1.北京大學JACS：調控Pd/納米金剛石催化劑的選擇性金屬和酸位點是異相催化劑中最重要的兩個催化活性物種，雖然金屬物種的尺寸、形貌、異質性區別明顯，而且酸位點的強度、分布位置、酸位點的密度能夠顯著影響催化活性。酸位點和金屬物種之間的結合以及相互作用在最近的工作中發現起到更加重要的作用。為了能夠同時得到高效和選擇性的催化劑，需要設計能夠對所有的反應物和不同反應位點的中間體按順序進行轉化的催化劑。有鑒于此，北京大學馬丁教授、王蒙等通過簡單的空氣氧化、金屬鹽沉積-沉淀方法，在納米金剛石@石墨烯載體上修飾金屬Pd和酸位點。1）通過兩種催化活性物種之間的組裝，能夠顯著調控環己醇的反應網絡。通過這種催化劑設計策略，能夠精確的調控特定產物（環己烯、苯酚、苯）的選擇性。
2）當同時存在酸位點和Pd的組裝位點，Pd/NDG能夠高效的將環己醇通過連續的脫水和脫氫反應生成苯，苯的選擇性達到>80%。這項研究結果表明金屬和酸位點的結合對于設計先進催化劑并且調控反應活性和產物選擇性的重要性，有助于開發高效催化劑和各種各樣的催化反應過程。 Jie Zhang, Shixiang Yu, Xingwu Liu, Maolin Wang, Zirui Gao, Xuetao Qin, Yao Xu, Meng Wang*, and Ding Ma*, Interplay Between Metal and Acid Sites Tunes the Catalytic Selectivity Over Pd/Nanodiamond Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c15099https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c15099光電化學分解水是具有前景的制氫技術，但是光電化學分解水的性能受限于載流子復合以及水氧化反應動力學緩慢的問題。雖然人們開發了許多策略解決這個問題，包括元素摻雜、形貌調控、異質結結構、催化劑調控等策略，但是還未曾研究外磁場（MFs）調控催化反應或者調控載流子動力學。 有鑒于此，南開大學羅景山教授、倫敦帝國理工學院James Robert Durrant教授、阿利坎特大學Néstor Guijarro等報道首次以BiVO4作為代表性的光電極，通過覆蓋一層超薄鐵電材料Fe2TiO5，并且與外電場（MF）結合，顯著增強光催化水氧化性能。1）通過電荷傳輸和瞬態吸收光譜表征，表明MF外磁場有助于BiVO4/Fe2TiO5界面能帶排列，改善電荷分離，而且促進Fe2TiO5/電解液界面的產氧反應。 2）作者認為這個策略能夠用于其他金屬氧化物光電極，包括TiO2、WO3、Fe2O3，表明這個策略的普適性。總之，這項工作展示了一種吸收外磁場（MF）的方法，有助于改善非磁性催化劑的光電催化分解水性能。Qingjie Wang, Louise I. Oldham, Alfredo Giner-Requena, Zeyuan Wang, Daniele Benetti, Salvador Montilla-Verdú, Rong Chen, Dongfeng Du, Teresa Lana-Villarreal, Ulrich Aschauer, Néstor Guijarro*, James Robert Durrant*, and Jingshan Luo*, Enhancing Photoelectrochemical Water Oxidation Using Ferromagnetic Materials and Magnetic Fields, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c13017https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c130173.Angew：TiO2@NH2-MIL-125界面能級對齊增強氣體傳感基于金屬氧化物的化學電阻傳感器在環境監測、安全保護、疾病診斷等領域具有廣泛的應用前景，但是基于熱化學活化的傳感機理的氧化物材料通常需要高工作溫度，而且具有比較差的選擇性，這個問題是實用面臨的主要挑戰。精確調控金屬氧化物界面的異質結能帶結構，形成獨特的電子性質和光學性質，能夠克服金屬氧化物氣體傳感器面臨的挑戰。MOF具有可調控的結構，因此可能用于調節金屬氧化物異質結能級結構。有鑒于此，中國科學院福建物質結構研究所徐剛研究員、李春森研究員、中國科學院過程工程研究所姚明水研究員等報道對MO@MOF復合材料進行能級結構工程，改善化學傳感性能。1）金屬氧化物和MOF的界面能夠通過調節-NH2官能團的數量進行合理的調控，分別取x=0，1，2，制備TiO2@(NH2)x-MIL-125。TiO2@(NH2)x-MIL-125將金屬氧化物和MOF的優點結合，改善氣體傳感性能。
