1.郭少軍JACS：Al-N3橋位點單原子光催化合成H2O2通過調控反應中心的電子環境降低水氧化反應步驟的能壘，促進H2O和空氣太陽能轉化為H2O2受到人們的廣泛關注，但是具有非常大的挑戰。有鑒于此，北京大學郭少軍教授等報道基于第一性原理計算篩選氮化碳的單原子催化劑，發現Al-N3橋式結構位點能夠促進不同氮化碳納米管之間的界面電荷轉移，因此高效率的從空氣、水、氧氣生成H2O2。1）CNNT-Al催化劑的Al-N3橋式位點能夠活化相鄰的表面單原子，促進兩電子氧化為H2O2的決速步驟。而且，Al-N3位點能夠促進相鄰氮化碳層和層間Al原子之間的3s、3p軌道雜化，因此增強垂直層之間的電荷轉移。 2）由于這些優勢，CNNT-Al在光催化反應合成H2O2達到1410.2μmol g-1 h-1的質量活性（光催化劑的濃度為1g L-1），性能超過了所有CN光催化劑，比自然界的植物光催化反應的太陽能轉化為化學能的效率（~0.1%）高7倍，達到0.73%。最為重要的一點是，CNNT-Al構筑的流動相反應器能夠200h穩定長時間制備H2O2直接用于降解水體中的污染物。使用CNNT-Al催化劑的流動相反應器能夠100%的效率殺菌天然水體10倍濃度的細菌，因此成為水處理的一種經濟理想方式。
Hao Tan, Peng Zhou, Meixian Liu, Yu Gu, Wenxing Chen, Hongyu Guo, Jiankang Zhang, Kun Yin, Yin Zhou, Changshuai Shang, Qinghua Zhang, Lin Gu, Nian Zhang, Jingyuan Ma, Zhanfeng Zheng, Mingchuan Luo, and Shaojun Guo*, Al–N3 Bridge Site Enabling Interlayer Charge Transfer Boosts the Direct Photosynthesis of Hydrogen Peroxide from Water and Air, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c11471https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c114712.清華大學JACS：合成大孔-微孔有序MOF的新方法雖然單晶的有序大孔-微孔MOF（SOM-MOF，Ordered macro-microporous）具有比傳統MOF材料更加優異的性能，但是因為缺少多功能和高產率的制備方法，因此目前SOM-MOF的開發受到阻礙。 有鑒于此，清華大學杜偉副教授等報道開發了一種普適性的新型合成策略，能夠解決前驅分子穩定和調控晶化的兩個主要挑戰，因此實現了高效率高產量的制備各種SOM-MOF材料。1）通過開發的這種方法成功制備了SOM-MIL-88A，發現SOM-MIL-88A在吸附、催化、酶固定、生物傳感等應用中，具有比MIL-88A顯著改善的性能。2）這種方法成功的用于合成SOM-HKUST-1和SOM-ZIF-8，比現有合成方法的產率分別提高10倍和2倍。這種創新的合成技術對于制備性能可調控的SOM-MOF提供重要的進步，對于MOF的未來發展表現了應用的前景。
Zhiqiang Zou, Zhuoyang Du, Lingmei Dai, Dehua Liu, and Wei Du*, A Universal Approach for High-Yield Synthesis of Single-Crystalline Ordered Macro-Microporous Metal–Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c11243https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c112433.JACS：Fe-CHA催化劑的甲烷氧化反應活性位點和反應路線含Fe的分子篩是非常有效的CH4和N2O轉化為高附加值化學品的催化劑，但是Fe-分子篩通常將CH4轉化和N2O分解在一起進行，而且人們對于不同Fe物種起到的催化活性仍然存在爭議。有鑒于此，東京工業大學Toshiyuki Yokoi等報道通過控制Na原子存在或者缺乏，控制Al骨架原子的位置，合成了Fe物種空間距離不同的含Fe-CHA分子篩。1）通過27Al和29Si MAS表征和TG-DTA表征技術研究骨架Al原子的分布情況。通過UV-Vis、XAS、NO吸附-FTIR等表征技術研究Fe物種的種類。當Na存在，在6MR位點的Fe物種分布比例更多，分別研究相鄰Fe原子或者距離比較遠的Fe原子催化甲烷轉化為甲醇、甲醇轉化為烴、N2O分解的性能，因此得到不同位點對應的反應路徑。2）距離較遠的獨立Fe原子以及獨立質子在甲烷氧化為甲醇、甲醇轉化為烴類的反應活性比距離較近的獨立Fe原子和質子的反應活性更高。此外，空間靠近的獨立Fe位點在N2O分解反應中具有更高活性。這些研究結果有助于設計高活性的甲烷氧化催化劑，甲醇制烴催化劑，N2O分解催化劑，因此對能源和環境有關問題產生幫助。
