1. 胡良兵Nature Nanotechnology: 高溫沖擊波穩定單原子
單原子催化劑的穩定性對于其實際應用是至關重要的。盡管高溫可以促進金屬原子與基材之間的鍵形成，并且具有增強的穩定性，但是它經常引起原子團聚并且與許多對溫度敏感的基材不相容。
胡良兵，Tianpin Wu, Teng Li, Chao Wang和Reza Shahbazian-Yassar等人報道了使用可控制的高溫沖擊波在非常高的溫度（1,500-2,000 K）下合成和穩定單個原子，通過周期性開關加熱實現，具有短暫開啟狀態（55 ms）和十次更長的關閉狀態。高溫通過形成熱力學上有利的金屬缺陷鍵為原子分散提供活化能，并且關閉狀態嚴格地確保整體穩定性，尤其是對于基底。得到的高溫單原子作為耐久催化劑表現出優異的熱穩定性。報道的沖擊波方法是簡便的，超快的和通用的（例如，Pt，Ru和Co單原子，以及碳，C3N4和TiO2襯底），這為常規挑戰的單原子制造開辟了一條通路。
High temperature shockwave stabilized single atoms，Nature Nanotechnology (2019)
https://www.nature.com/articles/s41565-019-0518-7
2. Sci. Adv.：拓撲半金屬Co3Sn2S2體單晶表面態對水氧化的影響
拓撲相物質中的能帶反轉帶來了奇特的物理性質，比如拓撲保護表面態（TSS）。它們對材料的表面電子結構有很大的影響，可以作為深入了解表面反應的良好平臺。
馬克斯普朗克固體化學物理研究所的Claudia Felser、Yan Sun、Guowei Li和中國科學院物理研究所的Enke Liu聯合報道了高質量的立方氮化硅晶體，它自然地承載了拓撲半金屬的帶結構，保證了來自Co原子的強TSS的存在性。Co3Sn2S2晶體暴露了由Co原子構成的戈麥格點陣，具有很高的導電性。它們是氧氣生成過程的催化中心（OER），由于部分填充的軌道，使得鍵合和電子轉移更加有效。整體單晶具有優異的OER催化性能，但比鈷基納米結構催化劑的表面積小得多。研究結果強調了調控TSS對于合理設計高活性電催化劑的重要性。
Li, G.; Xu, Q.; Shi, W.; Fu, C.; Jiao, L.; Kamminga, M. E.; Yu, M.; Tüysüz, H.; Kumar, N.; Sü?, V.; Saha, R.; Srivastava, A. K.; Wirth, S.; Auffermann, G.; Gooth, J.; Parkin, S.; Sun, Y.; Liu, E.; Felser, C., Surface states in bulk single crystal of topological semimetal Co3Sn2S2 toward water oxidation. Science Advances 2019, 5 (8), eaaw9867.
DOI：10.1126/sciadv.aaw9867
https://advances.sciencemag.org/content/5/8/eaaw9867
3. Angew：三相光催化增強疏水表面CO2還原選擇性和活性
光催化CO2還原反應(CRR)在水溶液中競爭性反應析氫反應(HER)限制了其實際應用。近日，南京理工大學Ang Li，馬克斯·普朗克膠體與界面研究所Markus Antonietti，天津大學鞏金龍等多團隊合作，制備了一種具有疏水表面的光催化劑，促進了CO2(氣體)、H2O(液體)和催化劑(固體) 三相的高效接觸。
這使得氣相中高濃度的CO2分子能夠直接接觸催化劑表面，克服了CO2傳質限制，抑制了HER，增強了CRR性能。即使負載最有效的HER促進輔催化劑之一鉑納米顆粒時，該三相光催化劑仍可保持87.9%的選擇性。總的來說，三相光催化為提高CRR的競爭力提供了一種通用而可靠的方法。
Ang Li,* Jinlong Gong*, Markus Antonietti*, et al. Three‐Phase Photocatalysis for the Enhanced Selectivity and Activity of CO2 Reduction on Hydrophobic Surface. Angew. Chem. Int. Ed., 2019.