2）TiO2@NH2-MIL-125是首個能夠在光活化后能夠在室溫監測濃度為1 ppb的NO2，響應速率<0.3 min。而且具有優異的選擇性和長期穩定性。這項研究揭示了能級工程對于構筑高性能傳感器的重要作用，有助于解決現有材料面臨的挑戰。Wei-Hua Deng, Min-Yi Zhang, Chun-Sen Li, Ming-Shui Yao, Gang Xu, Energy-Level Alignment at TiO2@NH2-MIL-125 Interface for High-Performance Gas Sensing, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202419195https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024191954.Angew：調節Co單原子配位結構平衡2e ORR的活性和選擇性電化學2電子氧還原反應（2e- ORR）為制備H2O2提供一種價格優勢且環境友好的途徑，但是由于存在競爭性的生成H2O的4e- ORR反應，限制了生成H2O2的選擇性。因此，如何在低電壓下得到高H2O2選擇性仍然是個挑戰。有鑒于此，奧克蘭大學Geoffrey I.N. Waterhouse、王子運等基于第一性原理DFT理論計算的結果，發現調控Co單原子的第一配位球能夠降低*OOH吸附強度，促進H2O2選擇性。 1）通過將Co-N-C催化劑的Co-NxO4-x的第一配位球進行調節，特別是將Co-N替換為Co-O，實現了弱化*OOH吸附強度，促進H2O2選擇性。 2）合成了一系列N摻雜碳作為載體的Co-NxO4-x活性位點，能夠研究2e- ORR催化活性和選擇性之間的平衡。發現反式-Co-N2O2位點具有優異的催化活性和H2O2選擇性，能夠實現12.86 的H2O2產率，在100h流動相電解的半電池的能量效率達到0.07 molH2O2 gcat-1 J-1。Kai Sun, Ruihu Lu, Yuge Liu, Joshua Webb, Muhammad Hanif, Yufei Zhao, Ziyun Wang, Geoffrey I.N. Waterhouse, Balancing Activity and Selectivity in Two-electron Oxygen Reduction through First Coordination Shell Engineering in Cobalt Single Atom Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202416070https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024160705.北理工Nature Commun：Pd催化烯烴遠程C(sp3)-H鍵氯化C(sp3)-Cl化學鍵存在于許多生物活性化合物之中，能夠作為活性位點進行取代或者交叉偶聯，實現衍生化轉化。有鑒于此，北京理工大學楊小會教授等報道烯烴的分子內遠程位點選擇性C(sp3)-H鍵氯化反應。1）這個反應通過烯烴異構和氫氯化的串聯反應，能夠合成芐基氯化物或者3°氯化合物，具有優異的位點選擇性。該反應能夠用于天然產物化合物或者藥物分子的后期氯化衍生化。2）此外，該反應能夠將沒有精煉的烯烴混合物中進行區域收斂（regioconvergent），得到單一的烷基氯化物。這些未精煉的烯烴混合物能夠從石油原料提取得到。 Wang, YX., Wang, Z. & Yang, XH. Palladium-catalyzed remote internal C(sp3)?H bond chlorination of alkenes. Nat Commun 15, 10629 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54896-6https://www.nature.com/articles/s41467-024-54896-66.清華大學&南工大Nature Commun：傳質對氣體擴散電極電化學合成H2O2選擇性的影響如何設計先進的電催化劑并且將電催化劑與氣體擴散電極（GDE）結構集成是目前電化學合成H2O2面臨的重要研究課題，但是目前人們對于電催化劑和GDE之間的組裝并不非常理解，在電解反應中發現H2O2的選擇性之間的區別非常顯著。