1.浙江大學(xué)JACS：鋅烷氧酯配體合成CdSe納米晶體浙江大學(xué)彭笑剛教授、李炯昭副教授等報(bào)道在強(qiáng)限域和弱限域尺寸范圍內(nèi)，能夠合成尺寸、形狀（量子點(diǎn)、納米棒或納米線）和晶面結(jié)構(gòu)均一的單晶（無(wú)堆垛層錯(cuò)）纖鋅礦型CdSe納米晶體。1）考慮到纖鋅礦型CdSe獨(dú)特的c軸，使用一種新型中性配體（鋅的烷氧酯化物），使其與占主導(dǎo)的非極性低指數(shù)晶面結(jié)合。無(wú)堆垛層錯(cuò)的纖鋅礦型晶種而非閃鋅礦型四面體的成核是關(guān)鍵步驟，通過(guò)一系列與中性烷酸鋅配體相匹配的條件對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。在后續(xù)生長(zhǎng)階段，條件要求相對(duì)寬松，但是中性鋅的烷氧酯化物配體對(duì)于實(shí)現(xiàn)這些單晶納米晶體近乎原子級(jí)平整的晶面仍至關(guān)重要。在強(qiáng)限域尺寸范圍內(nèi)，纖鋅礦型CdSe納米晶體的集合體光致發(fā)光（PL）半高寬（FWHM）達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的低值（59 meV）。在弱限域尺寸范圍內(nèi)，觀察到由熱布居引起的雙峰PL現(xiàn)象。2）與閃鋅礦型CdSe納米晶體相比，均一且單晶的纖鋅礦型CdSe納米晶體展現(xiàn)出獨(dú)特的尺寸依賴(lài)光學(xué)性質(zhì)。本文研究的結(jié)果表明，能夠?qū)崿F(xiàn)原子級(jí)精確合成膠體半導(dǎo)體納米晶體，這使得開(kāi)發(fā)出一類(lèi)先進(jìn)的納米材料，用于探索各種光學(xué)和光電器件應(yīng)用。 Xu Cao, Jiongzhao Li*, Xudong Qian, Chuyue Li, and Xiaogang Peng*, Nucleation and Growth of Monodisperse and Monocrystalline Wurtzite CdSe Nanocrystals: Zinc Alkanoates as Neutral Ligands, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c15987https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c159872.麻省理工學(xué)院JACS：自動(dòng)流動(dòng)相合成人工血紅素金屬酶用于立體有機(jī)合成酶催化小分子反應(yīng)的卓越效率推動(dòng)了其在有機(jī)化學(xué)中的廣泛應(yīng)用。有鑒于此，麻省理工學(xué)院Bradley L. Pentelute教授、Stephen L. Buchwald教授等報(bào)道采用自動(dòng)化快速流動(dòng)固相合成法，能夠不受限制地引入非天然氨基酸的數(shù)量和結(jié)構(gòu)，從而獲得具有催化活性的全長(zhǎng)酶。 1） 這項(xiàng)研究展示了鐵依賴(lài)性枯草芽孢桿菌肌紅蛋白（BsMb）和抹香鯨肌紅蛋白（SwMb）的全合成過(guò)程。合成的酶在卡賓轉(zhuǎn)移反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的對(duì)映選擇性和產(chǎn)率。2）通過(guò)使用合成獲得的L-BsMb和D-BsMb突變體，在苯乙烯的環(huán)丙烷化反應(yīng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)映選擇性的絕對(duì)控制，兩種突變體分別能夠以相同但相反的對(duì)映體富集選擇性合成環(huán)丙烷產(chǎn)物的不同對(duì)映體。對(duì)修飾非天然氨基酸的BsMb突變體進(jìn)行詳細(xì)的構(gòu)效關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)了從未被發(fā)現(xiàn)的氫鍵相互作用，這種相互作用是苯乙烯環(huán)丙烷化反應(yīng)中對(duì)映選擇性的主要?jiǎng)恿ΑＷ髡哒J(rèn)為這種方法能夠可靠和快速的生成具有非天然氨基酸的全合成酶，這項(xiàng)工作能夠推動(dòng)生物催化領(lǐng)域的發(fā)展。Giulio Fittolani, Dennis A. Kutateladze, Andrei Loas, Stephen L. Buchwald*, and Bradley L. Pentelute*, Automated Flow Synthesis of Artificial Heme Enzymes for Enantiodivergent Biocatalysis, J. Am. Chem. Soc. 