1.Angew：設計COF首次實現空氣和水壓電光催化合成H2O2COF是光催化合成H2O2最有前景的材料，但是由于光生電荷難以很好的分離，因此如何維持高活性COF光催化合成性能仍然是個挑戰。有鑒于此，東華理工大學(ECUT) 劉云海教授、張志賓教授、廣東工業大學韓彬副教授等報道理性設計聯咔唑（bicarbazole）COF，首次使用COF壓電光催化合成H2O2。1）修飾乙烯基的咔唑Cz-COF，記作COF-DH-Eth，使用空氣和純水進行壓電光催化合成達到創紀錄的產率（9212μmol g-1 h-1），是沒有修飾乙烯基Cz-COF或者沒有超聲處理的COF-DH-COF的2.5倍。 2）通過超聲產生的極化電場和空間分離的多重電荷轉移通道之間的協同作用，實現了優異的H2O2產率。此外，研究發現多個Cz-COF和具有類似扭曲單體結構的聯亞芴基（bifluorenylidene）COF，記作COF-BFTB-H，同樣表現顯著的壓電催化促進生成H2O2性能，表明扭轉結構有機配體在打破對稱性結構方面的重要作用，使得COF產生壓電催化性能。 Zifan Li, Zhimin Dong, Zhibin Zhang, Bingqing Wei, Cheng Meng, Wen Zhai, Youqun Wang, Xiaohong Cao, Bin Han, Yunhai Liu, Covalent Organic Frameworks for Boosting H2O2 Photosynthesis via the Synergy of Multiple Charge Transfer Channels and Polarized Field, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202420218https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024202182.Angew：氮化碳邊緣修飾空間分離供體-受體增強光催化合成H2O2在位活化H2O2受到能源轉換和環境修復等領域的廣泛關注，但是仍然面臨難以實現高效可持續制備H2O2的困難。有鑒于此，河海大學敖燕輝、南京理工大學張侃等報道將氮化碳的邊緣修飾空間分離的供體（甲氧基苯基）和受體（蒽醌基團），因此形成具有方向性的向分離的活性位點電子-空穴傳遞。 1）蒽醌基團形成的光生電子能夠促進2e- ORR，甲氧基苯基產生的光生空穴能夠進行4e- WOR。而且蒽醌位點具有非常強的質子提取能力，促進產生*OOH中間體和H2O2。 2）合成的供體聚合物氮化碳-受體催化劑（DPA）在純水光催化反應中實現了6497.1 μM h-1 g-1的H2O2速率，超過了傳統的DP和PA。由于DPA光催化劑具有優異的性能，因此生成的H2O2能夠使用太陽光照射，在流動相自芬頓反應器內高效率的將各種有機污染物降解和礦化。這項研究展示了一種前所未有的光催化劑設計策略，實現了優異的合成H2O2性能，而且具有實用前景。Qiang Zhang, Kaiye Gu, Chaoran Dong, Chao Xue, Huinan Che, Kan Zhang, Yanhui Ao, Polymeric carbon nitride edged with spatially isolated Donor and Acceptor for Sunlight-driven H2O2 Synthesis and In-situ Utilization, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202417591https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202417591同位素標記是一種在制藥行業廣泛應用的強大工具。通過研究同位素標記的分子，能夠對新藥候選分子的藥代動力學和藥效得到獨特且寶貴的經驗。氫同位素標記特別重要，氫在生物系統的有機分子廣泛存在，而且能夠通過后期氫同位素交換（HIE）引入。但是，在不同類型的分子中同時標記多個位點不同類型C-H鍵的標記方法仍然缺乏。有鑒于此，猶他大學Long Luo、默克公司Jingwei Li等報道展示了一種使用CdS量子點催化劑的非均相光催化系統，實現了獨特的雙重HIE途徑機制，這種雙重HIE策略能夠分別在反應溶液和催化劑表面進行。1）這種獨特的機制開創了幾種獨特的標記功能，比如同時對多個具有挑戰性的位點進行標記，二級α-氨基、α-乙醚、烯丙基和乙烯基位點，這項方法為藥物標記的實際應用提供了方便和靈活性的策略。
