1.湖南大學Angew：二合一策略增強Fe-N-C位點的密度和TOF
催化活性位點的密度、催化反應TOF是決定Fe-N-C催化劑的ORR活性的兩個基本標志。但是，如何在單個Fe-N-C催化劑中同時優化這活性位點密度和TOF仍然是一個巨大的挑戰。有鑒于此，湖南大學費慧龍教授等通過一步化學氣相沉積工藝用碘銨（NH4I）蒸氣處理常見Fe-N-C催化劑，不僅通過原位生成的NH3的刻蝕作用增加催化劑的表面積和孔隙率（從而增加活性位點的暴露），而且通過摻入碳基質中的碘摻雜劑調節Fe-N4的電子結構。1）通過原位亞硝酸鹽標定（in-situ nitrite stripping）技術測定，NH4I處理的Fe-N-C催化劑實現了2.15×1019個位點g-1的位點密度（與未處理的催化劑增強2倍）、3.71個電子位點-1 s-1的TOF（TOF比未處理催化劑增強3倍）方面都具有很高的值，以及12.78 A g-1的質量活性。2）此外，催化劑在堿性體系具有優異的ORR性能，半波電位（E1/2）為0.924 V，在酸性體系表現出可接受的活性，半波電位E1/2=0.795 V，在鋅空氣電池中取得249.1 mW cm-2的優異功率密度。 Jianbin Liu, Yao Liu, Bing Nan, Dashuai Wang, Christopher Allen, Zhichao Gong, Guanchao He, Kaixing Fu, Gonglan Ye, Huilong Fei, A Two-in-One Strategy to Simultaneously Boost the Site Density and Turnover Frequency of Fe?N?C Oxygen Reduction Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202425196https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024251962.內蒙古大學Angew：晶面設計介孔CuS反應器增強光催化還原CO2制備C2H4 具有高氧化還原活性的介孔納米反應器的晶面異質結工程代表了將CO2轉化為有價值的C2產物（如C2H4）的有效策略。有鑒于此，內蒙古大學馬玉柱研究員、內蒙古大學/復旦大學趙東元院士等報道通過界面受限離子動態遷移重排策略，制備具有各向異性晶面的中空介孔立方體狀CuS納米反應器（~860 nm）。1）S2-離子濃度的調節有助于將高活性（110）與（100）晶面比從0.119調節到0.288，并誘導各向異性晶面異質結的形成。可控晶面異質結觸發電荷載流子的定向遷移，并伴隨著串聯S缺陷位點的形成(Cu0-S1@S3)。促進了有效的電子-空穴對解離，并實現了不對稱的C-C耦合。優化晶面比為0.224的中空介孔CuS納米反應器（HMe-CuS-3）對CO2光催化還原為乙炔（C2H2）的選擇性高達72.7%。2）進一步的，構建Au-(110)和Co3O4-(100)空間分離的級聯納米反應器(SS-Au@Co3O4-CuS)用于CO2-C2H4光催化還原，Co位點增強H2O分子解離提供質子，并將*CO質子化為*COH。隨后，*COH被Au位點捕獲，用于不對稱的*CO-*COH偶聯和質子化，實現了高達4.11μmol/g/h的高C2H4生成率，選擇性高達90.6 %。 Jiaming Zhang, Linlin Duan, Wei Zhang, Bing Ma, Jiangwei Zhang, Jinying Li, Aixia Wang, Peiting Guo, Dongyuan Zhao, Yuzhu Ma, Crystal-Facet Engineering of Mesoporous CuS Cascade Nanoreactors Enhances Photocatalytic C-C Coupling of CO2-to-C2H4, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202423861https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024238613.電子科技大學&中科院深圳先進技術研究院Angew：Co1Cu單原子合金調控電催化還原CO2甲烷化二氧化碳（CO2）電化學還原為甲烷（CH4）是一種有前景的解決方案，可以在生產有價值的化學原料的同時減少二氧化碳排放。雖然單原子催化劑能夠選擇性的將CO2轉化為CH4方面表現應用前景，但是通常單原子催化劑的活性位點數量非常有限，這阻礙了電催化反應過程形成高電流密度，造成了選擇性和催化活性的局限。 有鑒于此，電子科技大學夏川教授、鄭婷婷教授、中國科學院深圳先進技術研究院鄭勇平副研究員等報道開發了一種單原子鈷Co摻雜的銅催化劑（Co1Cu），CH4法拉第效率超過60 %，部分電流密度為-482.7 mA cm-2。1）機理研究表明，Co單原子的摻入增強H2O分子的活化和解離，從而降低了*CO中間體的氫化反應能壘。原位光譜實驗和DFT理論計算模擬進一步表明，通過增強橋式結合的方式調節*CO吸附位點的結構，有利于通過C-C偶聯或CO脫附反應路徑實現深度還原生成CH4。