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c13832https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c138323.大連化物所Angew：?jiǎn)螌覯oS2面內(nèi)S缺陷增強(qiáng)切斷C-O提高RWGS性能將二氧化碳還原為一氧化碳為通過(guò)二氧化碳利用生產(chǎn)有價(jià)值的化學(xué)品提供了一種有前景的方法。但是，催化劑的快速失活和活性不足仍然是挑戰(zhàn)。有鑒于此，中國(guó)科學(xué)院大連化物所黃延強(qiáng)研究員、蘇雄、Xin Shang等報(bào)道開(kāi)發(fā)了一種軟硬雙模板方法，使用價(jià)格便宜并且能夠規(guī)模化的模板合成層狀MoS2，通過(guò)控制層數(shù)可以方便的調(diào)節(jié)硫空位。1）平面內(nèi)空位的濃度隨著MoS2層數(shù)的減少而不斷增加，有助于單層MoS2的CO選擇性達(dá)到100%，并在600°C下反應(yīng)300小時(shí)后性能穩(wěn)定。CO的時(shí)空產(chǎn)率達(dá)到35.7 gCO-1gcat-1 h-1，比大多數(shù)目前的催化劑性能更好。2）多種表征測(cè)試以及結(jié)合理論計(jì)算表明，面內(nèi)硫空位通過(guò)直接解離CO2來(lái)增強(qiáng)CO的產(chǎn)生，使得面內(nèi)硫缺陷的活性比邊緣硫空位高5.8倍以上。決速步驟從切斷邊緣C-O化學(xué)鍵變成能壘較低的平面硫空位再生。 這項(xiàng)研究展示了通過(guò)調(diào)控不同結(jié)構(gòu)的空位設(shè)計(jì)和合成MoS2減少二氧化碳排放，揭示了潛在的工業(yè)應(yīng)用前景。Zhiyuan Zheng, Xin Shang, Weijue Wang, Xiaofeng Yang, Xiong Su, Yanqiang Huang, Boosting C-O Bond Cleavage and Reverse Water-Gas Shift Activity via Enriched in-plane Sulfur Vacancies in Single-Layer Molybdenum Disulfide, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202422953https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024229534.天津大學(xué)Angew：Fe-N-C單原子轉(zhuǎn)化為FeNxSey簇增強(qiáng)PEMFC催化活性鐵氮碳（Fe–N–C）催化劑是質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFCs）中最有希望替代鉑催化劑的材料，然而在裝置中，其高性能無(wú)法維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。構(gòu)建一種不同于Fe–N–C催化劑中平面正方形 Fe–N4構(gòu)型的新型鐵配位環(huán)境，有望突破目前的穩(wěn)定性限制，但是穩(wěn)定性的增強(qiáng)仍需要人們不斷的探索。有鑒于此，天津大學(xué)凌濤教授等報(bào)道將Fe–N–C轉(zhuǎn)化為一種新型FeNxSey催化劑，其中鐵位點(diǎn)由N和Se原子的三維3D共配位。1）FeNxSey催化劑比Fe–N–C催化劑展現(xiàn)出更好的四電子氧還原反應(yīng)（4e? ORR）活性和選擇性。具體的，F(xiàn)eNxSey上H2O2和羥基自由基?OH的產(chǎn)量分別僅為Fe–N–C上的1/4和1/3。FeNxSey催化劑表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，經(jīng)過(guò)10000圈循環(huán)后，其半波電位（E1/2）僅下降10 mV，遠(yuǎn)小于Fe–N–C催化劑的56 mV，是迄今報(bào)道的最穩(wěn)定的無(wú)鉑催化劑。此外，這種三維共配位結(jié)構(gòu)抑制了在H2O2存在下鐵的脫金屬。2）基于FeNxSey的質(zhì)子交換膜燃料電池表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性，在加速老化測(cè)試后，其電流密度的衰減明顯低于Fe–N–C催化劑的器件性能。 Yang Zhao, Pengfei Yin, Yuanyuan Yang, Ruguang Wang, Cairong Gong, Jisi Li, Jiaxin Guo, Quanlu Wang, Tao Ling, Converting Fe–N–C single-atom catalyst to a new FeNxSey cluster catalyst for proton-exchange membrane fuel cells, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202419501https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024195015.Angew：Co簇-GaN光催化甲烷轉(zhuǎn)化為乙烷和丙烷 甲烷光催化非氧化偶聯(lián)（PNOCM）為合成有價(jià)值的C2+烴類(lèi)并最大程度減少副反應(yīng)提供了一條具有前景的途徑。