催化計精選最新最前沿的催化技術成果，每週一期，本期精選自2019年10月14日至2019年10月20日。由於學識有限，難免有所疏漏和錯誤，敬請批評指正！
1. Science：通過激發態電子轉移實現光驅動去消旋化
去消旋化是不對稱合成的一種有吸引力的策略，但是內在的高能量限制了其發展。近日，普林斯頓大學Robert R. Knowles，耶魯大學Scott J. Miller等在報道了一種去消旋化方法，其中胺衍生物在三種不同分子催化劑的存在下暴露於可見光時會經歷自發的光富集。該反應是由激發態的銥生色團引發的，並通過一系列電子，質子和氫原子轉移步驟來破壞和重整立體C–H鍵。
該反應中的對映選擇性是由兩個獨立的在催化循環內依次發生的立體選擇性步驟共同確定的，從而生成的化合物立體選擇性高於每個單獨步驟的選擇性。該工作表明，使用激發態氧化還原反應有望在底物對映異構體之間產生不平衡產物分佈，從而實現不對稱合成。
Nick Y. Shin, Scott J. Miller*, Robert R. Knowles*, et al. Light-driven deracemization enabled by excited-state electron transfer. Science, 2019
DOI: 10.1126/science.aay2204
https://science.sciencemag.org/content/366/6463/364
2. 天津大學Nat. Catal.：堆積缺陷活化Ag催化劑，激發其優於商用Pt/C催化劑的HER性能
高活性和低成本的HER催化劑是電化學水分解產氫的關鍵。當前，用於析氫反應的最佳催化劑是金屬鉑基催化劑，其高價格嚴重限制了大規模應用。近日，天津大學杜希文，劉輝等報道了一種在酸性介質中具有優異HER活性和耐久性的銀催化劑，其性能優於市售的Pt/C催化劑，尤其是在高施加電壓下。
作者採用一種物理技術，即液體中激光燒蝕，在銀納米顆粒中產生高密度的堆積缺陷。堆積缺陷會導致Ag的低配位數和高拉伸應變，提高了吸附能並將非活性Ag轉化為高活性催化劑。鑑於其高活性，導電性，耐用性和低價格，該Ag催化劑可以作為工業上商用Pt/C催化劑的有前途的替代品。
Zhe Li, Hui Liu*, Xi-Wen Du,* et al. A silver catalyst activated by stacking faults for the hydrogen evolution reaction. Nat. Catal., 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0365-9
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0365-9
3. Nature Catalysis: 光催化區域、立體選擇性C(sp3)-H官能化
惰性C(sp3 ) -H鍵的選擇性官能化在有機合成和催化科學中極具吸引力，但是，通過催化C(sp3) -H功能化將缺乏導向基團的烴類轉化為手性分子具有極大的挑戰性。為了解決這一問題，廈門大學龔磊課題組開發了一種由氫轉移有機光催化劑和金屬配合物手性催化劑組成的光化學系統。
在雙催化劑和亞胺的作用下，苄基、烯丙基類化合物以及烷烴等一系列化合物都可以轉化為功能化的手性產物。含有銅以及其他金屬的催化劑對這些惰性碳氫鍵表現出精確的區域識別和不對稱誘導。該體系適用於許多化合物，包括小分子烴、支鏈烷烴、環烷烴甚至是複雜的藥物分子。該方法從最基本的化學原料出發，提供了一種經濟、快速構建光學活性化合物的方法。
Yanjun Li, Meng Lei & Lei Gong. Photocatalytic regio- and stereoselective C(sp3)–H functionalization of benzylic and allylic hydrocarbons as well as unactivated alkanes. Nature Catalysis. 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0357-9
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0357-9
4. Nature Nanotechnology: 在商業級PEM電解槽中評估非貴金屬HER催化劑的性能
開發低成本、高性能的析氫反應催化劑是質子交換膜水電解技術廣泛應用的前提，而且使用商用測試評價手段是評估催化劑的真正應用能力的關鍵。
近日，斯坦福大學的Thomas F. Jaramillo課題組通過直接磷化的方法，在商業活性碳上直接製備非貴金屬CoP，並使用商業級別的86平方釐米的PEM電解槽來評價該HER催化劑在實際應用中的性能，CoP是高效且穩定的，在1.86A/cm2的條件下，1700h內連續制氫，而與鉑相比，它可以節省大量的材料成本。這項工作指明瞭非貴金屬析氫催化劑轉化為商業應用的潛在途徑。
Laurie A. King, et al. A non-precious metal hydrogen catalyst in a commercial polymer electrolyte membrane electrolyser. Nature Nanotechnology, 2019.
DOI: 10.1038/s41565-019-0550-7
https://doi.org/10.1038/s41565-019-0550-7
5. Nature Communications：局部柔性的動態多孔配位聚合物用於CO2捕集和轉化
微孔內封閉CO2 的直接結構信息對闡明其特定的結合或活化機制具有重要意義，然而，客體交換後的氣體結合能力弱或樣品結晶度差等問題嚴重阻礙了CO2摻入、活化和轉化為其他材料的發展。近日，江蘇師範大學的王健和日本京都大學的Susumu Kitagawa課題組合作提出了一種具有局部柔性的動態多孔配位聚合物(PCP)材料，其中的螺旋槳狀配體旋轉以允許二氧化碳捕獲，由於其對CO2的高親和力和約束效應，PCP對不同的底物表現出高的催化活性、快速的轉化動力學、和高的尺寸選擇性。
再加上經過10次CO2環加成成高附加值的環狀碳酸鹽，催化劑的週轉率(噸)高達39,000/1.5簇Zn，這些結果表明，這種獨特的結構是高效捕獲CO2和尺寸選擇性轉換的原因。該工作對於對於設計製備多孔配位聚合物用於捕集二氧化碳和轉化提供了一種新的策略。
Pengyan Wu, et al. Carbon dioxide capture and efficient fixation in a dynamic porous coordination polymer. Nature Communications, 2019.
