1. 張濤/王愛琴Chem. Rev.：負(fù)載型金屬催化劑上的選擇性加氫：從納米粒子到單原子
選擇性催化加氫在石化和精細(xì)化工行業(yè)都有廣泛的應(yīng)用，然而，當(dāng)?shù)孜镏型瑫r存在兩個或多個官能團時，選擇性加氫仍然具有挑戰(zhàn)性。“活性位點隔離”是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的有效策略，已經(jīng)開發(fā)出多種方法來進(jìn)行位點隔離。近日，中科院大連化物所張濤，王愛琴等對這些方法進(jìn)行了總結(jié)，包括在金屬表面吸附/接枝含N/S的有機分子；通過摻雜或強金屬-載體相互作用用金屬氧化物部分覆蓋活性金屬表面；將活性金屬納米顆粒限域在微孔或中孔載體；生成具有相對惰性的金屬（IB和IIB）或非金屬元素（B，C，S等）的雙金屬合金或金屬間化合物或核殼結(jié)構(gòu)；以及在可還原氧化物或惰性金屬上構(gòu)建單原子催化劑。
作者討論了每種隔離方法對炔烴/二烯生成單烯，α，β-不飽和醛/酮生成不飽和醇，以及硝基芳烴生成相應(yīng)的苯胺這三種類型的化學(xué)選擇性加氫反應(yīng)的優(yōu)點和缺點。作者還討論了影響催化活性/選擇性的關(guān)鍵因素，特別是活性位的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)，目的是理解開發(fā)高效和高選擇性氫化反應(yīng)及其它轉(zhuǎn)化反應(yīng)催化劑的基本原理。
Leilei Zhang, Maoxiang Zhou, Aiqin Wang* and Tao Zhang*. Selective Hydrogenation over Supported Metal Catalysts: From Nanoparticles to Single Atoms. Chem. Rev., 2019
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00230
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.9b00230
2. Nat. Commun.：納米金剛石-石墨烯上錨定Cu1物種實現(xiàn)高效高選擇性乙炔半氫化
設(shè)計廉價，無毒且儲量豐富的過渡金屬催化劑進(jìn)行炔烴的選擇性加氫在工業(yè)界和學(xué)術(shù)界都仍然是一個挑戰(zhàn)。近日，中國科學(xué)院金屬研究所劉洪陽，北京大學(xué)馬丁，中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所姜政等多團隊合作，報道了一種新型的原子分散的銅負(fù)載在有缺陷的納米金剛石-石墨烯（ND@G）上的催化劑，該催化劑對乙炔選擇性加氫轉(zhuǎn)化為乙烯具有出色的催化性能，具有高轉(zhuǎn)化率（95％），高選擇性（98％）和良好的穩(wěn)定性（超過60 h）。通過Cu-C鍵錨定在石墨烯上的具有獨特結(jié)構(gòu)特征Cu原子確保了乙炔的高效活化和乙烯的輕松脫附，這是催化劑高活性和高選擇性的關(guān)鍵。
Fei Huang, Yuchen Deng, Yunlei Chen, Xiangbin Cai, , Zheng Jiang*, Anchoring Cu1 species over nanodiamond-graphene for semi-hydrogenation of acetylene. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12460-7
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12460-7
3. Nat. Commun.：原子有序的非貴金屬Co3Ta金屬間納米顆粒用做高性能肼電氧化催化劑
納米級金屬間化合物在燃料電池應(yīng)用中引起了極大的興趣。然而，由于極其親氧的性質(zhì)和非常負(fù)的還原電位，非貴金屬過渡金屬間金屬納米粒子的合成仍然是一個艱巨的挑戰(zhàn)。近日，北京大學(xué)Dingguo Xia等成功地合成了非貴金屬Co3Ta金屬間化合物納米顆粒，其具有均勻的5 nm的尺寸。
作者通過原子結(jié)構(gòu)表征和X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)測量證實了其原子有序金屬間結(jié)構(gòu)。作為肼氧化反應(yīng)的電催化劑，Co3Ta納米粒子的起始電勢為-0.086 V（相對于可逆氫電極），單位活性位點的活性為市售Pt/C的兩倍（+0.06 V），是已報到的電催化劑的頂尖水平。DFT計算表明，Co-Ta橋位點為活性最高的位點。當(dāng)N2H4吸附在Co-Ta橋活性位上時，氫解離步驟的活化能顯著降低，從而有助于顯著提高活性。