Rajendra Maity, Otto Dungan, Frédéric A. Perras, Jingwei Li*, Daohua Liu, Sumei Ren, Dan Lehnherr, Zheng Huang, Eric M. Phillips, Moses Adeyemo, Joseph Frimpong, Timothy Quainoo, Zhen-Fei Liu, and Long Luo*, Hydrogen Isotope Labeling of Pharmaceuticals Via Dual Hydrogen Isotope Exchange Pathways Using CdS Quantum Dot Photocatalyst, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c13857https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c138574.JACS：可加工配位聚合物油墨，用于高導電性和堅固涂層自發現以來，導電和半導體有機材料的獨特性質和可加工性就一直吸引著科學家。在這一大類材料中，導電配位聚合物由于其固有的模塊化和可調性而受到極大關注。然而，這些材料通常以粉末形式生成，在某些情況下以單晶形式生成，這嚴重限制了可能的加工和許多應用。在此，芝加哥大學John S. Anderson等人報道了一種方法，該方法能夠將之前報道的高導電配位聚合物 NiTTFtt（TTFtt = 四硫富瓦烯四硫醇鹽）進行溶液相處理，制成薄膜和導電紡織品。1）NiTTFtt 薄膜顯示出配位聚合物的破紀錄導電性和不尋常的物理行為，這揭示了這種玻璃金屬材料中的傳輸機制。2）涂有 NiTTFtt 的紡織品具有導電性，并且耐空氣、水、洗滌、酸、堿和機械循環。本文報道的 NiTTFtt 的性質和可加工性使其在配位聚合物和導電有機材料中脫穎而出。
Patrick M. Crossland, et al, Processable Coordination Polymer Inks for Highly Conductive and Robust Coatings, J. Am. Chem. Soc, 2024DOI: 10.1021/jacs.4c11178 https://doi.org/10.1021/jacs.4c111785.華中師范大學Nature Commun：Pd氫化物金屬烯的晶格氫參與實現優異HER性能對于單一晶相催化劑，通常在單一位點通過HER反應路徑發生氫氣的吸附和脫附，這導致傳統設計的制氫催化劑性能難以打破Sabatier理論的限制。有鑒于此，華中師范大學朱成周教授等報道合成β-Pd氫化物金屬烯（β-PdHene）的氣溶膠，實現了優異的HER催化活性。1）提出了晶格氫參與的機理，能夠將氫的吸附和脫附位點分開，因此在熱力學上比傳統反應路徑更有優勢。通過原位微分電化學質譜表征和理論計算，說明晶格氫能夠作為額外的活性位點參與HER反應。因此β-PdHene氣溶膠催化劑在電流密度為10mA cm-2的過電勢僅為20mV，而且具有優異的HER催化穩定性，甚至穩定性可與商用Pt/C比擬。2）這項工作為理性設計高活性HER電催化劑提供方法，能夠克服傳統機理面臨的催化劑設計局限。 Wang, H., Qin, Y., Wu, Y. et al. Pd hydride metallene aerogels with lattice hydrogen participation for efficient hydrogen evolution reaction. Nat Commun 15, 10289 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54601-7https://www.nature.com/articles/s41467-024-54601-76.Nature Commun：CoMnOx的Mn促進費托合成反應的長鏈烷烴選擇性Co是性能優異的費托合成催化劑，能夠將合成氣（CO+H2）轉化為烴類產物，當Mn作為助劑具有提高的長鏈烷烴選擇性。但是人們對于這種長鏈烷烴選擇性提高的分子級別原理并不清楚。 有鑒于此，加州大學伯克利分校Miquel Salmeron教授等報道通過實驗和理論計算研究結合，研究由CoMnOx納米粒子和薄膜組成的模型催化劑，其中Co和Mn均勻的在亞納米尺度均勻混合。1）通過TEM和原位X射線譜學表征（XRD、APXPS、XAS），確定了催化劑的原子結構，化學價態，以及催化劑在FTS催化反應中的結構變化。