DOI: 10.1038/s41467-019-12414-z
https://doi.org/10.1038/s41467-019-12414-z
6. JACS：燒結的Cu-CeO2納米棒催化劑活性位的構建
納米催化劑穩定的活性位點的構建非常重要，但在非均相催化中是一個挑戰。近日，山東大學賈春江，中國科學院上海應用物理研究所司銳，北京大學嚴純華等通過在空氣中800°C煅燒燒結的銅-二氧化鈰催化劑，構造了穩定的配位不飽和的原子分散的銅物質。
實驗發現，該燒結的Cu-CeO2催化劑具有非常高的CO氧化活性，在120°C下的CO消耗率為6,100 umolCO·g
Cu-1·s-1，至少是其它報道的銅催化劑的20倍。另外，在苛刻的循環反應條件下，優異的長期穩定性也保持不變。通過全面的結構表徵和機理研究，作者確定了具有不飽和配位的Cu1O3形式的銅原子是唯一的活性位點，在該位點上CO和O2分子均被活化，從而誘導了非常低Cu負載量（1wt％）下高的CO氧化活性。
Wen-Zhu Yu, Rui Si,* Chun-Jiang Jia,* Chun-Hua Yan*, et al. Construction of active site in a sintered copper-ceria nanorod catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b05419
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05419
7. JACS：用於光催化CO2還原的超薄2D COF納米片的可擴展的通用合成方法
大規模，高產量地合成超薄二維（2D）共價有機骨架（COF）納米片（NSs）是一個巨大的挑戰，這限制了對這類材料的獨特功能和廣泛應用潛力的探索。近日，北京科技大學Jianzhuang Jiang，Kang Wang，國家納米科學技術中心Qingdao Zeng等在溶劑熱條件下，通過亞胺交換合成策略，向反應體系中添加過量的2,4,6-三甲基苯甲醛，發展了一種可擴展的自下而上用於方便地大規模（>100 mg）和高收率（>55％）的合成基於亞胺的超薄（<2.1 nm）2D COF NSs（包括COF-366 NS，COF-367 NS，COF-367-Co NS，TAPB-PDA COF NS和TAPB-BPDA COF NSs）的通用方法。
作者通過掃描隧道顯微鏡（STM）觀察COF-367 NSs的週期性孔晶格，清楚地揭示了超薄2D COF性質。此外，作者將分離出的超薄COF-367-Co NSs用做可見光輻射下在水性介質中CO
2-CO轉化的非均相光催化劑，其顯示出優異的效率，CO生成速率高達10162 μmolg-1h-1，選擇性約為78％，遠遠優於相應的塊狀材料，並且與迄今為止報道的最新的可見光驅動型催化劑相當。
Wenbo Liu, Kang Wang,* Qingdao Zeng,* Jianzhuang Jiang*, et al. A Scalable General Synthetic Approach towards Ultrathin Imine-linked Two-dimensional Covalent Organic Framework Nanosheets for Photocatalytic CO2Reduction. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b09502
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09502
8. JACS：超薄二維MOFs納米片增強手性有機催化劑的對映選擇性
誘導和優化催化劑對映選擇性的方法學的發展是不對稱催化的重要問題。近日，上海交通大學Yong Cui，Yan Liu，國立新加坡大學Jianwen Jiang等首次證明了將手性分子催化劑安裝在納米結構的金屬有機框架（MOFs）中後，可以從完全非選擇性增強為高對映選擇性。層狀晶體剝落是超薄納米片最直接的合成途徑之一，但其用到MOFs中時受到層狀MOFs可用性的限制。
作者發現可以使用配體封端的金屬簇和有角有機連接基來設計分層MOFs。這使得由Zn4-p-tert-butylsulfonyl calix[4]arene和手性角1,1'-聯萘酚/雙酚二羧酸合成兩個3D層狀多孔MOFs可以超聲剝落為一和二層的納米片。實驗發現，所得MOFs材料是2-氨基苯甲酰胺和醛不對稱級聯縮合和環化制2，3-二氫喹唑啉酮的高效催化劑。雖然聯萘酚和聯苯酚均沒有對映選擇性，但藉助該MOFs對其自由度進行限制，其ee值分別可達56-90％和46-72％，暴露於該MOFs柔性納米片外表面後ee值分別增加到72-94％和
64-82％。此外，在手性氨基醇存在下，MOFs晶體和納米片表現出高度敏感的熒光增強，其對映選擇性因子分別增加至二醇值的1.4倍和2.3倍，從而使其可用於手性傳感。因此，在催化和傳感中，觀察到的對映選擇性按有機催化劑<mofs>
Chunxia Tan, Yan Liu,* Jianwen Jiang*, Yong Cui*, et al. Boosting Enantioselectivity of Chiral Organocatalysts with Ultrathin 2D Metal–Organic Framework Nanosheets J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b07633
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07633
9. JACS: 通過電子和幾何工程構建雙單原子活性位點建設攀登ORR火山圖頂點
M-Nx作為一種單原子催化中心（SACs），對氧還原反應(ORR)具有高效的電催化活性，然而，目前所報道的催化中心的吸附-脫附行為不能令人滿意，導致SACs的性能仍落後於最先進的Pt。
近日，中國科學院長春應用化學研究所的邢巍、葛君傑研究員、武漢大學的陳勝利教授和上海光源線站的姜政研究員合作設計構造了一個鐵-鈷雙原子中心的活性位點，提出了一種自發吸收電子OH配體作為能量級調節劑，使中間體容易脫附，而三角形的Fe-Co-OH配位促進O-O鍵的斷開，構建的FeCoN5-OH位點的ORR起始電位和半波電位分別高達1.02 V和0.86 V(與RHE相比)，其固有活性是單原子FeN4位點的20多倍。該工作不僅為調整單原子位點的電子結構以提高催化活性開闢了新的思路，而且也為ORR電催化的雙原子位點的基本理解提供了新的見解。
Meiling Xiao, et al. Climbing the Apex of the ORR Volcano Plot via Binuclear Site Construction: Electronic and Geometric Engineering. Journal of the American Chemical Society, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b08362
https://doi.org/10.1021/jacs.9b08362
10. 蘭州大學Angew：過渡金屬摻雜提升NiS2鹼性介質中的HER性能
近日，蘭州大學席聘賢等報道了一種新穎的調製策略，通過在NiS
2納米片（NSs）中引入過渡金屬來靈活地優化電子結構和原子排列。合成的Co-NiS2NSs具有出色的HER性能，在鹼性介質中，過電勢為80 mV，j = 10 mA cm-2，且長期穩定性可達90 h。在100和200 mV的過電勢下，TOF分別為0.55 s-1和4.1 s-1這也證實了其卓越的性能。DFT計算表明，表面摻雜劑使表面Ni-3d能帶在長程有序方向異常敏感，從而向更高的電子轉移活性起作用，成為電子消耗中心。同時，高位的表面S位點具有很高的選擇性，可以分解吸附的H2O，從而確保了在鹼性條件下的高HER性能。該工作為通過簡便的摻雜策略優化原子排列及電子結構增強水分解性能提供了參考。