雖然目前氧化物為主的光催化劑在PNOCM領(lǐng)域是主要的催化劑，但由于C-C偶聯(lián)反應(yīng)的效果不好，而且晶格氧導(dǎo)致甲烷發(fā)生過(guò)度氧化，因此PNOCM催化存在轉(zhuǎn)化率、選擇性和穩(wěn)定性缺乏的問(wèn)題。有鑒于此，密歇根大學(xué)張丙興博士、米澤田教授、Theodore B. Norris、耶魯大學(xué)Victor S. Batista等報(bào)道利用GaN（產(chǎn)量最高的半導(dǎo)體之一）和痕量Co金屬簇（0.1 wt%）實(shí)現(xiàn)PNOCM甲烷轉(zhuǎn)化為乙烷和丙烷。1）這個(gè)光催化體系表現(xiàn)了優(yōu)異的穩(wěn)定性，在110 h內(nèi)性能穩(wěn)定，乙烷的轉(zhuǎn)化率約為192.3 mmol g-1 h-1，丙烷的轉(zhuǎn)化率約為17.9 mmol g-1 h-1，而且?guī)缀鯖](méi)有檢測(cè)到焦炭副產(chǎn)物，據(jù)研究者所知，這個(gè)性能是目前報(bào)道的最高活性和穩(wěn)定性。2）這種高活性歸因于鈷簇起到甲烷活化和C-C偶聯(lián)的關(guān)鍵作用，通過(guò)從p-GaN到Co簇的超快光生電荷轉(zhuǎn)移，能夠大大加速這一過(guò)程。此外，GaN載體通過(guò)在反應(yīng)過(guò)程中原位生成N-H和O-H物種，進(jìn)一步協(xié)同增強(qiáng)甲烷的活化，并對(duì)甲烷起到了至關(guān)重要的阻礙過(guò)度氧化的作用，因此實(shí)現(xiàn)了高選擇性和穩(wěn)定性。 Zhengwei Ye, Zhuoran Long, Bingxing Zhang, Ishtiaque Ahmed Navid, Jan Paul Menzel, Yifan Shen, Shubham Mondal, Facheng Guo, Theodore B. Norris, Victor S. Batista, Zetian Mi, Photocatalytic Conversion of Methane to Ethane and Propane Using Cobalt-Cluster-Activated GaN Nanowires, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202500158https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2025001586.中科大Nature Commun：GaN/Si光電極異質(zhì)結(jié)增強(qiáng)光催化制氫開(kāi)發(fā)高效耐用的光電極對(duì)于實(shí)現(xiàn)光電化學(xué)水分解的大規(guī)模應(yīng)用至關(guān)重要。有鑒于此，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)孫海定教授等報(bào)道一種獨(dú)特的光電極，它由重新配置的硅片上氮化鎵納米線負(fù)載金納米顆粒作為助催化劑組成，在AM 1.5G一個(gè)太陽(yáng)光照下，其施加偏壓光子-電流轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了令人矚目的 10.36 %，同時(shí)在高電流密度下實(shí)現(xiàn)了超過(guò)800 h的穩(wěn)定光電化學(xué)（PEC）HER。 1）通過(guò)簡(jiǎn)單的堿性蝕刻步驟對(duì)GaN納米線進(jìn)行調(diào)整，暴露內(nèi)部的(10-1-1)晶面，實(shí)現(xiàn)了具有強(qiáng)電子相互作用的高度耦合的半導(dǎo)體納米線-助催化劑異質(zhì)界面。這種強(qiáng)耦合的重新配置的GaN納米線/Au異質(zhì)界面不僅優(yōu)化了金納米顆粒的電子結(jié)構(gòu)，形成了豐富的高活性界面區(qū)域，最終實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的析氫活性，還使氮化鎵納米線能夠?yàn)榻鸺{米顆粒提供更強(qiáng)的錨固作用，防止在劇烈的HER催化反應(yīng)過(guò)程中Au納米顆粒脫落。2）這項(xiàng)研究提出的光電極提供了一種可行的結(jié)構(gòu)，有助于解決光電化學(xué)裝置在生產(chǎn)清潔氫燃料方面的效率-可靠性瓶頸。 