2）這項研究結果展示了，Co1Cu催化劑具有克服選擇性-活性權衡（selectivity-activity trade-off）的潛力，為CO2合成CH4的高效率轉化技術和大規模利用提供可能。 Jiawei Li, Miaojin Wei, Bifa Ji, Sunpei Hu, Jing Xue, Donghao Zhao, Haoyuan Wang, Chunxiao Liu, Yifan Ye, Jilong Xu, Jie Zeng, Ruquan Ye, Yongping Zheng, Tingting Zheng, Chuan Xia, Copper-Catalysed Electrochemical CO2 Methanation via the Alloying of Single Cobalt Atoms, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202417008https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024170084.西湖大學Angew：通過傅-克反應快速大規模構筑高晶度三嗪CTFFriedel-Crafts反應因其操作簡單、結構單元豐富而被廣泛應用于制備各種多孔有機聚合物。但是，由于其較差的可逆性和過多的無規反應位點，到目前為止，通過傅克反應合成結晶有機聚合物/框架的方法仍未曾實現。有鑒于此，西湖大學徐宇曦研究員等報道開發了一種分子限制的傅克反應策略，首次實現了具有功能設計的高結晶共價三嗪框架（CTF）的快速制備（僅需30 min）。 1）理論計算和詳細的實驗表明，羧基在CTF結晶過程中在芳香苯單體中的關鍵作用，不僅可以通過其吸電子性質有效地為2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的親電攻擊形成合適的活化能壘，而且能夠引入錨定效應（分子限制效應），促進特定位點在二維平面方向的有序聚合。2）由于簡便的合成路線和原料的低成本，這項研究前所未有的實現了羧基官能化高結晶度CTF的公斤級制備。此外，由于羧基的親水性和可電離性，所獲得的官能化CTF表現出優異的水相分散性，優異的溶液加工性能。Lei Zhang, Tian Sun, Zhao Zhang, Ziyue Zhang, Yuxi Xu, Rapid and Scalable Preparation of High-Crystalline Carboxyl-Functionalized Covalent Triazine Frameworks via Friedel-Crafts Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2025 DOI: 10.1002/anie.202421251https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024212515.JACS：Pd1-Pdn-(Ni,Co)(OH)x的三重活性位點增強甲醇輔助低電壓現場制氫甲醇（ME）是一種液態氫載體，非常適合于現場的實時按照需求制氫，避免了其昂貴和危險的存儲和輸送，但是ME-to-H2的電化學轉換反應過程受到高壓（能耗）和競爭性OER反應的抑制。有鑒于此，香港大學郭正曉教授、暨南大學高慶生研究員、Lihua Zhu、中國科學院福建物構所柴國良研究員等報道證實Pt單原子（Pt1）和Pd納米簇（Pdn）錨定在富含OH空位（VOH）的(Ni, Co)(OH)x納米粒子上構筑得到Pt1Pdn/(Ni, Co)(OH)x，通過協同功能可以產生協同的三元活性位點，因此實現了甲醇增強的低壓制H2。1）對于MOR，OH*優先吸附在Pdn上，(Ni, Co)(OH)x表面氫原子的氫鍵能夠幫助，與有利吸附在相鄰Pt1位點上的中間體（如*CHO或*CHOOH）相互作用。 2）通過提高*CHOOH途徑的選擇性，沒有改善*CO路徑的選擇性，因此MOR活性實現了實用化的大電流密度。對于HER，(Ni, Co)(OH)x上的Pt1、Pdn和OH空位三元位點形成了一個“酸堿”微環境，能夠促進水分子的吸附和分解，在Pt1和Pdn上生成H*物種，在空位形成*OH，因此能夠促進從不對稱Pt1和Pdn位點的Tafel釋放H2。三元位點協同作用為設計和合成高效穩定的共功能催化劑為液體甲醇促進“現場”生產H2提供可能。An Pei, Ruikuan Xie, Lihua Zhu*, Fengshun Wu, Zinan Huang, Yongyu Pang, Yu-Chung Chang, Guoliang Chai*, Chih-Wen Pao, Qingsheng Gao*, Congxiao Shang, Guang Li, Jinyu Ye, Huaze Zhu, Zhiqing Yang, and Zhengxiao Guo*, Methanol-Enhanced Low-Cell-Voltage Hydrogen Generation at Industrial-Grade Current Density by Triadic Active Sites of Pt1–Pdn–(Ni,Co)(OH)x, J. Am. Chem. Soc. 