Jie Yin, Jing Jin, Hong Zhang, Pinxian Xi,* et al. Atomic Arrangement in Metal Doped NiS2Boosts Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Media. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201911470
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911470
11. 康奈爾大學Angew：電化學拓寬黃素光催化範圍：未活化醇的光電催化氧化
核黃素衍生的光催化劑廣泛應做醇氧化。然而，迄今為止，該催化方法的範圍僅限於苄醇。近日，康奈爾大學Song Lin等研究了不存在或存在硫脲作為助催化劑的情況下黃素催化氧化反應的機理。
有了機理學上的認識，作者進一步開發了一對黃素和二烷基硫脲催化劑對伯和仲脂肪醇進行電化學驅動的光化學氧化。電化學避免了O
2氧化劑的使用和H2O2副產物的生成，從而避免了反應條件下硫脲的氧化降解。該工作開闢了一條新的機理途徑，其中未活化的醇的氧化是通過噻吩基介導的氫原子來實現的。
Wen Zhang, Song Lin*, et al. Electrochemistry Broadens the Scope of Flavin Photocatalysis: Photoelectrocatalytic Oxidation of Unactivated Alcohols. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201910300
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910300
12. Angew：簡單的合成後處理方法顯著改善BiVO4光陽極的光電化學性能
基於半導體材料的水分解光陽極通常需要摻雜劑和表面助催化劑，以克服電荷複合和高催化勢壘的問題。與這些常規策略不同，近日，瑞典皇家理工學院Biaobiao Zhang等報告了一種將原始BiVO4樣品浸泡在硼酸鹽緩衝溶液中的簡單處理方法，在分子水平上引入硼酸鹽來改變BiVO4的局域催化環境。
錨定的硼酸鹽起著鈍化劑的作用，減少表面電荷複合，而配體起著修飾催化位點，促進水氧化的作用。改性的BiVO4光電陽極無需進行典型的摻雜或催化劑改性，在1.23 V時實現了3.5 mA cm-2的光電流密度和250 mV的陰極轉移起始電勢。該工作提供了一種非常簡單的方法來改善BiVO4光陽極的固有光電化學性能。
Qijun Meng, Biaobiao Zhang*, et al. Efficient BiVO4photoanodes by postsynthetic treatment: remarkable improvements in photoelectrochemical performance from facile borate modification. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201911303
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911303
13. Angew：SnS2 /SnO2結在空心多殼結構中產生晶格畸變實現高效可見光驅動CO2還原
精確控制納米材料的微/納米結構，例如空心多殼結構（HoMS），對各種應用具有重要意義。近日，中科院過程工程研究所Dan Wang等首次實現了控制HoMS構件單元的晶體結構，如控制HoMS的晶格畸變。
位於SnS2/SnO2納米界面的晶格畸變可以提供額外的活性位點，這不僅可以提高其可見光下的催化活性，而且可以改善光激發電子-空穴對的分離。由於高效的光利用率和HoMS的自然優勢的結合，在不使用任何敏化劑或貴金屬的情況下，該材料在固-氣系統中實現了創紀錄的光催化CO2還原活性，且具有出色的穩定性和100％的CO選擇性。
Feifei You, Dan Wang*, et al. Lattice Distortion in Hollow Multi‐shelled Structures for Efficient Visible Light CO2Reduction with SnS2/SnO2Junction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912069
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912069
14. AM：雜原子介導的Ru單原子與MXene載體之間的相互作用用於高效產氫
單原子催化劑（SACs）是近年來的研究熱點。近日，阿卜杜拉國王科技大學Jr-Hau He，Husam N. Alshareef等，將碳化鈦（Ti3C2Tx）MXene用作負載氮（N）和硫（S）配位的Ru單原子（RuSA）催化劑的固體載體，所得催化劑具有高的析氫反應（HER）活性。
X射線吸收精細結構光譜和球差校正掃描透射電子顯微鏡研究表明，Ru在Ti
3C2TxMXene載體上是原子級分散的，且RuSA與Ti3C2TxMXene上的N和S物種配位。所得的RuSA‐N‐S‐Ti3C2Tx催化劑實現10 mA cm-2的電流密度，過電勢僅76 mV。此外，將RuSA‐N‐S‐Ti3C2Tx催化劑集成到n+np+-Si光電陰極上可以實現高效光電化學產氫，其光電流密度極可達37.6 mA cm-2，高於報道的貴金屬Pt和其它貴金屬催化劑與硅光電陰極耦合。DFT計算表明，RuSA與Ti 3C2TxMXene載體上的N和S位點配位是高HER活性的起源。
Vinoth Ramalingam, Husam N. Alshareef,* Jr-Hau He*, et al. Heteroatom‐Mediated Interactions between Ruthenium Single Atoms and an MXene Support for Efficient Hydrogen Evolution. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201903841
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903841
15. AM： 釋放N-CNTs限制的高度分散的Co-Nx位點用於喹啉的選擇性加氫
喹啉及其衍生物的選擇性加氫是生產具有廣泛應用的1,2,3,4-四氫喹啉的重要方法。近日，中科院固體物理所Huijun Zhao，Haimin Zhang，中科大Yue Lin等報道了一種簡便有效的“液體激光輻照”技術，該技術可釋放出限制在N摻雜碳納米管內部的高度分散的Co-Nx活性位。
釋放出的Co-Nx位點具有催化喹啉及其羥基，甲基和鹵素取代的衍生物選擇性加氫成相應的1,2,3,4-四氫喹啉的活性，轉化率和選擇性幾乎達到100％。該激光輻照處理方法有望廣泛應用於釋放由其它材料限制的難以接近的催化活性位的催化能力。
Wanbing Gong, Yue Lin,* Haimin Zhang,* Huijun Zhao*, et al. Liberating N‐CNTs Confined Highly Dispersed Co-NxSites for Selective Hydrogenation of Quinolines. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201906051
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906051
16. AM：柔性蜂窩狀納米孔/玻璃狀雜化物高效電催化產氫
