1.黃維院士團隊Angew：串聯構筑豐富異質結界面實現安培電催化制氫
設計具有優異催化活性和穩定性的高性能電催化劑是電解水大規模制氫的關鍵，異質結構的納米陣列是具有前景的電催化劑，能夠保證高活性和高穩定性，但是保證在大電流密度的活性和穩定性仍是個挑戰。有鑒于此，西北工業大學黃維院士、艾偉教授等報道開發了一系列具有豐富異質界面的異質結納米陣列催化劑，能夠催化串聯反應。1）將泡沫Ni使用KSCN熔鹽處理和過渡金屬鹽處理。首先泡沫Ni與KSCN反應生成Ni9S8陣列和S2-，隨后捕獲過渡金屬離子生成硫化物并且負載在納米陣列上，因此通過這種方法，構筑豐富的異質結面。2）實驗和理論計算結果都表明豐富的異質結面顯著增強Ni9S8和RuS2的界面相互作用，記作RH-Ni9S8/RuS2。RH-Ni9S8/RuS2具有優異的HER性能，在1000mA cm-2電流密度的過電勢僅為180mV，而且在這種大電流密度的穩定時間達到500h。這項研究為設計界面以及合成安培量級的高性能電催化劑提供幫助。 Hongfang Du, Song He, Boxin Li, Ke Wang, Zhenkai Zhou, Junhui Li, Tingfeng Wang, Zhuzhu Du, Wei Ai, Wei Huang, Cascade Reaction Enables Heterointerfaces-Enriched Nanoarrays for Ampere-Level Hydrogen Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202422393https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024223932.北京化工大學Angew：不對稱脈沖過電勢策略促進醇氧化和制氫耦合電催化有機氧化反應與制氫反應結合的技術目前成為能夠降低制氫能源消耗并且同時合成高附加值化學品的技術，貴金屬催化劑通常具有優異的電催化氧化活性，但是在實際操作中，貴金屬通常容易失活，導致貴金屬催化劑的實用性受到抑制。有鑒于此，北京化工大學邵明飛教授、栗振華教授等報道一種不對稱脈沖電勢策略，有助于各種不同的貴金屬和各種醇氧化反應過程中維持貴金屬長期穩定性。1）比如當施加0V~0.8V之間的脈沖過電勢，Pd催化甘油電化學氧化反應能夠連續工作超過2800h，甘油酸選擇性>70%。對比情況下，在恒定過電勢進行工作6h后催化劑基本失活。2）實驗和理論計算結果表明Pd催化劑表面H2O/OH-氧化產生的親電OH*作為主要的活性物種，促進甘油氧化。但是Pd-OH*容易氧化生成PdOx導致催化活性消失。當施加短時間的還原性脈沖過電勢（0V，5s），PdOx能夠重新還原。作者在流動相電解槽內測試這種策略，驗證了這種策略的實用前景。Tian Xia, Jiangrong Yang, Qinghui Ren, Yu Fu, Zhiyuan Zhang, Zhenhua Li, Mingfei Shao, Xue Duan, Promoting Alcohols Electrooxidation Coupled with Hydrogen Production via Asymmetric Pulse Potential Strategy, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202420992https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024209923.中科大JACS：機器學習光譜定量揭示電場效應對CO2電催化的作用在化學反應中，尤其是電催化/電化學合成，電場在調控反應過程中起到關鍵作用。但是，由于難以微觀定量表征電場效應的影響，因此通過電場調控電催化反應未曾得到深入理解。有鑒于此，中國科學技術大學羅毅教授、王嵩教授、河南省科學院/中國科學技術大學江俊教授等報道通過紅外/拉曼光譜的CO2信號作為描述符，定量的預測不同電場對催化反應性質的影響。1）以金屬摻雜C3N4為例，通過理論預測方式對不同方向和強度電場下的CO2吸附在27個不同金屬單原子表面的情況，在機器學習方法在紅外/拉曼光譜描述符和吸附能/電荷轉移之間建立關系，因此定量描述電場對CO2催化轉化的影響。基于注意力機理（attention mechanism），挖掘了光譜和吸附模式之間的關系，并且能夠從光譜反演電場強度。2）這項工作為機器學習光譜用于定量描述和調控電催化反應提供幫助。Cheng-Xing Cui, Yixi Shen, Jun-Ru He, Yao Fu, Xin Hong, Song Wang*, Jun Jiang*, and Yi Luo*, Quantitative Insight into the Electric Field Effect on CO2 Electrocatalysis via Machine Learning Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c12174https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c121744.JACS：Cu催化1,1二硼烷對烯丙基立體選擇性烷基化浦項科技大學（POSTECH）Seung Hwan Cho等報道Cu催化，使用1,1-雙硼烷作為前手性親核試劑對烯丙基溴進行位點選擇、立體選擇、對映選擇性烯丙基烷基化。1）該反應使用Cu(I)溴化物和(R)-BINOL衍生磷酸酰胺（phosphoramidite）配體，加入關鍵性的添加劑苯甲酸鋰，以較好的產率和高立體選擇性/對映選擇性生成立體富集的高烯丙基硼酸酯。 2）這種方法具有廣泛底物兼容，對非常廣泛的1,1-二芳基烷烴和烯丙基溴化物兼容。通過氘標記實驗和DFT理論計算等反應機理研究，得到反應路線和立體選擇性。該反應方法能夠進行一系列轉化反應，而且將立體富集的高烯丙稀硼酸酯轉化為高附加值手性化合物。Minjae Kim, Gwanggyun Kim, Doyoon Kim, and Seung Hwan Cho*, Copper-Catalyzed Regio-, Diastereo-, and Enantioselective Allylic Alkylation with 1,1-Diborylalkanes, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c14150https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14150將苯環還原為富含C(sp3)的結構對于設計藥物分子非常重要，因為C(sp3)被證明是臨床成功的結構，環己烯是具有前景的結構，因為環己烯能夠快速的轉化為結構豐富的產物，而且非常穩定，具有耐芳構化的能力。