Guang Feng, Dingguo Xia*, et al. Atomically ordered non-precious Co3Ta intermetallic nanoparticles as high-performance catalysts for hydrazine electrooxidation. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12509-7
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12509-7
4. JACS：分子錳催化劑高效催化CO低溫加氫制甲醇
由合成氣（CO / H2混合物）合成甲醇是最大的人造化學(xué)品產(chǎn)業(yè)之一，年產(chǎn)量達(dá)到1億噸。當(dāng)前的工業(yè)方法是使用銅鋅基非均相催化劑在高溫（200–300°C）高壓（50–100 atm）下進(jìn)行。近日，羅斯托克大學(xué)萊布尼茲催化研究所Matthias Beller與CreativeQuantum GmbH Marek P. Checinski等報道了一種分子定義的錳催化劑，該催化劑可將CO進(jìn)行低溫/低壓（120-150°C，50 bar）加氫制甲醇，最高TON達(dá)3170。
作者通過量子力學(xué)模擬虛擬高通量篩選對這種新方法進(jìn)行了評估和優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)該催化劑高性能的關(guān)鍵是使用胺基助催化劑，該助催化劑捕獲CO生成甲酰胺中間體，然后再進(jìn)行錳催化的氫解反應(yīng)，再生該助催化劑。
Pavel Ryabchuk, Marek P. Checinski*, Matthias Beller*, et al. A Molecularly-defined Manganese Catalyst for Low Temperature Hydrogenation of Carbon Monoxide to Methanol. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08990
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08990
5. JACS：在Ni納米顆粒上直接生長高應(yīng)變Pt島實現(xiàn)高效HER
在晶格失配的Ni納米顆粒上直接生長Pt島在合成上具有挑戰(zhàn)，但這是創(chuàng)建高應(yīng)變Pt原子用于電催化的有前途的策略。近日，新南威爾士大學(xué)Richard D. Tilley等通過使用非常溫和的反應(yīng)條件，將具有可調(diào)應(yīng)變的Pt島直接生長在支化的Ni顆粒上。
在pH=13的電解質(zhì)中，高應(yīng)變的1.9 nm Pt島在Ni納米顆粒上表現(xiàn)出較高的比活性和最高的HER質(zhì)量活性。這些結(jié)果表明通過調(diào)節(jié)Pt島的大小控制應(yīng)變可以提高其HER活性。
Ali Alinezhad, Richard D. Tilley*, et al. Direct growth of highly strained Pt islands on branched Ni nanoparticles for improved hydrogen evolution reaction activity. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b07659
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07659
6. JACS：Re(tBu-bpy)(CO)3Cl負(fù)載在多壁碳納米管上實現(xiàn)選擇性還原水中的CO2
近日，加州大學(xué)圣地亞哥分校Clifford P. Kubiak等制備了Re(tBu-bpy)(CO)3Cl負(fù)載在多壁碳納米管（MWCNT）上的催化劑，該催化劑可選擇性地將水中的CO2電化學(xué)還原為CO。在CO2飽和的KHCO3水溶液中，該催化劑電催化CO2還原電流密度為?4 mA/cm2，選擇性（FECO）為99％（-0.56 V vs. RHE）。Re(tBu-bpy)(CO)3Cl催化劑作為有機溶劑中的均相催化劑已被廣泛研究。
與在乙腈溶液中的分子催化劑相比，在碳納米管上負(fù)載Re(tBu-bpy)(CO)3Cl可增加電流密度，降低過電勢，保留將CO2還原為CO的選擇性，并允許在pH=7.3的水中進(jìn)行操作。Re/MWCNT電催化劑的TON> 5600，TOF> 1.6 s-1，是一種高效，穩(wěn)定，易于制備且可擴展的電催化材料。
