此具有比四面体Co²⁺更高的HMF氧化活性。NH₃ TPD结果表明，四面体Co²⁺在Co₃O₄和CoAl₂O₄中具有丰富的Lewis酸性吸附位点，四面体位点可以为HMF氧化提供化学吸附位点。

2）在几何位置依赖关系的基础上，通过尖晶石氧化物（CuCo₂O₄）的四面体位置上的Cu²⁺取代进一步提高了其对HMF的氧化活性。与Co₃O₄相比，CuCo₂O₄对HMF的氧化性能提高了4倍，在钴基催化剂中表现出创纪录的性能。

Yuxuan Lu, et al, Identifying the Geometric Site Dependence of Spinel Oxides for the Electrooxidation of 5-Hydroxymethylfurfural, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202007767

https://doi.org/10.1002/anie.202007767

12. Angew：通过超分子相互作用调节金属卟啉基线中的单分子电导

金属卟啉基超分子阵列具有出色的电荷传输能力。近日，伦敦大学国王学院Ismael Díez-Pérez，巴塞罗那大学Eliseo Ruiz等通过金属卟啉的轴向络合将简单的，自然激发的超分子相互作用引入纳米级间隙中的单分子线的形成，并观察到，轴向配位连接基的微小结构变化可以导致金属卟啉基线的传输性质发生巨大变化。

本文要点：

1）相比于刚性的4-吡啶硫醇连接基，吡啶-4-甲硫醇配体由于具有额外的甲基基团，其柔性增加，使得其在两个结电极和金属卟啉环之间具有出乎意料的高导电性堆叠结构。

2）DFT计算揭示了一个分子连接结构，该结构由三个分子主链的移位堆叠构成，即两个夹着金属卟啉环的吡啶配体，其通过卟啉金属中心与吡啶配位N和吡啶/卟啉p-p交叠而稳定。

3）相反，刚性更高的4-巯基吡啶配体对金属卟啉金属中心的八面体配位表现出更高的预期，从而导致更长的电子路径，电导率降低。

4）此外，沿主分子连接轴施加机械扰动会导致吡啶连接基与卟啉环之间跨越隧穿间隙的分子的超分子结构更加丰富，其中一些涉及卟啉环的苯基取代基，并达到高电导值。

该工作为在超分子电子学发展的高效分子导线的构建中使用超分子化学树立了例子，超分子电子学的这一概念已经在自然生物中得到利用。

Albert C. Aragonès, et al. Tuning Single‐Molecule Conductance in Metalloporphyrin‐based Wires via Supramolecular Interactions. Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI: 10.1002/anie.202007237

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202007237