但是能夠將苯還原為環己烯的方法非常罕見。 有鑒于此，波鴻魯爾大學Mario P. Wiesenfeldt等報道一種具有兼容性的方法，能夠將電子濃度低的苯轉化為環己烯。1）這種方法對Lewis堿官能團兼容，包括三唑、硫醚，以及還原性官能團（氰基、炔烴、砜）。2）這個反應使用有機供體作為催化劑，通過光激發電子供體-受體復合物（EDA）實現溫和條件下的芳烴還原。能夠將不容易氧化還原反應的1,4-環己二烯異構生成可還原的1,3-環己二烯。Kirti Devi, Asad Shehzad, and Mario P. Wiesenfeldt*, Organophotocatalytic Reduction of Benzenes to Cyclohexenes, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c14669https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c146696.Nature Commun：膠束能夠模擬水溶液界面合成2D材料水的界面化學通常具有增強的反應活性，獨特的選擇性，以及限域反應結構，因此具有化學合成和材料合成領域的應用前景。但是目前由于缺少穩定的空氣-水界面，因此水溶液界面化學合成技術難以得到有效應用。有鑒于此，德累斯頓大學馮新亮教授等報道通過膠束策略模擬水溶液界面化學，通過帶電表面活性劑分子在超過臨界膠束濃度（CMC）的自組裝形成類似空氣-水的界面的膠束結構。1）構筑的膠束形成有助于化學反應的微環境，其中具有疏水的核和外層水分子層。這種模擬水溶液表面膠束結構并且具有卟啉單體組裝，具有獨特的限域結構和方向性，在14個可逆/不可逆不同的化學反應具有反應性和選擇性（≥99 %）。2）進一步的，這種方法能夠用于2D聚合反應，并且合成了2D聚合物薄層材料。這項研究拓展了水溶液界面化學在合成領域的應用。 Prasoon, A., Ghouse, S., Nguyen, N.N. et al. Mimicking on-water surface synthesis through micellar interfaces. Nat Commun 15, 10495 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54962-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-54962-z7.Nature Commun：陽離子COF對全氟辛酸的協同傳感-吸附 PFAS（多氟化合物/全氟化合物）污染的水體造成嚴重的危害，因為PFAS分子對人體或者環境有害。有鑒于此，紐約大學阿布扎比分校Ali Trabolsi、Serdal Kirmizialtin等報道研究陽離子COF材料，TG-PD COF，能夠高效率的檢測和消除水體中的全氟辛酸（perfluorooctanoic acid）。1）通過簡單的超聲方法合成TG-PD COF，合成的TG-PD COF具有優異的PFOA選擇性和靈敏度，檢測限達到1.8μg L-1。在批次和多次循環過程中，能夠在數秒內實現PFOA的吸附量超過2600mg g-1，對環境濃度PFOA完全去除。2）研究結果表明TG-PD COF具有獨特的兩相吸附性質，能夠緩解疏水相互作用導致的PFOA聚集。計算模擬結果表明TG-PD COF的傳感、吸附、電荷轉移的機理。這項研究表明這種COF設計策略是具有前景的水體PFAS污染物消除策略。 Jrad, A., Das, G., Alkhatib, N. et al. Cationic covalent organic framework for the fluorescent sensing and cooperative adsorption of perfluorooctanoic acid. Nat Commun 15, 10490 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53945-4https://www.nature.com/articles/s41467-024-53945-4 8.AM：超快速合成IrB1.15用于氯氧化和制氫雙功能海水電解通過太陽能、海洋、地熱、風能等可再生能源進行電解水制備可儲存的氫能是具有前景的實現能源可持續發展的路徑。但是目前最先進的電解技術需要輔助工藝的幫助，這導致增加經費和能源消耗。開發含有雜質的水體的直接電解技術能夠克服這種輔助工藝。有鑒于此，魁北克大學國立科學研究院（INRS）能源材料與電信研究中心孫書會教授、魁北克大學高等技術學院張改霞教授、魁北克大學國立科學研究院/福建師范大學蒲宗華教授等報道發現焦耳熱方法合成的結構有序IrB1.15作為催化劑能夠電解海水持續生成氯氣（Cl2）和氫氣。1）IrB1.15催化劑具有優異的電催化性能，在10mA cm-2電流密度，氯氧化反應的過電勢為75mV，制氫反應的過電勢為12mV。此外，IrB1.15催化劑對氯氧化（CER）和制氫（HER）反應的穩定工作時間都超過90h。2）DFT理論計算結果表明IrB1.15催化劑對Cl和H的吸附能接近0eV，這與IrO2和Pt/C類似。通過原位Raman光譜表征發現IrB1.15催化劑中的Ir作為CER反應的活性位點，B原子能夠緩解Ir表面的吸附氫，因此增強IrB1.15的HER催化活性。 Tingting Liu, Zhangsen Chen, Sixiang Liu, Pan Wang, Zonghua Pu, Gaixia Zhang, Shuhui Sun, Ultrafast Synthesis of IrB1.15 Nanocrystals for Efficient Chlorine and Hydrogen Evolution Reactions in Saline Water, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202414021https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202414021