Almagul Zhanaidarova, Clifford P. Kubiak*, et al. Re(tBu-bpy)(CO)3Cl supported on multi-walled carbon nanotubes selectively reduces CO2 in water. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08445
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08445
7. JACS：MOF轉(zhuǎn)變產(chǎn)生的Bi單原子催化劑高效電催化還原CO2
電催化CO2還原反應(yīng)（CO2RR）是促進(jìn)碳平衡和應(yīng)對全球氣候變化的一種有希望的策略。但是，CO2還原技術(shù)的廣泛應(yīng)用取決于選擇性和高效催化CO2還原的電催化系統(tǒng)。近日，北京理工大學(xué)Jiatao Zhang，Hongpan Rong，清華大學(xué)李亞棟，王定勝等合作在通過對鉍基金屬有機框架（Bi-MOF）和雙氰胺（DCD）進(jìn)行熱分解得到了多孔碳網(wǎng)上具有Bi-N4位點的催化劑用于CO2RR。
有趣的是，原位環(huán)境透射電子顯微鏡分析表明，Bi-MOF先熱分解還原為Bi納米顆粒（NPs），隨后Bi NPs在DCD分解釋放的NH3輔助下再原子化。該催化劑在0.39 V（vs RHE）的低過電位下電催化CO2還原得到CO具有高的法拉第效率（FECO高達(dá)97％）和高的TOF（5535 h-1）。進(jìn)一步實驗和DFT計算結(jié)果表明，單原子Bi-N4位點同時是CO2活化和快速形成具有低自由能壘的關(guān)鍵中間COOH*的主要活性中心。
Erhuan Zhang, Tao Wang, Ke Yu, Hongpan Rong,* Dingsheng Wang,* Jiatao Zhang,* Yadong Li*, et al. Bismuth Single Atoms Resulting from Transformation of Metal-Organic Frameworks and Their Use as Electrocatalysts for CO2 Reduction. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08259
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08259
8. Angew: 黑二氧化錫納米管負(fù)載黑磷量子點BP@SnO2-x雙活性催化劑用作高活性固氮催化劑
氨是一種常見的化工原料，被廣泛用于工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和能源儲存轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的制氨技術(shù)主要是Haber-Bosch法，但該技術(shù)耗能巨大，且排放大量的溫室氣體CO2，會加重能源危機和環(huán)境問題，因此尋找一種綠色環(huán)保、低能耗的合成氨方法具有重要意義。近年來，電化學(xué)固氮（還原氮氣生成氨反應(yīng)，NRR）逐漸成為了一種研究廣泛的合成氨新路徑，它可以在常溫常壓下進(jìn)行，是一種可持續(xù)、無污染、經(jīng)濟安全的合成氨新技術(shù)。目前，電催化固氮技術(shù)所使用的電催化劑主要集中于貴金屬，其高昂的成本與較低的效率制約著該技術(shù)的發(fā)展。
鑒于此，東華大學(xué)的丁彬教授團隊以黑磷（BP）量子點作為非金屬催化劑，并通過低溫硼氫化鈉還原法合成了富含氧空位的黑二氧化錫（SnO2-x）納米管，將其作為載體，通過配位自組裝將黑磷量子點均勻地負(fù)載在黑二氧化錫納米管上，制備得到BP@SnO2-x雙活性催化劑。其中，黑磷量子點具有較大的比表面積和豐富的活性位點，而黑二氧化錫納米管除了本身具有優(yōu)異的電導(dǎo)率及催化活性，還可以有效抑制黑磷量子點團聚并提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，它們的協(xié)同效應(yīng)使BP@SnO2-x雙活性催化劑具有優(yōu)異的催化氮還原活性和循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為設(shè)計制備新型、高效、廉價、綠色的非貴金屬催化劑材料提供了一種新的策略。
Yi-Tao Liu, Di Li, Jianyong Yu, Bin Ding*. Stable Confinement of Black Phosphorus Quantum Dots on Black Tin Oxide Nanotubes: A Robust, Double‐Active Electrocatalyst toward Efficient Nitrogen Fixation. Angew. Chem. Int. Ed., 2019.
