1.清華大學Angew：二級結構導向π堆疊構筑HOF實現優異NH3吸附利用超分子二級結構單元（SSBU，supramolecular secondary building units）開發多孔晶體材料是一項令人興奮的突破，它擴展了網狀化學的邊界。但是，形成由非共價相互作用維持的多核團簇以組裝氫鍵框架仍然是一個關鍵挑戰。 有鑒于此，清華大學葉鋼副教授等報道提出了一種新策略，通過調整共軛砌塊的π堆疊體的幾何形狀穩定SSBU，促進形成具有特定結構的氫鍵框架，實現了符合氣體分離苛刻要求的結構。1）具體來說，使用具有芳香雜環羧基的π-π平行堆疊的[NH4+]8[COO-]8（SSBU-4），促進了由銨陽離子橋接形成SSBU結構，因此組裝具有永久孔隙的氫鍵框架材料，而且通過溶劑效應的影響得到結構多樣的氫鍵框架。2）相比的，非雜環分子砌塊的幾何結構或者能量上都不利于形成π堆疊，因此當去除客體分子后，脆弱的框架被損壞。值得注意的是，雜環共軛框架在孔通道內含有豐富的開放Br?nsted酸性N-H位點，與目前見諸報道的多孔分子晶體相比，對含有多種工業氣體的混合物表現出顯著的NH3吸附容量，容量高達275.7 mL/g（273 K，100 kPa）。 Xiaojun Ding, Qiang Gao, Yi Su, Jing Chen, Gang Ye, Pi-Stacking Geometry Directed Supramolecular Secondary Building Units Shaping Hydrogen-Bonded Frameworks for Intensive NH3 Adsorption, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202500268https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2025002682.中科大Angew：拉伸應變策略增強電催化CO2還原反應選擇性在酸性電解液電解CO2為克服堿性和中性電解液的CO2損失提供了一條有前景的途徑，但是通常需要高濃度堿性陽離子（濃度達到≥3 M）來調和低pH值和高HER反應速率的權衡，加入的堿性陽離子導致形成鹽類沉淀。有鑒于此，中國科學技術大學高敏銳教授、林岳教授等報道一種通過引入拉伸應變的的策略，通過構筑拉伸應變Cu催化劑，構筑電子濃度富集的表面，能夠聚集K+離子，解決了這一問題。1）該催化劑在pH為1的電解質和含有1 M鉀離子的情況下，選擇性的將CO2還原為有價值的多碳產物，尤其是乙烯。2）研究發現，拉伸應變的Cu催化劑產生了一個電子富集表面，能夠對稀釋狀態的K+進行富集，有助于活化CO2和抑制HER反應。使用這種催化劑，構筑的質子交換膜電解槽中在400 mA cm-2和3.1 V的電池電壓下，在100 h內實現了44.3 %的穩定C2H4法拉第效率。此外，搭建了集成體系，驗證生產的C2H4能夠電合成環氧乙烷。 Min-Rui Gao, Ye-Cheng Li, Xiao-Long Zhang, Xiao-Lin Tai, Xue-Peng Yang, Peng-Cheng Yu, Shi-Chen Dong, Li-Ping Chi, Zhi-Zheng Wu, Yu-Cai Zhang, Shu-Ping Sun, Pu-Gan Lu, Lei Zhu, Fei-Yue Gao, Yue Lin, Highly Tension-Strained Copper Concentrates Diluted Cations for Selective Proton-Exchange Membrane CO2 Electrolysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202422054https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024220543.南開大學Angew：不穩定Zr(IV)-MOF的穩定性-性能調控實現自校準酸性傳感器不穩定介孔MOFs的實際應用通常受到其活化態的結構不穩定性的局限。但是，增強其穩定性可以展開其新功能。有鑒于此，南開大學卜顯和院士、龐建東、德克薩斯A&M大學周宏才教授等報道使用含吡啶的兩性連接體（PPTB），將新型介孔Zr(IV)-MOF NKM-809的后活化結構不穩定的缺點進行穩定化處理。 1）這項研究使用兩種策略：混合分子配體（mixed-linker）合成和安裝配體（linker installation）。在混合分子配體方法，合成過程中加入了一種類似于PPTB的輔助分子配體TPTB，提高了MOF的結構穩定性。在安裝配體方法中，將雙頭羧酸鹽配體（BPDC）用于NKM-809的配位不飽和位點。這些策略構筑了穩定的衍生物結構NKM-808.X（X=χPPTB）和NKM-809-BPDC，它們在不同的激發波長具有隨pH變化而響應的特定波長的雙波長熒光（dual-wavelength fluorescence）。2）值得注意的是，熒光在質子化和解離過程中產生方向相反的改變，因此成為具有高靈敏度、能夠自校準的酸度傳感器。在NKM-809-BPDC中，分子配體的額外激發淬滅（419 nm）最大限度地減少了本征的干擾，實現了改善性能和自我監測功能的集成。理論計算確定了傳感過程中能帶在（n，π*）和（π，π*）之間的躍遷。這些發現展示了穩定的介孔MOF的實際應用前景，對優化MOF材料的策略提供寶貴的見解和幫助。 