研究發現關鍵中間體CHx的濃度在CoMnOx上快速增加，但是當催化劑不含Mn，關鍵中間體不會快速增加。2）DFT理論模擬的結果表明，CoMnOx的堿性O原子位點能夠與Co0位點氫氣解離的氫原子結合，因此導致能夠與CHx中間體反應的O位點減少，阻礙了分子鏈的終止，促進生成長鏈烷烴化合物。 Chen, H., Lian, Z., Zhao, X. et al. The role of manganese in CoMnOx catalysts for selective long-chain hydrocarbon production via Fischer-Tropsch synthesis. Nat Commun 15, 10294 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-54578-3https://www.nature.com/articles/s41467-024-54578-37.Nature Commun：一步氣相合成高穩定性少層單相 Ti2NCl2 和 Ti2CCl2 MXenes隨著刻蝕技術的迭代，MXenes取得了令人矚目的成就。然而，復雜的工序、昂貴的前驅體和降解問題為實際應用帶來了障礙。盡管化學氣相沉積已經成為一種解決方案，但直接合成少層單相MXenes仍然是一個懸而未決的挑戰，尤其是對于Ti2NCl2。在這里，中國科學院過程工程研究所朱慶山等人提出了一種一步氣相合成方法來制備少層單相Ti2NCl2和Ti2CCl2。 3）由于Ti空位比例低，Ti2CCl2溶液的時間常數是Ti2CClx的73倍。此外，Ti2NCl2對Li+存儲的比容量是Ti2CCl2的1.37倍。一步氣相法將加速MXenes的實際應用。
Yue, F., Xiang, M., Zheng, J. et al. One-step gas-phase syntheses of few-layered single-phase Ti2NCl2 and Ti2CCl2 MXenes with high stabilities. Nat Commun 15, 10334 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-54815-9https://doi.org/10.1038/s41467-024-54815-9多金屬氣凝膠（Multimetallic Metal Aerogels, MMAs）在金屬氣凝膠本身的基礎上，具有性質、功能可調帶來的額外優勢，在電催化等領域展現出廣闊應用前景。然而，目前對多金屬氣凝膠的研究集中于多金屬效應對應用性能帶來的影響，忽視了其對合成方面的作用。此外，在制備MAs基電催化劑時，傳統滴涂方式涉及的超聲分散過程將嚴重破壞凝膠網絡，造成其性能降低。鑒于此，北京理工大學杜然教授團隊與張磊寧教授團隊通過在主金屬的溶膠-凝膠過程中，原位引入1種或多種輔助金屬。發現輔助金屬的引入可同時實現對MAs的凝膠速率和特征尺寸（dL）的高效調控；此外，利用金屬體系獨特的溶膠凝膠行為，開發了一種直接制備高性能MAs基電催化劑的非破壞性的新方法。1）發現金屬聚集體沉降速率與其密度成正相關，從實驗上證實了金屬體系“重力驅動凝膠化”的獨特溶膠-凝膠行為。通過設計輔助金屬種類/含量，調控聚集體的平均體相密度 (ρab)，實現了對金屬溶膠-凝膠過程的調控。2）通過引入與主金屬原子直徑不匹配的輔助金屬，提高金屬表面化學勢，從而促進新原子從逐層生長模式（Frank?van der Merwe）轉向島狀生長模式（Volmer?Weber），促進更多分支形成，進而降低dL。實現了金、銀、銅等多種金屬氣凝膠的寬范圍dL調控。3）基于重力驅動凝膠化的原理，發展了非破壞性電極制備方法，直接獲得了網絡結構保持的MMAs基電催化劑。Au50Pt50凝膠催化劑在甲醇/乙醇氧化反應（MOR, EOR）的質量活性相比市售鉑/碳（Pt/C）催化劑分別提高了21.8和17.0倍。 Qian Cui, Yi Li, Xiaoyue Sun, Beibei Weng, René Hübner, Yu Cui, Qiaoran Zhang, Yunjun Luo, Leining Zhang, Ran Du, Manipulating Multimetallic Effects: Programming Size-tailored Metal Aerogels as Self-standing Electrocatalysts, Matter, 2024DOI: 10.1016/j.matt.2024.10.023https://doi.org/10.1016/j.matt.2024.10.023