DOI: 10.1002/anie.201908415
https://doi.org/10.1002/anie.201908415
9. Angew: MOF負(fù)載Pd/Cu催化劑用于鈀催化需氧氧化體系
鈀催化劑具有活性高、選擇性好的優(yōu)勢，被廣泛引用于有機合成反應(yīng)，但在使用過程中鈀催化劑經(jīng)常會由于本身顆粒聚集、晶格變化等原因而活性下降。
鑒于此，華南理工大學(xué)的江煥峰教授和任顏衛(wèi)副教授通過溶劑熱法和后合成修飾法合成了MOF負(fù)載Pd/Cu催化劑（MOF-Pd/Cu），MOFs的空間限域效應(yīng)有利于穩(wěn)定零價鈀物種，抑制鈀顆粒聚集，并且MOFs的高比表面積還可提高氧氣吸附能力和電子傳遞速率，該催化劑具有優(yōu)異的催化活性，遠(yuǎn)優(yōu)于Pd均相催化體系，而且具有較好的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為設(shè)計合成高活性、高穩(wěn)定性的鈀基催化劑提供了一種新的思路。
Jiawei Li, Jianhua Liao, Yanwei Ren*, Chi Liu, Chenglong Yue, Jiaming Lu, Huanfeng Jiang*. Palladium Catalysis for Aerobic Oxidation Systems Using Robust Metal–Organic Framework. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201909661
http://doi.org/10.1002/anie.201909661
10. AM: 電催化CO2還原的電極材料工程：能量輸入和轉(zhuǎn)換效率
電催化CO2還原技術(shù)（ECR）可以利用大氣中的CO2作為工業(yè)生產(chǎn)和日常生活所需的原料，可以同時緩解CO2引起的溫室效應(yīng)和日益增長的能源需求，是一項很有潛力的技術(shù)。近年來，各種新型電極材料的設(shè)計制備使ECR系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展。
最近，華盛頓州立大學(xué)Yuehe Li教授和南京大學(xué)的朱俊杰教授合作綜述了ECR系統(tǒng)中陽極材料和陰極催化劑在高效能量輸入和有效的多相催化轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的研究進(jìn)展。基于能源性質(zhì)和陽極材料作用的不同，他們對ECR系統(tǒng)的基本原理，包括光電陽極輔助ECR系統(tǒng)和生物陽極輔助ECR系統(tǒng)，都進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。此外，還介紹了ECR的陰極反應(yīng)機理和反應(yīng)途徑，并討論了提高ECR轉(zhuǎn)化率和選擇性的不同陰極催化劑設(shè)計策略。同時，還介紹了陽極材料和陰極催化劑所面臨的新挑戰(zhàn)和未來的發(fā)展方向。該工作有利于促進(jìn)ECR系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展。
Rong-Bin Song, Wenlei Zhu, Jiaju Fu, Ying Chen, Lixia Liu, Jian-Rong Zhang, Yuehe Lin, Jun-Jie Zhu. Electrode Materials Engineering in Electrocatalytic CO2 Reduction: Energy Input and Conversion Efficiency. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201903796