Feifan Lang, Lulu Zhang, Yang Li, Xiao-Juan Xi, Jiandong Pang, Wenjun Zheng, Hong-Cai Zhou, Xian-He Bu, Retrieving the Stability and Practical Performance of Activation‐Unstable Mesoporous Zr(IV)‐MOF for Highly Efficient Self‐Calibrating Acidity Sensing, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202422517https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024225174.天津大學Angew：Ni摻雜Ru/RuO2增強界面電場效應增強安培級HER提高堿性HER的催化反應性能對于開發工業級的安培電流密度運行的先進陰離子交換膜水電解槽（AEMWE）至關重要。有鑒于此，天津大學尹燕副教授、張俊峰博士等通過DFT理論計算研究各種3d過渡金屬摻雜M-RuO2（其中，金屬M包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn），發現Ni-RuO2是最好的材料。1）摻雜Ni原子能夠促進RuO2發生部分還原，導致在電化學反應過程中形成具有顯著內建電場（BIEF）的Ni-Ru/RuO2界面。由此產生的界面內建電場BIEF增強界面電子轉移，這對于降低HER反應的能壘、加快HER反應的動力學至關重要。2）Ni-RuO2催化劑在1 A cm-2電流密度取得了134 mV的過電位和20.85 mV dec-1的低Tafel斜率，Ru的用量僅為0.03 mg cm-2。高效率BIEF對于催化劑的優異性能起到了關鍵性的作用，構筑的基于Ni-RuO2的AEMWE僅需1.71 V即可達到1 A cm-2下穩定運行1000 h。 Tao Liu, Lianqin Wang, Bin Chen, Haotian Liu, Sipu Wang, Yingjie Feng, Junfeng Zhang, Yan Yin, Guiver Michael, Modulating Built-In Electric Field Strength in Ru/RuO2 Interfaces through Ni Doping to Enhance Hydrogen Conversion at Ampere-level Current, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202421869https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024218695.南方科技大學JACS：單原子ORR催化反應的機理研究單原子催化劑（SACs）因其在實現高效氧還原反應（ORR）方面取代鉑基催化劑的潛力而引起了廣泛關注，但由于其難以捉摸的反應機制，SACs的合理優化仍然具有挑戰性。 有鑒于此，南方科技大學王陽剛副教授等報道使用從頭算分子動力學模擬（AIMD）和熱力學積分（thermodynamic integration）方法，構建分散在氮摻雜石墨烯上的單個鐵原子催化劑（Fe-N4/C），建立了不同電勢下的ORR自由能，并將理論計算得到的參數應用于構筑和積分微觀動力學模型。1）這項研究發現，在電位范圍內，SACs的ORR決速步驟（RDS）取決于電位，而不是不變的。具體來說，在電中性條件下，理論計算得到的RDS步驟是最高能壘的水分子脫附，隨著過電勢的增加，RDS決速步驟逐漸變成*OH物種、O2*物種和O*物種的質子化，雖然*OH的質子化是決定電勢的步驟。2）此外，這項研究揭示軸向吸附水的動態吸附在促進單原子位點釋放方面的關鍵作用，從而提高了ORR反應速率。這項研究解決了長期以來人們對于SACs的ORR反應RDS步驟的爭議，并且發現釋放能量最低的反應步驟不總是等同于RDS，這個結果表明在現實電催化反應過程，檢查動力學反應能壘對于理解電催化性能的重要性。 Hui-Min Yan, Gang Wang, Xin-Mao Lv, Hao Cao, Gang-Qiang Qin, and Yang-Gang Wang*, Revealing the Potential-Dependent Rate-Determining Step of Oxygen Reduction Reaction on Single-Atom Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c16098https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c160986.上海大學&華南師范大學JACS：冰融化合成空心碳球實現優異氣體傳感性能冰融化是一種常見但復雜的現象，目前尚不完全清楚。雖然理論研究表明，冰中預先存在的缺陷會產生“脫離晶格”的水分子，引發大塊冰融化，但由于冰的透明和瞬態性質對當前技術的觀測構成了重大挑戰，因此缺乏關于其形式的直接實驗證據。有鑒于此，華南師范大學王耀教授、上海大學石國升教授等報道一種冰融化誘導凍干（IMIL）技術，該技術采用基于石墨烯的納米探針來復制和跟蹤融化的大塊冰中的液體演變。 1）作者通過實驗數據和理論計算表明，“非晶格”水分子形成球形液滴，隨著熔化的進行而擴大和聚結。