鹼性介質中的析氫反應（HER）迫切需要同時具有出色活性，靈活的無支撐能力和低成本的電催化劑。近日，北京科技大學Zhaoping Lu，Xiongjun Liu，香港理工大學K. C. Chan等報道了一種通過脫合金金屬玻璃（MG）製成的蜂窩狀納米多孔/玻璃狀夾心結構。該無支撐雜化材料具有出色的HER性能，在鹼性介質中，達到在10 mA cm-2的電流密度，過電勢僅37 mV，Tafel斜率為30 mV dec-1，優於商用Pt/C。
作者通過將3at％的Pt合金化成MG前體，在脫合金的MG表面上形成了蜂窩狀Pt
75Ni25固溶體納米多孔結構，其具有豐富的活性位點和大的有效HER接觸面積。同時，通過用較小的Ni原子代替Pt晶格位點也引入了表面壓縮晶格應變效應，可以有效降低氫的吸附能，從而改善析氫。此外，延展性MG基質所具有的出色穩定性和柔韌性也使該混合材料適用於實際的電極應用。該工作不僅提供了可靠的策略來開發低成本，低Pt使用率的多組分高效HER催化劑，而且為理解合金化對催化效果的影響提供了啟示。
Rui Li, Xiongjun Liu,* K. C. Chan,* Zhaoping Lu *, et al. Flexible Honeycombed Nanoporous/Glassy Hybrid for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Generation. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201904989
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904989
17. AM綜述：用於CO2捕獲和轉化的納米碳氮化物
氮化碳（CN）是僅由碳（C）和氮（N）組成的2D材料，其通過強共價鍵連接，因其出色的光電子性能以及優良的理化特性包括合適的帶隙，可調節的能帶位置，量身定製的表面功能，低成本，無金屬的性質以及高的熱，化學和機械穩定性等已被用作無金屬和可見光光催化劑。與傳統的金屬基無機光催化劑相比，基於CN的材料具有很多優勢，包括易於合成和加工，易於的功能化、摻雜、表面修飾，低成本，具有可持續性和可回收性，不會因光腐蝕而浸出有毒金屬。氮化碳及其雜化材料已成為利用可持續和間歇性的陽光和電力通過異相光（電）催化，捕獲CO2並將其還原為清潔和綠色的低碳燃料和有價值的化學原料的有吸引力的候選者。
近日，紐卡斯爾大學Ajayan Vinu等總結了該領域的最新研究成果，包括髮展新型功能化納米結構CNs及其雜化異質結構，以提高光催化，電催化，光電催化CO2還原過程的效率。該領域的研究主要集中在納米結構化和功能化的CN基的雜化異質結構材料的合成方面。更重要的是，最近湧現出了關於探索其應用前景機制的研究，包括在還原過程中吸收光的材料的行為，電荷分離以及CO2傳輸的途徑。
Siddulu Naidu Talapaneni, and Ajayan Vinu*, et al. Nanostructured Carbon Nitrides for CO2Capture and Conversion. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201904635
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904635
18. Matter：Cu摻雜調節表面元素分佈顯著提高PtNi基ORR催化劑的穩定性
PtNi催化劑是燃料電池中氧還原反應的一類合金型高效催化劑，然而它們的穩定性較差。近日，加州大學洛杉磯分校的黃昱教授和約翰霍普金斯學院的Tim Mueller教授合作，通過在合成過程中引入第三種元素Cu來調節其表面元素分佈，從而顯著增強了八面體PtNi納米顆粒的穩定性和活性。
為了揭示這一現象背後的機制，他們進行了蒙特卡羅(KMC)動力學模擬初始化使用生長跟蹤實驗，與PtNi相比，PtNiCu顯著提高改善了鎳和銅的保留率，與實驗一致。KMC中單個原子的運動軌跡表明，穩定性的增強可以歸因於合成催化劑中表面Pt組分的增加，這減少了表面空位的產生，抑制了表面遷移，並抑制了亞表面銅和鎳原子的溶解，從而顯著增強了催化劑的穩定性。
Liang Cao, et al. Differential Surface Elemental Distribution Leads to Significantly Enhanced Stability of PtNi-Based ORR Catalysts. Matter, 2019.
DOI: 10.1016/j.matt.2019.07.015
https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.07.015
19. Chem. Soc. Rev. : 共軛聚合物 (ISs) 和無機半導體 (CPs) 雜化光催化劑材料：從環境到能源的應用
眾所周之，光催化劑可以有效的利用太陽能，通過水分解和CO
2光還原（人工光合作用）等可持續的方法，來去除水中汙染物或儲存能量。以前，光催化材料主要集中在無機半導體(ISs)的研究上（例如TiO2），但由於其禁帶寬度的限制，並不能很好的利用太陽能，因此調節ISS的光響應並改進電荷分離和運輸成為重中之重。因此基於無機半導體（ISs）和共軛聚合物（CPs）的雜化光催化劑已經作為新型光敏材料出現。在這種雜化材料中，除去ISs仍具有之前的光催化活性外，CPs還可以在分子水平上控制光電、結構以及形態特徵。因此，ISs與CPs之間的協同作用可以改善雜化材料的光電荷產生和運輸、更寬的光譜響應、對光腐蝕的更高穩定性和更大的表面積，這些都有利於提高光催化性能。基於以上特點，IMDEA Energy的Víctor A. de la Peña O’Shea 團隊總結了IS-CP光催化通過光或光電催化在水分解、CO2還原和N2固定、汙染物降解和能量轉換的進展，並對IS-CP光催化劑的未來發展的進行了展望。
Marta Liras*, Mariam Barawi, Víctor A. de la Peña O’Shea*. Hybrid materials based on conjugated polymers and inorganic semiconductors as photocatalysts: from environmental to energy applications. Chem. Soc. Rev. 2019.
DOI: 10.1039/c9cs00377k
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00377k#!divAbstract
20. AEM: 低溫、高效、穩定的CO2甲烷化催化劑——Ni(x)/g-CN
法國科學家Paul Sabatier提出的利用氫氣（H2）使二氧化碳（CO2）加氫生成甲烷（CH4）是一種在儲存能量方面有效的方法。但至今為止，這一反應主要在高溫（通常為400-600℃）下熱驅動進行的。這大大限制了其應用，近日，瓦倫西亞理工大學Hermenegildo García及本·古裡安大學Menny Shalom等人通過簡單的浸漬在石墨氮化碳（g-CN）上沉積Ni納米顆粒。
Ni(x)/g-CN光催化劑在低溫下（150℃）表現出穩定、高效的CO2氣相甲烷化性能。並且通過詳細的機理研究表明，反應的活化能很低，在可見光下具有很高的活性。經過光催化測試，在24h內以28μmol g
−1h−1的速率連續不斷的產生CH4，這近乎是在所有報道用於貴金屬-自由氮化碳基光催化劑的最高值。最重要的是，這項工作在利用g-CN和其他納米材料在CO2還原或其他重要催化方面邁出了實質性的一步。
Jesús Barrio, Hermenegildo García,* and Menny Shalom*, et al. A Heterogeneous Carbon Nitride–Nickel Photocatalyst for Efficient Low-Temperature CO2 Methanation. Adv. Energy Mater. 2019, 1902738.