https://doi.org/10.1002/adma.201903796
11. AM: 二維電催化劑將地球儲量豐富的小分子電催化轉(zhuǎn)化為有附加值的化學(xué)品的研究進(jìn)展和展望
將地球儲量豐富的小分子電催化轉(zhuǎn)化為有附加值的化學(xué)品具有巨大的社會經(jīng)濟和環(huán)境效益。在這類電化學(xué)轉(zhuǎn)化中，二維電催化劑是一類具有巨大應(yīng)用潛力的新型高性能電催化劑。近日，格里菲斯大學(xué)的Huijun Zhao教授課題組對在二維電催化劑的最新進(jìn)展進(jìn)行了綜述，包括利用水、N2、O2、Cl?和甲烷等作為氮還原的反應(yīng)物（N2→NH3），兩電子ORR反應(yīng)（O2→過氧化氫），析氯反應(yīng)（Cl?→氯），以及甲烷部分氧化（CH4→CH3OH）反應(yīng)生成NH3、H2O2、Cl2和CH3OH等新興領(lǐng)域的應(yīng)用。
這有點難度,和CH3OH新興應(yīng)用，而且重點闡述了二維形貌結(jié)構(gòu)的特點和構(gòu)建高性能二維電催化劑的策略，利用這些特征創(chuàng)造高性能的二維電催化劑，最后對上述每種反應(yīng)的二維電催化劑所面臨的挑戰(zhàn)和未來發(fā)展的方向進(jìn)行了展望。
Huajie Yin, Yuhai Dou, Shan Chen, Zhengju Zhu, Porun Liu*, Huijun Zhao*. 2D Electrocatalysts for Converting Earth-Abundant Simple Molecules into Value-Added Commodity Chemicals: Recent Progress and Perspectives. Advanced Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adma.201904870
https://doi.org/10.1002/adma.201904870
12. APPL CATAL B-ENVIRON: 缺陷和MN4雙活性位點協(xié)同提升ORR催化活性
緩慢的氧還原反應(yīng)（ORR）是制約金屬-空氣電池和氫燃料電池發(fā)展的重要因素之一，而傳統(tǒng)高催化活性的貴金屬催化劑極高高昂、儲量有限，因此，設(shè)計制備高活性、低成本的非貴金屬催化劑是研究人員關(guān)注的重要的方向。其中，非貴金屬-氮-碳催化劑和無金屬雜元素?fù)诫s多孔碳材料是其中重要的兩類具有巨大潛力的催化劑，非貴金屬-氮-碳催化劑中的金屬和氮配位位點MN4是催化活性中心，而無金屬雜元素?fù)诫s多孔碳材料的活性中心主要是缺陷和雜原子，目前，制備同時具有這兩種活性中心的研究相對較少。
近日，鄭州大學(xué)的張佳楠教授團隊以酞氰鐵分子為Fe源，通過高溫煅燒法合成富含缺陷的多孔碳材料，然后再通過濕化學(xué)方法制備了同時具有兩種活性位點的FePc@N,P-DC催化劑，該催化劑的電化學(xué)催化性能相比單一活性位點的催化劑得到顯著提升，其半波電位為0.903V，極限電流密度為5.97 mA/cm2。該工作為不同催化活性位點之間的協(xié)同作用提供了新的理解。
Wenzheng Cheng, Pengfei Yuan*, Zirui Lv, Yingying Guo, Yueyang Qiao, Xiaoyi Xue, Xin Liu, Wenlong Bai, Kaixue Wang, Qun Xu, Jianan Zhang*. Boosting defective carbon by anchoring well-defined atomically dispersed metal-N4sites for ORR, OER, and Zn-air batteries. Applied Catalysis B: Environmental, 2019.