IMIL技術代表了一種新型納米技術，通過利用天然液滴作為模板來制作高質量的空心球，與傳統方法相比，它在簡單性、環保性、可擴展性和尺寸可調性方面具有優勢。2）通過IMIL技術制造的Pt負載石墨烯空心球具有超靈敏的甲醛檢測性能，檢測限僅為5 ppb（parts per billion），而且具有快速的響應時間和恢復時間（～4.9 s），無需輔助的技術幫助能夠在室溫運行，性能超過了世界衛生組織（WHO）的標準和當前的檢測方法。這些發現突出的表明IMIL技術在各種應用構筑多功能的空心球材料的潛力。 Zhuo Chen, Jinrong Wang, Xing Liu, Yao Wang*, Jie Shen, Jiaqiang Li, Xianda Liu, Xueyan Li, Wenle Pei, Ying Guo, Guosheng Shi*, Hao Li, Ahmad M. U. Siddiqui, Nicolaas F. de Rooij, Lei Jiang, and Guofu Zhou, Crafting Hollow Spheres via Bulk Ice Melting with ppb-Level Gas Sensing Performance, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c14808https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c148087.大連化物所&港城大&福建師范JACS：Re單原子用于電催化葡萄糖氧化結構明確的單原子催化劑（SAC）是直接進行實驗與理論計算進行比較的理想模型體系，這為研究非均相催化反應提供了深刻的見解。但是由于活性位點具有無法預測的結構演變以及形成嵌入活性位點，因此SAC的精確設計和可控合成仍然具有挑戰，可能在化學反應過程中產生空間位阻。有鑒于此，香港城市大學劉彬教授、中國科學院大連化物所喬波濤研究員、吳忠帥研究員、張波副研究員、福建師范大學于廣濤教授等由不常見的非熱解合成，以NiO載體的具有明確鄰菲咯啉配位的Re-SACs得到Re1-phen/NiO。1）通過多種表征和DFT理論計算，揭示發現孤立Re原子分布在NiO載體的表面，通過垂直于表面的鄰菲咯啉配體連接。2）這種獨特的結構使Re1-phen/NiO SAC具有很強的葡萄糖分子活化能力，使Re=O雙鍵完全暴露在開放的反應環境，同時與葡萄糖分子兩端的羥基和醛基反應，迅速生成葡糖二酸（glucaric acid）。Xunzhu Jiang, Xianhong Wu, Mingyue Lv, Xiaoli Pan, Hua Wang, Chenyang Li, Meixin Chen, Wei Chen, Bo Zhang*, Guangtao Yu*, Zhong-Shuai Wu*, Botao Qiao*, Bin Liu*, Fritz E. Kühn, and Tao Zhang, "Suspended" Single Rhenium Atoms on Nickel Oxide for Efficient Electrochemical Oxidation of Glucose, J. Am. Chem. Soc. 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c13368https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c13368意大利國立研究委員會（CNR）材料結構研究所（ISM）Giuseppe Mattioli等使用最先進的DFT理論模擬，對堿性溶液的OER反應使用非晶態的原始和Fe摻雜Ni(OH)2催化劑薄膜（稱為NiCat和Fe:NiCat）的結構和電化學性能進行了全面的理論研究。1）當催化劑薄膜暴露于正電位時，理論計算模擬準確的發現并且捕捉催化劑的局部結構有序的結構變化，與以往報道的XAS表征結果相符合。這項研究展示了催化劑的活化過程中，質子耦合電子轉移將Ni(II)可逆的氧化為Ni(III/IV)的關鍵作用。通過建立與實驗數據相符合的NiCat和Fe:NiCat的結構模型，隨后探索原子晶度的OER機理，發現當施加過電勢超過了水氧化和產生氧氣所需的過電勢，就能夠觸發OER。2）這項研究定量比較了適用于吸附質轉化機制（AEM）和晶格氧機制（LOM）的七種OER反應機理合過程，表明與NiCat相比，Fe如何顯著提高Fe:NiCat的催化活性。 這項研究的結果表明，在典型OER反應的條件，晶體和無定形金屬(氧)氫氧化物薄膜表面的常見的簡單M-O-M結構能夠促進AEM和LOM機制。此外，這項研究發現Fe的難以捉摸的作用在于Ni(IV)-O和Fe(IV)-O-鍵在形成關鍵中間體O-O鍵之前的不同行為，Fe能夠降低形成這些中間體所需的過電勢。Giuseppe Mattioli* and Leonardo Guidoni, Multiple Reaction Pathways for Oxygen Evolution as a Key Factor for the Catalytic Activity of Nickel–Iron (Oxy)Hydroxides, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c12988https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c12988