DOI: 10.1002/aenm.20190273 8
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201902738
21. ACS Catalysis: Ir單晶催化劑在OER過程中表面氧化物的形成與溶解機理
對銥表面氧化物的形成和穩定性的基本認識是電催化析氧反應的關鍵。近日，格勒諾布爾-阿爾卑斯大學的Marion Scohy教授和Frederic Maillard教授團隊使用電化學、掃描探針顯微鏡、x射線光電子能譜和電感耦合等離子體質譜技術，檢測了平面Ir(111)、Ir(210)和納米Ir(210)單晶表面的電位依賴性結構和化學變化。
研究發現，在OER條件下極化後，Ir表面原子呈現混合氧化態(0)、(+III)和(+IV)，然後由於Ir(+III)物質的溶解而富集成Ir(+IV)。Ir(+IV)物種的表層和近表層富集速率取決於勢的調製模式(線性勢掃描vs勢階躍)，並且在敞開的表面上更快，而且OER的比活性隨著Ir氧化態的變化而變化，並且與Ir(+III)組分密切相關。
Marion Scohy, Sofyane Abbou, Vincent Martin, Bruno Gilles, Eric Sibert, Laetitia Dubau, Frédéric Maillard. Probing Surface Oxide Formation and Dissolution on/of Ir Single Crystals via X-ray Photoelectron Spectroscopy and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b02988
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02988
22. ACS Catal.: 原位觀察納米顆粒催化過程中的轉變過程
納米材料在當今化學工業中扮演著重要的角色，在異相催化，電催化，能量轉化等各個領域中起到催化劑的作用。雖然催化研究是一個長期存在的學科，但在現實的反應條件下，多相催化劑的基本性質，如原子結構、形態和表面組成，以及對催化活性位點性質的深入瞭解，在很大程度上仍然是未知的。然而，獲得這些信息對於理解許多多相反應的速率決定過程和步驟，以及識別重要的結構-活性/選擇性關係是至關重要的。近幾十年來，原位操作方法已成為確定催化劑在工作條件下的結構和形態特性的有效方法。這些研究對從原子水平到納米/微米尺度的材料催化活性狀態產生了重要的影響。
利用光子的操作方法包括從紅外和光學領域的振動光譜到小角度X射線散射(SAXS)、衍射(XRD)、吸收光譜(XAFS)和光電子光譜(XPS)，而電子技術包括掃描(SEM)和透射顯微鏡(TEM)方法。近日，
弗裡茨哈伯研究所的Beatriz Roldan Cuenya 教授團隊綜述了在選擇性非均相催化反應和電化學催化反應中，納米顆粒的結構、形態和化學轉化的最新研究成果，並討論了現有研究的挑戰及未來的發展。
Arno Bergmann, Beatriz Roldan Cuenya. Operando Insights into Nanoparticle Transformations during Catalysis. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b01831
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01831
23. PNAS : 合金相圖直接預測表面結構和催化活性
為了便於合金催化劑的合理設計，約翰霍普金斯大學Tim Mueller課題組設計了一種快速計算相平衡下合金表面結構和催化性能的方法。他們通過開發一種可以生成顯式地納入塊狀材料（與合金表面處於相平衡）晶格參數的slab cluster expansion（CE）的方法，該方法明確地考慮了體結構的晶格參數。這種方法可以計算出合金表面的結構，並對合金相圖中每一點的吸附結合能進行統計採樣。當與從吸附質結合能預測催化活性的方法相結合時，可以創建相圖中每個點的催化活性圖，從而得到可能產生高活性催化劑的合成條件。通過分析氧還原反應中富含Pt的Pt-Ni催化劑來證明他們的方法，在相圖中發現了2個預計會產生高活性催化劑的區域。
分析表明，Pt3Ni(111)表面具有已知的最高的氧還原比活性，它很可能通過形成L12階的金屬間相來實現其高活性。他們使用生成的表面結構和催化活性圖來演示該相的金屬間質如何導致高催化活性，並討論如何在催化設計中使用基本原理。最後他們進一步討論了表面相的重要性，並演示了它們如何顯著地影響催化活性。
Liang Cao, Le Niu, Tim Mueller. Computationally generated maps of surface structures and catalytic activities for alloy phase diagrams. PNAS, 2019.