有鑒于此，清華大學張正華副教授、南京工業大學景文珩教授等報道發現，在電催化劑的本征性質之外，關鍵物種（包括反應物和產物）的傳質對電極級別合成H2O2的選擇性中起到重要作用。1）傳質對電催化合成H2O2選擇性的關鍵作用在高反應速率（電流密度）更加顯著，因為高反應速率（大電流密度）受到傳質的限制更加明顯。通過對擴散有關的參數作為考察因素，使用原位電化學反射吸收成像表征技術、理論計算結合，考察短期/長期電解反應，研究擴散有關參數對電解合成H2O2的影響，以及對擴散有關參數控制局部微環境以及對O2、H2O2傳質的影響，并因此提出了擴散關聯選擇性的機理。 2）這項研究得到的基本認識有助于理解和開發創新型疏水性氣體擴散電極對于同時優化反應物和產物傳質，為開發下一代氣體擴散電極提供幫助。 Cui, L., Chen, B., Chen, D. et al. Species mass transfer governs the selectivity of gas diffusion electrodes toward H2O2 electrosynthesis. Nat Commun 15, 10632 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-55091-3https://www.nature.com/articles/s41467-024-55091-3室溫磷光 (RTP) 水凝膠具有巨大的潛力，但機械性能較差（拉伸強度<1MPa）且 RTP 性能不可調，阻礙了它們的實際應用。在這里，東北林業大學陳志俊，李淑君，巴斯大學Tony D. James等人通過在脫木素木材存在下原位聚合丙烯酰胺來開發木質水凝膠 (W-水凝膠)。1）由于脫木素木材和聚丙烯酰胺成分之間的分子相互作用，W-水凝膠的拉伸強度為 38.4MPa，綠色 RTP 發射，壽命為 32.5 ms。此外，用乙醇處理 W-水凝膠后，拉伸強度和 RTP 壽命增加到 153.8MPa 和 69.7ms。2）值得注意的是，通過交替“乙醇和水”處理，W-水凝膠的機械性能和 RTP 性能可以切換。此外，W-水凝膠用作能量供體，通過能量轉移過程使用 RhB 產生紅色余輝發射。利用這些特性，W-水凝膠被加工成多種基于水凝膠的發光材料。Liu, R., Guo, H., Liu, S. et al. Room temperature phosphorescent wood hydrogel. Nat Commun 15, 10588 (2024).DOI：10.1038/s41467-024-55025-zhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-55025-z8.Chem：無定形CuSbOx電催化還原CO2制備CO格里菲斯大學/華東理工大學趙惠軍教授（澳大利亞科學院院士，澳大利亞技術科學與工程院院士）、劉珀潤副教授、華東理工大學練成教授等報道CuSbS2修飾在碳紙載體上，并且在電催化CO2RR反應工作狀態中轉化為CuSbOx。1）這種電催化直接轉化得到的CuSbOx電極具有優異的穩定性和CO2轉化為CO的電催化活性。這項研究將其作為模型體系研究CO2的供應如何影響催化活性，通過CO2還原為CO的反應作為模型，因為這個反應是最簡單的CO2還原反應，最低的電子轉移數目。在不同過電勢下，系統的研究CO2供應、催化劑的量、流體動力學對CuSbOx電極性能的影響。2）在優化的電化學電勢（-1.0V vs RHE），2mg cm-2的CuSbOx電極在H型電解槽最大CO部分電流密度達到-27.2mA cm-2，CO法拉第效率達到91.2%，這是因為達到最高的CO2供應。但是在GDE流動相電解槽中，在達到最大CO2供應量，實現了-283mA cm-2的CO部分電流密度，催化劑的量為4mg cm-2。但是，雖然GDE流動相電解槽的流體動力學得到改善，能夠獲得比H型電解槽更高的電流密度，但是CO2供應仍然是性能的限制因素。
Amorphous CuSbOx composite-catalyzed electrocatalytic reduction of CO2 to CO: CO2 demand-supply-regulated performance, Chem 2024DOI: 10.1016/j.chempr.2024.10.029https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929424005552