DOI：10.1016/j.apcatb.2019.118198
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118198
13. AEM: 碳布負(fù)載Cr摻雜Co4N納米棒陣列催化劑用于堿性電解水催化
氫能的開發(fā)利用對于解決能源危機和環(huán)境污染問題具有重要意義，電化學(xué)分解水產(chǎn)氫是制備氫能的一種重要方式，然而，HER和OER緩慢的動力學(xué)反應(yīng)極大地限制了電解水產(chǎn)氫效率，尤其是在堿性介質(zhì)中的HER動力學(xué)比酸性介質(zhì)中的HER動力學(xué)低約兩到三個數(shù)量級，因此，設(shè)計制備高效的電催化劑催化堿性介質(zhì)中的HER亟待解決。
鑒于此，武漢大學(xué)的羅威教授和陳勝利教授團隊通過水熱法和高溫氮化工藝制備了碳布負(fù)載Cr摻雜Co4N納米棒陣列催化劑（Cr-Co4N/CC），Cr摻雜奇高了調(diào)節(jié)Co電子結(jié)構(gòu)和促進(jìn)水吸附和解離的親氧位點的協(xié)同效應(yīng)，因此Cr-Co4N/CC在堿性介質(zhì)中對HER具有優(yōu)異的催化活性，其在1 mol/L KOH溶液中，獲得10 mA/cm2的電流密度僅需要21 mV的過電位，并且具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性。此外，研究發(fā)現(xiàn)摻雜其他高正價的過渡金屬（Mo，Mn，F(xiàn)e）也會大大提高催化HER的性能，該工作為設(shè)計制備高催化活性的HER催化劑提供了一種新的思路。
Na Yao, Peng Li, Zirui Zhou, Yuanmeng Zhao, Gongzhen Cheng, Shengli Chen*, Wei Luo*. Synergistically Tuning Water and Hydrogen Binding Abilities Over Co4N by Cr Doping for Exceptional Alkaline Hydrogen Evolution Electrocatalysis. Advanced Energy Materials, 2019.
DOI：10.1002/aenm.201902449
https://doi.org/10.1002/aenm.201902449
14. ACS Nano: 調(diào)控載體和催化劑間界面提高電催化析氫活性
電解水制氫是生產(chǎn)氫能的重要方式之一，由于HER動力學(xué)緩慢，需要高效的催化劑來加速反應(yīng)。研究人員對如何提高催化劑的利用率和本征活性進(jìn)行了大量的研究，然而關(guān)于載體對催化劑的影響的研究較少。
鑒于此，近日清華-伯克利深圳學(xué)院劉碧錄研究員和澳大利亞斯威本科技大學(xué)孫成華教授團隊合作，以導(dǎo)電性良好的TaS2為研究對象，研究了催化劑和載體之間的相互作用，研究發(fā)現(xiàn)催化劑與載體界面上的晶格匹配效應(yīng)和電荷轉(zhuǎn)移效應(yīng)對催化劑活性具有重要影響，通過以Au為載體，合成的Au負(fù)載TaS2自支撐電極對析氫反應(yīng)具有優(yōu)異的催化活性。該工作為提高催化劑的催化活性提供了一種新的思路。
Qiangmin Yu, Yuting Luo, Siyao Qiu, Qinye Li, Zhengyang Cai, Zhiyuan Zhang, Jiaman Liu, Chenghua Sun*, Bilu Liu*. Tuning the Hydrogen Evolution Performance of Metallic 2D Tantalum Disulfide by Interfacial Engineering. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b05933
https://doi.org/10.1021/acsnano.9b05933
15. ACS Catalysis: 光催化固氮中的缺陷工程
當(dāng)前工業(yè)合成氨技術(shù)以使用鐵基催化劑的哈柏法（Haber-Bosch）為主，其反應(yīng)條件非常苛刻（250大氣壓、400攝氏度），并需要巨大的能耗。光催化技術(shù)能夠直接將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，為降低合成氨能耗提供了一種非常具有前景的方法。然而，氮-氮叁鍵的超高鍵能使得氮分子體現(xiàn)出穩(wěn)定的化學(xué)特性，從而導(dǎo)致常規(guī)的光催化材料很難活化氮分子。因此，開發(fā)高效的固氮合成氨光催化劑依然面臨巨大挑戰(zhàn)。近年來，具有豐富缺陷結(jié)構(gòu)的光催化材料對于光催化固氮表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。