DOI: 10.1073/pnas.1910724116
https://doi.org/10.1073/pnas.1910724116
24. ACS Catal.：Ni與CaO在界面處協同催化甲烷乾重整反應的機理研究
甲烷幹法重整是一種非常具有潛力的將溫室氣體二氧化碳和甲烷轉化為燃料的方法，鹼土的加入可以提高鎳基催化劑的活性和穩定性，然而關於鹼土添加劑在載體上的物理結構及其與鎳粒子的相互作用對催化劑的催化性能的影響規律尚不明確。近日，悉尼大學的黃駿和Catherine Stampfl合作通過密度泛函理論計算和實驗研究，以Ni-CaO複合體系作為催化劑，探討了甲烷幹法重整中的催化反應機理，發現CH4脫氫反應的活性位點主要分佈在Ni上，Ni與CaO之間存在協同作用，界面分離CO2，Ni激活CH4脫氫，CaO吸附CO2。
Ni和CaO的界面為激活CO2提供了另一種途徑，降低了CHO生成的能量勢壘，提高了催化劑的效率和長期穩定性。在DFT結果的基礎上，提出了Ni與CaO的最佳堆積順序，與合成四種不同Ni-CaO結構催化劑的實驗研究結果相一致。該工作表面鎳鈣複合催化劑是一種很有應用前景的工業乾重整催化劑。
Ping Wu, Yongwen Tao, Huajuan Ling, Zibin Chen, Jia Ding, Xin Zeng, Xiaozhou Liao, Catherine Stampfl, Jun Huang. Cooperation of Ni and CaO at Interface for CO2Reforming of CH4: A Combined Theoretical and Experimental Study. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b02286
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02286
25. ACS Catalysis: 電解質助力高選擇性CO2低過電位電催化還原
電化學CO2還原反應是利用可再生電力將CO2轉化為碳基產品的一種非常具有潛力的應用技術，低成本、高活性、高選擇性和穩定性的催化劑將成為實現工業化CO2RR的關鍵，研究人員對其進行了大量研究，電解質可以促進催化劑催化活性的充分發揮，然而研究電解質對催化過程影響的報道卻還比較少。近日，復旦大學的鄭耿鋒教授和阿爾伯塔大學的駱靜利教授課題組合作研究了KHCO3電解質濃度效應對具有低成本的核殼結構Cu2O@SnOx納米顆粒衍生催化劑，高選擇性轉化CO2的活性和選擇性的影響。
通過對反應級數和Tafel斜率的分析，確定了HCO3參與的質子耦合電子轉移是雜化催化劑在KHCO3水溶液中CO2RR的速率決定步驟，在高濃度的KHCO
3溶液中，CO的選擇性幾乎達到100%，同時能量效率高達71.8%，這是KHCO3的濃度效應與相關的pH效應共同作用的結果。該工作為為電解質助力催化劑實現高性能具有重要的借鑑意義。
Tengfei Li, Chao Yang, Jing-Li Luo, Gengfeng Zheng. Electrolyte Driven Highly Selective CO2Electroreduction at Low Overpotentials. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b02443
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02443
26. ACS Catal.：負載量可達14.8 wt%的還原氧化石墨烯負載單原子Ir催化劑
高密度的單原子催化劑容易團聚生長。近日，土耳其考其大學的Alper Uzun教授和化學系Ugur Unal教授、加州大學戴維斯分校的Bruce C. Gates教授團隊合作，通過將Ir(CO)2與還原石墨烯氣凝膠(rGA)上的含氧基團反應，使單原子分散的銥絡合物固定在rGA上，通過X射線吸收、紅外、X射線光電子能譜和原子分辨率校正掃描透射電子顯微鏡的表徵表明銥原子級分散，負載量高達14.8%wt%，rGA載體為金屬鍵合提供了類似於金屬氧化物的位置，具有高密度和高度均勻的優點，這從乙烯在低銥和高銥負載下催化加氫的相同週轉頻率可以看出。這是目前為止貴金屬單位點催化劑的最高載量。
Melike Babucci, F. Eylul Sarac Oztuna, Louise M. Debefve, Alexey Boubnov, Simon R. Bare, Bruce C. Gates, Ugur Unal, Alper Uzun. Atomically Dispersed Reduced Graphene Aerogel-Supported Iridium Catalyst with an Iridium Loading of 14.8 wt %. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b02231
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02231
27. AFM: 表面配體助力鈣鈦礦量子點光催化產氫
太陽能光催化產氫是解決全球能源和環境問題的一種清潔和經濟的方法，高效的光催化劑是這一技術廣泛應用的前提。鹵化鉛鈣鈦礦具有良好的光吸收、低的激子結合能，長的載流子壽命和擴散長度等性能，是製備高效太陽能制氫催化劑的理想材料。然而，由於鹵化鉛鈣鈦礦在水或其它極性溶劑環境下的穩定性較差，其光催化應用受到限制。
近日，澳大利亞昆士蘭大學的王連洲教授課題組通過合理控制表面配體實現了CsPbBr3量子點(QDs)的穩定性和光催化活性之間良好的平衡，表面配體是最大限度地提高CsPbBr3量子點的光催化活性，同時保持良好的穩定性的關鍵。在光催化反應中，一定數量的表面配體可以保護CsPbBr
3量子點不被水分解，同時還可以實現量子點表面的光催化反應的有效電荷轉移，CsPbBr3光催化劑顯示出高效的催化產氫性能和出色的穩定性(≥160 h)。該工作為有效地將鹵化物鈣鈦礦材料應用於光催化反應開闢了新的途徑。
Mu Xiao, Mengmeng Hao, Miaoqiang Lyu, Evan G. Moore, Cheng Zhang, Bin Luo, Jingwei Hou, Josh Lipton‐Duffin, Lianzhou Wang. Surface Ligands Stabilized Lead Halide Perovskite Quantum Dot Photocatalyst for Visible Light‐Driven Hydrogen Generation. Advanced Functional Materials. 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201905683
https://doi.org/10.1002/adfm.201905683
28. 吉大ACS NANO: 在Pd基合金顆粒中引入間質氫原子可促進產氫性能
合理地控制貴金屬合金的組分對於實現高效的電催化性能是至關重要的。雖然過渡金屬經常被用來修飾貴金屬，但是許多有潛力的元素仍舊未被研究。近日，吉林大學的崔小強教授及其研究團隊發現通過將氫原子間隙地將氫原子修飾到RhPd納米顆粒中，可以有效提高鹼性條件下的產氫性能（HER）。
穩定的RhPd-H納米顆粒表現出優秀的鹼性條件下HER活性，在10mA cm−2條件下較小的過電勢（36.6 mV），較低的塔菲爾斜率（35.3 mV dec−1）。間隙的氫原子可以明顯地影響Rh和Pd原子的表面電子狀態，鍵距和配位數。這些修飾使RhPd-H納米顆粒具有所需的氫吸附自由能，從而加快了氫氣的產生。他們證明了間歇的氫原子修飾這一方法對於其他Pd基合金納米材料具有普適性。這一工作對於設計 HER及其他領域的催化劑提供了一種有效的策略。
Jinchang Fan, Xiaoqiang Cui, et al. Interstitial Hydrogen Atom Modulation to Boost Hydrogen Evolution in Pd-Based Alloy Nanoparticles. ACS nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b05615
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b05615
29. Chem. Sci.：Fe–Nx位點和Fe納米顆粒複合催化劑用於有機合成
Fe-N-C催化劑已經在電化學催化方面展示出優異的性能，然而，有關其在有機合成中的研究和應用較少。近日，中國科學院青島生物能源與過程研究所的楊勇研究員課題組設計製備了一種非貴金屬鐵基納米雜化複合材料，包括金屬Fe、Fe3C型多孔碳納米顆粒和Fe-Nx活性位點，它可以在溫和條件下高效催化胺和醛的氧化偶聯反應，以較高的產率合成喹唑啉和喹唑啉酮。
研究發現該金屬鐵基納米顆粒與內部Fe-Nx活性位點之間的協同作用是催化性能優異的主要原因。此外，該鐵基納米複合材料可以被很容易地回收，從而可以連續使用，更重要的是在催化活性和選擇性方面沒有明顯的損失。該工作為設計製備高性能的Fe基納米催化劑用於有機合成提供了一種新的思路。
Zhiming Ma, Tao Song, Youzhu Yuan, Yong Yang. Synergistic catalysis on Fe–Nx sites and Fe nanoparticles for efficient synthesis of quinolines and quinazolinones via oxidative coupling of amines and aldehydes. Chemical Science, 2019.