Peipei Xiao, Lizhuo Wang, Hiroto Toyoda, Yong Wang, Kengo Nakamura, Jun Huang, Ryota Osuga, Maiko Nishibori, Hermann Gies, and Toshiyuki Yokoi*, Revealing Active Sites and Reaction Pathways in Direct Oxidation of Methane over Fe-Containing CHA Zeolites Affected by the Al Arrangement, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c11773https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c117734.福州大學Angew：離子型COF的靜電限域激子增強光催化還原CO2性能福州大學于巖教授、李留義研究員、畢進紅教授等報道靜電限域方法，在由離子共價有機框架（COF）和陽離子金屬復合物組成的超分子光催化劑中實現靜電限域電荷轉移的路徑，通過控制靜電限域的電荷轉移，增強光催化還原CO2性能。1）通過動態的靜電相互作用不僅能夠吸引陽離子靠近COF接受光生電子，而且能夠保持其均相催化劑的催化性質，因此實現了平衡。2）靜電限域效應能夠促進光生電子從光激發COF轉移到陽離子Co復合物，因此實現優異的光催化還原CO2性能。其光催化活性遠比對照的超分子催化劑性能更好，這項工作為增強超分子材料體系的電荷轉移，為高效率光催化劑的開發提供方法。
Mingfei Yu, Wei Chen, Qingqing Lin, Liuyi Li, Zheyuan Liu, Jinhong Bi, Yan Yu, Electrostatic Confinement-Induced Excited Charge Transfer in Ionic Covalent Organic Framework Promoting CO2 Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202418422https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024184225.Angew：原位表征高價態Fe(+4)在OER反應中的作用中國科學院大連化物所王軍虎研究員、河南大學劉太豐副教授、伊朗基礎科學高級研究學院/謝里夫理工大學Mohammad Mahdi Najafpour等報道通過原位表征研究NiFe氫氧化物的動態變化，發現高價態Fe在堿性體系OER反應中的重要作用。 1）發現沒有施加過電勢的情況，多個高價態Fe離子能夠穩定，甚至在OER反應96 h之后仍然穩定。通過57Fe處理Ni2+氫氧化物，能夠將Fe引入Ni2+氫氧化物的表面，但是沒有發現Fe4+物種參與電催化反應的決速步驟。這項研究結果表明體相Fe離子氧化，與Ni離子氧化類似形成的高價態Fe，起到電荷富集作用，但是Fe沒有參與OER催化反應中起到作用。2）這項研究結果為調控Fe的價態增強OER電催化性能提供新穎的策略。這項研究結果表明痕量高價態Fe離子能夠直接參與OER電催化反應過程。通過一系列原位表征，包括原位M?ssbauer譜，表征說明存在大量Fe4+離子，這種高價態Fe4+即使在沒有過電勢的情況仍然穩定。在200-300 mV區間進行OER電催化反應，許多Fe3+氧化為Fe4+是發生電荷累積的前體，這項結果表明說明少量高價態Fe離子參與OER反應過程。
Nader Akbari, Jafar Hussain Shah, Cejun Hu, Subhajit Nandy, Pavlo Aleshkevych, Rile Ge, Sumbal Farid, Changchang Dong, Liang Zhang, Keun Hwa Chae, Wei Xie, Taifeng Liu, Junhu Wang, Mohammad Mahdi Najafpour, A Hypothesis on the Function of High-Valent Fe in NiFe (Hydr)oxide in the Oxygen-Evolution Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202418798https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024187986.Nature Commun：孤立Ru修飾 Co3O4 的局部壓縮應變誘導防腐蝕實現高效的酸性OER 增強耐腐蝕性對于開發用于酸性氧釋放反應(OER)的高效電催化劑至關重要。在此，阿卜杜拉國王科技大學張華彬，Luigi Cavallo，國家納米科學中心Lina Zhao等人報道了對局部壓縮應變的策略性操縱以增強非貴重Co3O4載體的酸性OER性能。1）將原子尺寸大于Co的Ru單原子摻入Co3O4晶格(Ru-Co3O4)中，會觸發CoO晶格上的局部應變壓縮和晶格畸變。