DOI: 10.1002/anie.201908058
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201908058
4. Angew：二維共軛芳香網絡作為高位點密度單原子電催化劑用于ORR
高位點密度和高質量/體積比活性的單原子電催化劑的可控設計對涉及氧還原反應(ORR)的清潔能源裝置的發展具有重要意義。近日，北京化工大學王峰、張正平與凱斯西儲大學戴黎明等多團隊合作，通過簡單的無熱解路線合成了具有超薄共軛層（3.5 nm）和高位點密度（質量含量為10.7 wt.%，每nm2有0.73個金屬原子）單原子催化劑的二維共軛芳香網絡(CAN)。
實驗發現，該材料具有優異的ORR質量活性（47 mA mgcat-1），與標準Pt/C中的Pt和Pt/C相比，分別是其1.3和6.4倍。此外，用CAN作為空氣電極構建的初級鋅空氣電池的質量/體積功率密度為880 W gcat.-1/615 W cmcat.-3，且可長期穩定運行100小時。該工作提供了一種用于能源存儲和轉換的高性能的電催化劑設計方法。
Shaoxuan Yang, Zhengping Zhang,* Liming Dai*, Feng Wang*, et al. Two‐dimensional conjugated aromatic networks as high‐site‐density and single‐atom electrocatalysts towards oxygen reduction reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019.
DOI: 10.1002/anie.201908023
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201908023
5. 俞書宏&高敏銳Angew: 非晶NiFeMo氧化物的簡易合成及快速表面重構助力OER
OER由于其緩慢的動力學而在很大程度上限制了電解槽的效率。雖然結晶金屬氧化物作為OER催化劑具有很大的潛力，但它們的非晶相也顯示出高活性。然而，生產無定形金屬氧化物的合成進展緩慢，并且無定形結構如何有益于催化性能仍然是難以捉摸。
中科大俞書宏和高敏銳團隊通過在幾分鐘內由過飽和無機金屬鹽快速共沉淀可擴展合成無定形NiFeMo氧化物（一批多達515 g），并具有均勻的元素分布。與其晶體對應物相比，非晶態NiFeMo氧化物在OER期間經歷更快的表面自重構過程，并形成具有豐富氧空位的金屬氧（氫氧化物）活性層，而這個過程對于晶體對應物來說是緩慢的。這致使在0.1M KOH中在10 mA cm-2下具有280 mV過電位的優異OER活性。
Yu Duan, Zi-You Yu, Shao-Jin Hu, Xu-Sheng Zheng, Chu-Tian Zhang, Hong-He Ding, BiCheng Hu, Qi-Qi Fu, Zhi-Long Yu, Xiao Zheng, Jun-Fa Zhu, Min-Rui Gao, Shu-Hong Yu, Scale-up Synthesis of Amorphous NiFeMo Oxides and Their Rapid Surface Reconstruction for Superior Oxygen Evolution Catalysis, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201909939
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909939
6. AFM: 氧化鎳納米晶與聚合物氮化碳之間建立導電界面實現高效電催化析氧反應
對于電催化析氧反應，將過渡金屬氧化物催化劑與導電碳質材料組合是改善導電性的可行方法。然而，由于金屬氧化物和碳之間的界面電阻仍然很大，從而阻礙了催化中的電荷傳輸，導致電催化性能通常并沒有非常明顯的改善。近日， Chengan Liao（中南大學）等人共同合作，通過將導電性差的NiO納米顆粒與半導電碳氮化物（CN）之間構造了導電界面。
在KOH溶液和磷酸鹽緩沖鹽水的電解液中，NiO/CN表現出比相應的NiO和CN大大提高的析氧反應（OER）性能，同時也優于NiO/C、商業RuO2以及大多數的NiO基催化劑。 X射線光電子能譜和擴展的X射線吸收精細結構光譜表明在NiO和CN之間形成金屬Ni-N鍵。密度泛函理論計算表明，通過Ni-N鍵連接的NiO和CN對OER中間體吸附具有低吉布斯能量，這不僅改善了電荷的轉移，同時還促進了OER中質量的傳遞。 CN與包括Co3O4，CuO和Fe2O3的其它過渡金屬氧化物之間普遍存在金屬氮鍵合的導電和高活性界面，可以作為有效水分解的廉價催化劑。
Chengan Liao, Baopeng Yang, Ning Zhang, Min Liu, Guoxin Chen, Xiaoming Jiang, Gen Chen, Junliang Yang, Xiaohe Liu, Ting Shan, Chan Ying, Jui Lu, Renzhi Ma, Wei Zhou, Constructing Conductive Interfaces between Nickel Oxide Nanocrystals and Polymer Carbon Nitride for Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction. Adv. Funct. Mater. 2019, 1904020.