DOI: 10.1039/C9SC04060A
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c9sc04060a#!divAbstract
30. Small：空心納米球多級結構的部分鐵取代摻雜的釩鐵基電催化劑用於電催化分解水
原子尺度的電子調節對於提高非貴金屬電催化劑的催化活性具有重要意義。近日，
南京郵電大學的李興鰲教授和張健副教授課題組合作通過水熱法，構建了具有空心納米球多級結構的部分鐵取代摻雜的釩鐵基電催化劑，並對其電催化水裂解性能進行了研究，多孔空心骨架結構提高了催化活性位點的數量，促進了表面氣體的快速脫除，而少量鐵原子的替代摻雜調節了周邊釩原子的電子結構進而提升了催化活性，將該催化劑作為陽極和陰極進行電解水反應時，實現10 mA cm-2的電流密度僅需1.53 V的電壓，而且60小時以內保持較好的穩定性。這項工作為設計製備高效的雙功能催化劑以實現整體水分解提供了一種新的策略。
Jian Zhang, Renjie Cui, Chencheng Gao, Linyi Bian, Yong Pu, Xinbao Zhu, Xing'ao Li, Wei Huang. Cation‐Modulated HER and OER Activities of Hierarchical VOOH Hollow Architectures for High‐Efficiency and Stable Overall Water Splitting. Small, 2019.
DOI: 10.1002/smll.201904688
https://doi.org/10.1002/smll.201904688
31. Nano Energy: 通過鐵結合來調變電子密度的Fe1-xCoxP用於高效的水分解反應
對於低廉的金屬磷化物作為析氫反應的催化劑所表現出的良好的性能已經吸引了越來越多的關注。但是，磷氫鍵（P-Hads）很容易在金屬磷化物表面形成，這會嚴重阻礙氫氣析出反應（HER）的效率。近日，湖南大學湯琳教授課題組提出了一種通過調變金屬磷化物的表面電子密度來提高其HER活性的簡易的方法。Fe調變的Fe0.29Co0.71P納米片表現出在鹼性條件下的貴金屬類似的電催化性能，在10 mA cm−2時的過電勢為74mV，Tafel斜率為53.56 mV dec
−1。鐵的嵌入可有效地調變Co和P之間的電子相互作用，引起更多帶正電的Co離子，可以改善H2O分子的吸附和活化，降低在催化劑表面形成P-Hads。因此，Fe0.29Co0.71P可以優化氫原子的吸附和脫附，並且改善HER的Volmer 和 Heyrovsky這兩步反應。此外，催化劑電子密度的調變也可以提高Fe0.29Co0.71P的析氧反應（OER）活性。與IrO2//Pt/C的電解池（1.61 V/10 mA cm−2）相比，Fe0.29Co0.71P/泡沫Ni組裝的電解池表現出了更低的電壓（1.59 V/10 mA cm−2）。
Haopeng Feng, Lin Tanga∗, Guangming Zeng, Jiangfang Yu, Yaocheng Deng, Yaoyu Zhou, Jingjing Wang, Chengyang Feng, Ting Luo, Binbin Shao. Electron density modulation of Fe1-xCoxP nanosheet arrays by iron incorporation for highly efficient water splitting. Nano Energy, 2019, 104174
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104174
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551930881X
32. Nano Energy：多層納米片RuNi合金納米結構用於高效電催化制氫
合理設計和合成高效電催化析氫反應催化劑是開發利用可再生氫能源的關鍵。近日，新加坡南洋理工大學和香港城市大學的張華教授團隊通過一鍋溶劑熱法制備了由多層納米片組成的RuNi合金納米結構，該催化劑表現出優異的電催化活性，在鹼性條件下，10mA/cm2的過電位只有15 mV ，Tafel斜率僅為28 mV/dec，比商業Ru/C和Pt/C催化劑均要低，這種出色的電催化性能可以歸因於擁有高的電化學表面積(
154 m2/g)和鎳合金效應的協同作用，兩者共同促進了水的解離以及氫的吸脫附過程。該工作對於高效電催化新材料的合理設計和合成具有重要的借鑑意義。
Guigao Liu, Wei Zhou, Bo Chen, Qinghua Zhang, Xiaoya Cui, Bing Li, Zhuangchai Lai, Ye Chen, Zhicheng Zhang, Lin Gu, Hua Zhang. Synthesis of RuNi alloy nanostructures composed of multilayered nanosheets for highly efficient electrocatalytic hydrogen evolution. Nano Energy, 2019.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104173
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.10417
33. 南方科技大學Nano Energy: 短程有序納米石墨烯錨定的鐵單原子可有效的促進酸性條件下的氧還原反應
利用儲存量大的金屬開發高效，穩定的單原子電催化劑已成為一種有效的替代昂貴的Pt基納米材料進行氧還原反應（ORR）的方法。近日，南方科技大學的Wang Hsing-Lin及其研究團隊合成了一種高效的電催化劑，他們將單個Fe原子錨固在負載在二維氧化還原石墨烯（RGO）上的N摻雜短程有序碳中。
這一催化劑與其它ORR催化劑中的高度石墨化碳材料不同，氧分子（〜3.46Å）的擴散被長碳鏈和較小的層間間距（〜3.4Å）限制，他們發現Fe/N摻雜的納米石墨烯在一層結構中具有較大的層間間距（> 4Å）和短碳碎片。這一獨特的納米石墨烯結構可以促進氧分子向原子分散的FeN4和FeN5的活性位點進行傳輸。將製備的Fe1-N-NG / RGO催化劑應用在酸性介質中的ORR中，相對於可逆氫電極顯示的半波電勢（E1/2）為0.84 V，並且在15,000次循環中E1/2的損失小於5 mV。
Shaoqing Chen, Nianji Zhang, Claudia W. Narváez Villarrubia, Xiang Huang, Lin Xie, Xiyang Wang, Xiangdong Kong, Hu Xu, Gang Wu, Jie Zeng, Hsing-Lin Wang*. Single Fe atoms anchored by short-range ordered nanographene boost oxygen reduction reaction in acidic media. Nano Energy, 2019, 104164.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104164
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519308717
34. EES：分級Ni-Fe氫氧化物@NiFe合金納米線陣列電催化劑用於高效水分解
水電解是一種非常具有潛力的可持續制氫技術，然而，在實際應用中，需要非常大的電流密度(>500 mA/cm2)，因為析氧反應(OER)不穩定且動力學緩慢，這是限制電催化水裂解大規模製氫的主要障礙。鑑於此，清華大學的楊誠和南洋理工大學的範紅金團隊合作採用磁場輔助化學沉積法，設計製備了一種基於OER電極的高催化活性和無需粘合劑的NiFe納米線陣列，該陣列可以在電流密度高達1000 mA/cm2 和120小時內保持良好的催化穩定性和活性。NiFe合金納米線表面的超薄(1-5納米)非晶氫氧化鎳，被認為是OER的高催化活性位點，另外，分層的精細納米幾何結構可以大大提高電荷和反應物與氣體的擴散轉移。
在鹼性電解質中，OER電極產生500和1000 mA/cm2的電流密度僅需248 mV和258 mV的電位，且可穩定地工作超過120小時。更重要的是，集成的鹼性電解槽在超低電壓1.76 V的下，其電流密度可達1000 mA/cm2，遠遠優於最先進的工業催化劑。我們的結果可能代表著工業電解槽的一個關鍵步驟，大規模生產氫氣的水分裂。該工作對於設計高催化活性的非貴金屬鎳鐵電極結構用於電催化裂解水提供了一種新的策略。
Caiwu Liang, et al. Exceptional Performance of Hierarchical Ni-Fe Oxyhydroxide@NiFe Alloy Nanowire Array Electrocatalyst for Large Current Density Water Splitting. Energy & Environmental Science, 2019.