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c12665https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c126656.浙江大學Nature Commun：價格便宜且性能穩健MOF實現持續性分離SF6/N2物理吸附為低溫蒸餾提供了一種有前景的替代方案，用于捕獲最強效的溫室氣體SF6，但現有的吸附劑在滿足各種化學和工程問題方面面臨挑戰。有鑒于此，浙江大學楊啟煒研究員、柯天等在本文中，通過對孔內化學和工業過程設計的深入了解，構建了兩種低成本復合材料顆粒（2 % HPC的Al（fum）和5%高嶺土的Al（fum）），并且結合一種創新的兩階段真空變溫吸附（VTSA，two-stage Vacuum Temperature Swing Adsorption）工藝，實現了從氮氣中超高效回收低濃度SF6。1）實現了創紀錄的高選擇性（>2×104）和SF6動態容量（~2.7 mmol/g），同時實現了優異的SF6產量（~58.7 L/kg）、收率（~96.8 %），在溫和的再生條件下，通過固定床的吸附-脫附實驗，驗證了能夠循環利用（~1000次循環）。 2）2D固體NMR光譜和原位FTIR紅外光譜、DFT-D結合/擴散模擬，揭示了SF6在通道內的多位點結合方式以及超快速的擴散。VTSA工藝能夠達到環境保護和電力設備運行的雙重嚴格要求：SF6回收率為99.91%，SF6純度/工作容量為99.91%/2.1?mmol/g，性能顯著超過了工業沸石13X，能耗僅為低溫蒸餾過程能耗的18.7 %。Li, J., Chen, Y., Ke, T. et al. Efficient continuous SF6/N2 separation using low-cost and robust metal-organic frameworks composites. Nat Commun 16, 632 (2025).DOI: 10.1038/s41467-025-56031-5 https://www.nature.com/articles/s41467-025-56031-57.吉林大學Nature Commun：鍵強度策略預測晶界能和金屬的宏觀強度將結合強度與金屬的宏觀強度相關聯對于理解機械性能和設計多主元素合金（MPEA）至關重要。有鑒于此，吉林大學高旺教授等報道受到晶界在金屬強度中的作用的啟發，引入了一種預測模型，根據內聚能和原子半徑確定金屬的晶界能和宏觀強度。1）這項研究通過緊束縛模型的d帶特性和斷裂鍵的本質，表明了排斥/吸引效應在不同金屬的鍵強度變化中起著不同的作用。2）重要的是，我們的框架不僅適用于純金屬和MPEA，而且揭示了由元素組成、晶格結構、高熵和無定形效應引起的鍵強度的區別。這項研究通過使用易于獲取的材料特性，構建了一個跨越結合強度、晶界能和金屬強度的物理關系，并且為高強度合金的設計提供了一種穩健的方法。 Li, X., Wu, H., Gao, W. et al. A roadmap from the bond strength to the grain-boundary energies and macro strength of metals. Nat Commun 16, 615 (2025).DOI: 10.1038/s41467-025-55921-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-025-55921-y8.Nature Commun：過渡金屬空位和位點工程實現可逆陰離子氧化還原反應用于儲鈉引發陰離子氧化還原反應是提高層狀過渡金屬(TM)氧化物容量的有效方法。然而，不可逆的氧釋放和高電壓下的結構惡化仍然是一個難題。在此，武漢理工大學麥立強教授，周亮教授，Khalil Amine，Jiantao Li等人開發了一種Mg離子和空位雙摻雜策略，部分TM離子釘扎在Na層中，以提高陰離子氧化還原反應的可逆性和層狀氧化物的結構穩定性。 1）Mg離子和空位(□)都包含在TM層中，而部分Mn離子(~1.1%)占據Na位。引入的Mg離子與空位結合不僅創造了豐富的非鍵合O 2p軌道，有利于高氧氧化還原容量，而且還抑制了源自Na–O–□配置的電壓衰減。2）釘扎在Na層中的Mn離子充當“鉚釘”，抑制板坯在極端脫鈉狀態下的滑動，從而抑制裂紋的產生。正極Na0.67Mn0.011[Mg0.1□0.07Mn0.83]O2具有增強的放電容量和良好的循環性能。這項研究為構建穩定的層狀氧化物正極以及用于鈉存儲的高度可逆陰離子氧化還原反應提供了見解。
Cai, C., Li, X., Li, J. et al. Transition metal vacancy and position engineering enables reversible anionic redox reaction for sodium storage. Nat Commun 16, 100 (2025).DOI：10.1038/s41467-024-54998-1https://doi.org/10.1038/s41467-024-54998-1