DOI: 10.1002/adfm.20190402
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201904020
7. AEM：綜述-自支撐的泡沫貴金屬的電催化及其他方向發展
貴金屬盡管價格昂貴，但仍然在眾多領域中發揮著不可替代的作用。為了獲得新的物理化學性質并提高實際應用的性價比，一個重要的方向就是將貴金屬轉化為納米結構多孔網絡。由于泡沫貴金屬（NMF）具有自支撐、由貴金屬基構成的3D互連網絡，在過去的二十年中引起了極大的關注。傳承了泡沫的結構特征和貴金屬的物理化學性質，NMF在各個領域都展示出優秀的特性和令人印象深刻的應用前景，包括電催化，多相催化，表面增強拉曼散射，傳感和驅動等。目前已經開發了許多泡沫貴金屬的合成方法。
然而，由于特定方法的先天限制和對形成機制的不充分理解，對泡沫貴金屬的組成，結構和相應性質的靈活操作仍然具有挑戰性。因此，很少建立組成/結構和性質之間的相關性，從而遲滯了特定應用的材料設計/優化。近日，德累斯頓工業大學的Alexander Eychmüller研究組通過本篇綜述，致力于全面介紹泡沫貴金屬從合成到應用，重點是電催化。其中還包括了泡沫貴金屬的挑戰和機遇，以指導該領域可能的研究方向，并希望可以促進跨學科科學家們的興趣。
Ran Du*, Xinyi Jin, René Hübner, Xuelin Fan, Yue Hu, and Alexander Eychmüller*, Engineering Self-Supported Noble Metal Foams Toward Electrocatalysis and Beyond. Adv. Energy Mater. 2019, 1901945
DOI: 10.1002/aenm.201901945
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901945
8. David Zitoun研究組ACS Catal.：雙堿性離子化學嵌入析氧橄欖石電催化劑
析氧反應（OER）是可再生原料可持續合成燃料的重要反應。近年來，用于鋰離子電池的陰極材料已成功用于OER電催化劑，其中之一就是具有橄欖石結晶相的鋰化過渡金屬磷酸鹽。LiMPO4(M = Ni，Fe，Co)橄欖石材料顯示出OER的潛在合適的過電位，其可通過脫鋰進一步增強析氧反應性能。
近日，Bar-Ilan 大學David Zitoun的研究組報道了橄欖石相的合成，其中Li和Na都是堿性離子。堿性離子的組合可以使橄欖石結構穩定，具有的低堿性離子含量，可以有助于達到低OER過電位。同時還證明了雙堿性離子方法用于單一過渡金屬(Co)以及Co-Fe-Ni的不同組合以形成化學式Li(Na)Co(Fe，Ni)PO4的橄欖石固溶體。這種八種橄欖石材料也揭示了他們的OER活性的趨勢，當Li0.6Na0.2Ni0.7Fe0.1PO4固溶體在10 mA cm-2下顯示出與RHE相比低至0.28 V的過電位，具有低至30 mV dec-1的Tafel斜率，穩定性測試超過20小時。
Yelena Gershinsky, Melina Zysler, Victor Shokhen, Yakov Stone, David Zitoun*，Dual Alkaline Ion Route to Chemical De-insertion in Oxygen Evolution Olivine Electrocatalysts. ACS Catal. 2019
DOI: 10.1021/acscatal.9b02532
https://pubs-acs-org.uchile.idm.oclc.org/doi/10.1021/acscatal.9b02532
9. Domen最新Chem. Rev.: 光驅動水分解的顆粒光催化劑
太陽能驅動的水分解提供了一種領先的方法來儲存豐富但間歇性的太陽能，并生產氫氣作為清潔和可持續的能源載體。光催化水分解的直接途徑是應用自支撐顆粒光催化劑，因為基于粉末的系統可以使其自身制造大規模的功能面板，同時保持光催化劑的固有活性。
光催化劑顆粒上的光催化涉及三個連續步驟：（a）以比光催化劑的帶隙更高的能量吸收光子，導致顆粒中的電子-空穴對的激發;（b）這些光激發載流子的電荷分離和遷移; （c）基于這些載體的表面化學反應。然而，迄今為止所有通過基于粉末的太陽能水分解系統產生氫的嘗試都不能達到實際應用所需的效率值。
近日，日本東京大學的Domen研究團隊（Qian Wang, Kazunari Domen*）專注每個步驟所面臨的挑戰，并總結了材料的設計策略，以克服光催化水分解的障礙和限制。該篇綜述表明，可以利用光合作用的基本原理以及化學和材料科學的工具來設計和制備用于整體水分解的光催化劑。
Qian Wang, Kazunari Domen*. Particulate Photocatalysts for Light-Driven Water Splitting: Mechanisms, Challenges, and Design Strategies. Chem. Rev. 2019
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00201
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