2)通過實驗和理論分析，全面探索了這種特定的局部壓縮應變與電催化性能之間的相關性。原位X射線吸收研究證實了Ru-Co3O4中存在局部應變，并得到了量子計算的支持。3)這種局部應變以縮短的Co-O鍵長呈現，通過抑制金屬溶解增強了Co3O4的防腐性能。因此，Ru-Co3O4表現出令人滿意的穩定性，在30mA cm?2下保持OER超過400小時，衰減最小。這項研究證明了局部應變效應在增強酸性OER及其他催化劑穩定性方面的潛力。Zuo, S., Wu, ZP., Xu, D. et al. Local compressive strain-induced anti-corrosion over isolated Ru-decorated Co3O4 for efficient acidic oxygen evolution. Nat Commun 15, 9514 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-53763-8https://doi.org/10.1038/s41467-024-53763-87.Nature Commun：用于多系統雙離子對稱電池的單一有機電極有機電極的大孔隙空間使其能夠儲存不同的反離子，而不用擔心離子的尺寸。在這項研究中，電子科技大學樊聰，王焱，唐武，四川長虹電子控股集團有限公司Jian Gao等人設計了一種小分子有機雙極電極，稱為二喹喔啉[2,3-a:2’,3’-c]吩嗪-2,6,10-三（吩噁嗪）（DQPZ-3PXZ）。 1）DQPZ-3PXZ具有通過二喹喔啉[2,3-a:2’,3’-c]吩嗪(DQPZ)和吩噁嗪(PXZ)的π共軛形成的堅固固體結構，可以無差別地穩定地容納5種具有不同電荷和尺寸的反離子（Li+、Na+、K+、PF6?和FSI?）。2）在Li/Na/K基半電池中，DQPZ-3PXZ可分別提供257/243/253mAh g-1正極的峰值放電容量和609/530/572Wh kg-1正極的峰值能量密度。可以構建Li/Na/K基雙離子對稱電池，該電池可通過第一次充電過程激活，并顯示出85/66/72mAh g-1正極的穩定放電容量和59/50/52Wh kg-1總質量的能量密度，均運行超過15000次循環，容量保持率接近100％。
Li, W., Ma, H., Tang, W. et al. Single organic electrode for multi-system dual-ion symmetric batteries. Nat Commun 15, 9533 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-53803-3https://doi.org/10.1038/s41467-024-53803-38.北京化工大學&云南貴金屬研究所Adv Mater：InSnRuO2的氧空穴電子極化促進酸性水氧化多金屬氧化物通過等構取代（isomorphic substitution strategy），具有獨特的電子結構和幾何結構，調節的電子能帶，配位環境，因此能夠對催化水氧化反應產生獨特的貢獻，這個效應對于質子交換膜電解水器件（PEMWE）非常重要。有鑒于此，北京化工大學劉景軍教授、云南貴金屬研究所劉鋒博士等報道首次通過等構取代策略，合成了控制氧缺陷（Ov）密度的InSnRuO2，這種合成方法使用三價In產生Ov，相鄰金屬離子作為供電子體，因此形成有序和密集的In-Ov-Ru-O-Sn結構。1）在酸性水氧化催化反應中，InSnRuO2催化劑具有超低的過電勢（183mV），質量活性達到103.02A mgRu-1。PEMWE的長期穩定性測試結果表明，能夠在比較低的電壓（1.56V）和50mA cm-2電流密度持續工作200h，在0.5M H2SO4電解液中的性能超過了IrO2||Pt/C。 2）加速老化測試結果表明PEMWE器件使用純水電解液沒有明顯電壓增加，甚至是在電流密度從1A cm-2提高至5A cm-2。顯著改善的性能與密集Ov電子極化能夠穩定In-Ov-Ru-O-Sn結構，因此能夠同時活化氧物種的能帶，并且顯著增強OER反應動力學。更加重要的一點是，自限域Ov電子極化能夠導致熵和焓的降低，因此阻礙Ru原子溶解，得到長期穩定的氧化物。這項工作有助于設計下一代含有極化子的Ru催化劑以及設計結構不對稱的載體活性位點用于電催化PEMWE。
Yanhui Sun, Mingyue Xiao, Feng Liu, Jun Gan, Shixin Gao, Jingjun Liu, Oxygen Vacancy-Electron Polarons Featured InSnRuO2 Oxides: Orderly and Concerted In-Ov-Ru-O-Sn Substructures for Acidic Water Oxidation, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202414579https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202414579