Chen, W., Wang, D., Wang, W. et al. Enhanced solar hydrogen production via reconfigured semi-polar facet/cocatalyst heterointerfaces in GaN/Si photocathodes. Nat Commun 16, 879 (2025).DOI: 10.1038/s41467-024-55743-4https://www.nature.com/articles/s41467-024-55743-47.大連化物所Nature Commun：無(wú)定形-晶化雙晶相Cu電催化合成氨可再生能源驅(qū)動(dòng)的電催化硝酸鹽還原反應(yīng)為溫和條件下合成氨提供了一條低碳且可持續(xù)的途徑。但是，目前電催化還原硝酸鹽合成氨的過(guò)程難以達(dá)到實(shí)用性，主要因?yàn)殡姶呋钚院烷L(zhǎng)期穩(wěn)定性難以達(dá)到要求。有鑒于此，中國(guó)科學(xué)院大連化物所王國(guó)雄研究員、高敦峰研究員等報(bào)道使用一種穩(wěn)定的無(wú)定形/晶態(tài)雙相銅催化劑實(shí)現(xiàn)了高效率的電化學(xué)合成氨。1）在2.6 ± 0.01 V的低電池電壓下，氨的部分電流密度和氨的產(chǎn)率分別能夠達(dá)到3.33 ± 0.005 A cm-2和15.5 ± 0.02 mmol h-1 cm-2。值得注意的是，這種雙晶相Cu催化劑能夠在1.5 A cm-2的高電流密度下，穩(wěn)定產(chǎn)氨的法拉第效率達(dá)到90%，壽命長(zhǎng)達(dá)300 h。采用面積為100 cm2的放大器件表明，在電流為160 A，生成NH3的速率高達(dá)11.9 ± 0.5 g h-1。2）這種優(yōu)異的電催化性能歸因于穩(wěn)定的無(wú)定形Cu的存在，這些無(wú)定形Cu促進(jìn)了含氮中間體的吸附和氫化，改善生成氨的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。這項(xiàng)工作突出了穩(wěn)定亞穩(wěn)非晶結(jié)構(gòu)對(duì)于提高電催化反應(yīng)活性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的重要性。
Wang, Y., Wang, S., Fu, Y. et al. Ammonia electrosynthesis from nitrate using a stable amorphous/crystalline dual-phase Cu catalyst. Nat Commun 16, 897 (2025).DOI: 10.1038/s41467-025-55889-9https://www.nature.com/articles/s41467-025-55889-98.天津理工大學(xué)&河北大學(xué)Nature Commun：光催化CO2合成高純度甲醇在溫和條件下將CO2轉(zhuǎn)化為甲醇備受關(guān)注，但是具有非常大的困難與挑戰(zhàn)。無(wú)論是電化學(xué)還是熱催化二氧化碳還原制甲醇，得到的甲醇濃度通常都非常低（并且與水混合），需要耗能巨大的純化過(guò)程。有鑒于此，天津理工大學(xué)魯統(tǒng)部教授、焦吉慶教授、河北大學(xué)李亞光研究員等設(shè)計(jì)了一個(gè)模擬太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的串聯(lián)催化系統(tǒng)，這個(gè)串聯(lián)催化體系能夠電化學(xué)還原CO2生成合成氣，隨后進(jìn)一步光熱轉(zhuǎn)化得到高純度的甲醇（體積分?jǐn)?shù)>97%）。1）這項(xiàng)研究構(gòu)建了一種自支撐的電催化劑，其具有Ni單原子和封裝的Co納米顆粒的兩個(gè)活性位點(diǎn)，能夠通過(guò)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的CO2電化學(xué)還原，持續(xù)生成H2/CO比例~2的合成氣。生成的合成氣隨后被送入光熱催化反應(yīng)器模塊（TiC/Cu/CuZnAl結(jié)構(gòu)），在1個(gè)太陽(yáng)光的強(qiáng)度下光照能夠制備高純度的甲醇，產(chǎn)率達(dá)到0.238 gCH3OH/gcat/h。 2）這項(xiàng)工作展示了一條將二氧化碳直接轉(zhuǎn)化為高純度甲醇的可行且可持續(xù)的途徑。 Jiao, J., Ma, Y., Han, X. et al. Sun-simulated-driven production of high-purity methanol from carbon dioxide. Nat Commun 16, 857 (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-56101-8https://www.nature.com/articles/s41467-025-56101-8