DOI: 10.1039/C9EE02388G
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02388g#!divAbstract
35. AFM: 電催化和光催化氮氣合成氨的研究進展
氨是一種重要的化工和農業原料，也被認為是一種關鍵的能源儲存和運輸化學轉化方案的載體。世界上主要的NH3來源是傳統Haber-Bosch過程進行工業固氮。NH3的工業合成很難滿足快速增長的全球需求，同時工業NH3的生產仍然以氮氣和氫氣(N2+ 3H2→2NH3)的高溫高壓反應為主，需要大量的能量投入，伴隨產生大量的CO2。電化學高效合成氨成為能源和化學轉化方案的一項重要技術，尋求高效的電催化劑是這項技術廣泛應用的前提。
近日，弗吉尼亞理工大學的Huiyuan Zhu 和江蘇大學的Jiexiang Xia合作綜述討論了近年來利用可再生能源提高NH3生產效率的新策略的研究進展，重點介紹了電催化和光電催化N2轉化生產NH3的研究進展，詳細介紹了催化材料的發展、反應體系的設計、電化學和光電化學合成氨的計算方法等方面的最新進展。該工作有利於促進新型產氨技術的進一步發展。
Zihao Yan, Mengxia Ji, Jiexiang Xia, Huiyuan Zhu. Recent Advanced Materials for Electrochemical and Photoelectrochemical Synthesis of Ammonia from Dinitrogen: One Step Closer to a Sustainable Energy Future. Advanced Energy Materials, 2019.
DOI: 10.1002/aenm.201902020
https://doi.org/10.1002/aenm.201902020
36. ACS Nano: 原位電化學透射技術研究Co3O4納米顆粒在析氧過程中的形貌和結構演變
揭示電催化過程的機理是尋找更高效、更穩定的清潔能源轉換催化基的基礎。雖然現在有幾種原位技術可以跟蹤電催化過程中的結構變化，特別是水裂解過程中的結構變化，但是對納米結構電催化劑的形態變化仍缺乏直接的觀察。近日，斯特拉斯堡大學的Ovidiu Ersen教授團隊採用原位EC-TEM方案，包括樣品沉積，觀察模式以及原位與非原位電化學條件檢測鈷氧化物Co3O4納米顆粒電催化劑在析氧反應(OER)中的形態和結構改變，這種原位透射電子顯微鏡方法可以在納米電極最初暴露在不同的水溶液電解質或在開放的條件下觀察其化學、形態和結構的演變發生。
結果表明，在OER過程中Co3O4納米顆粒電催化劑發生了表面非晶化，產生了納米鈷樣氧化相，且這個過程是不可逆的，此外還發現這種結構的重組似乎有利於水氧化的電催化活性，在反應過程中形成的非晶相似乎是Co3O4納米基材料電催化OER的活性物種。該工作對利用原位電化學TEM來揭示電催化劑在電化學過程中的具有借鑑意義。
Nathaly Ortiz Peña, et al. Morphological and Structural Evolution of Co3O4 Nanoparticles Revealed by in Situ Electrochemical Transmission Electron Microscopy during Electrocatalytic Water Oxidation. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b04745
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04745
37. AFM: 原子層沉積誘導MOF基Co, N摻雜3D炭球的生長用於高性能柔性氫氣發生器
金屬有機骨架在耐變形基板上的集成在柔性電極上具有廣闊的應用前景。近日，復旦大學的梅永豐和黃高山老師課題組通過原子層沉積（ALD）技術，在柔性碳化海綿骨架上（CF）通過金屬氧化物薄膜誘導生長製備了沸石咪唑酯框架-67（ZIF-67）薄膜，其具有分級多孔結構和高達453 m2/ g的大表面積以及高的ZIF‐67負載量，在隨後的熱解過程中，Co、N共摻雜碳球牢牢地附著在CF框架上，形成了三維複合結構，CF將單個碳球連接起來，構建了一個傳導通路。
該複合材料被用作生產氫的柔性電極，由於其分級多孔結構、大表面積、高負載活性材料等的協同作用，使其在0.5 M H2SO4 中具有142 mV的低過電位和73 mV/dec的低Tafel斜率，最重要的是，在變形顯著的情況下，具有優異柔性性能的複合結構表現出良好的催化性能，經過100次反覆的壓縮-恢復循環後，性能略有下降。該工作為制氫工業提供了一種新的柔性電極設計方法。
Zhe Zhao, et al. Atomic Layer Deposition Inducing Integration of Co, N Codoped Carbon Sphere on 3D Foam with Hierarchically Porous Structures for Flexible Hydrogen Producing Device. Advanced Functional Materials, 2019
DOI: 10.1002/adfm.201906365
https://doi.org/10.1002/adfm.201906365
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