鑒于此，最近中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所張鐵銳團隊綜述了光催化固氮中的缺陷工程，著重介紹了六種常見材料缺陷結(jié)構(gòu)對光催化材料性能的調(diào)控規(guī)律，總結(jié)了光催化固氮材料缺陷工程的要點和關(guān)鍵，并對設(shè)計高活性缺陷結(jié)構(gòu)材料面臨的挑戰(zhàn)以及未來光催化固氮領(lǐng)域的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。該工作有助于促進(jìn)光催化合成氨技術(shù)的發(fā)展。
Run Shi, Yunxuan Zhao, Geoffrey I. N. Waterhouse, Shuai Zhang, Tierui Zhang*. Defect Engineering in Photocatalytic Nitrogen Fixation. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b03246
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03246
16. ACS Catal.: 單原子分散的釕基多功能電催化劑
金屬-空氣電池和燃料電池等新型能量轉(zhuǎn)換和存儲技術(shù)的廣泛開發(fā)和應(yīng)用對于解決環(huán)境污染和能源短缺問題具有重要意義。利用低成本、高性能的催化劑提高其中涉及的HER、ORR、OER反應(yīng)效率是研究人員關(guān)注的重點領(lǐng)域。
近日，吉林大學(xué)的段志遙和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的管景奇課題組合作通過高溫退火法（NH3氣氛，750℃）設(shè)計制備了氮摻雜石墨烯負(fù)載單原子分散釕催化劑，極大地提高了Ru催化劑的利用率和催化活性，該催化劑在HER、ORR和OER中均表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)催化活性和循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為設(shè)計制備低成本、高催化活性、高循環(huán)穩(wěn)定性的多功能催化劑提供了一種新的策略。
Lu Bai, Zhiyao Duan*, Xudong Wen, Rui Si, Qiaoqiao Zhang, Jingqi Guan*. Highly Dispersed Ruthenium-Based Multifunctional Electrocatalyst. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b03514
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03514
17. Journal of Catalysis: 鉑殼包覆碳負(fù)載PtCo雙金屬納米顆粒核殼結(jié)構(gòu)催化劑用于長壽命PEMFC
過渡金屬摻雜的鉑合金被廣泛用作催化劑，合金化是一種非常具有潛力的提高活性的方法。然而，過渡金屬對液態(tài)電解質(zhì)和燃料氣體的耐受性較差容易導(dǎo)致催化活性的降低。
鑒于此，韓國科學(xué)技術(shù)研究所的Sung Jong Yoo團隊設(shè)計制備了一種具有核殼結(jié)構(gòu)的鉑殼包覆的碳負(fù)載PtCo雙金屬納米核催化劑，堅固的鉑殼賦予了其高穩(wěn)定性，來源于Hantzsch酯的氫化物減少了Pt骨架表面Cl的殘留，在不破壞內(nèi)部核結(jié)構(gòu)的情況下，緩慢形成帶負(fù)電荷的缺陷位點。然后，通過氫化物進(jìn)行二次Pt還原反應(yīng)去覆蓋活化的Pt骨架表面，優(yōu)化外殼結(jié)構(gòu)厚度，而不會形成單分散的Pt納米顆粒。具有獨特的堅固Pt外殼結(jié)構(gòu)的PtCo@Pt具有比商業(yè)級Pt/C催化劑更高的催化活性和耐久性，可被應(yīng)用于在質(zhì)子交換膜燃料電池氧還原反應(yīng)電催化劑。
Sehyun Lee, Jue-Hyuk Jang, Injoon Jang, Daeil Choi, Kug-Seung Lee, Docheon Ahn, Yun Sik Kang, Hee-Young Park, Sung Jong Yoo. Development of robust Pt shell through organic hydride donor in PtCo@Pt core-shell electrocatalysts for highly stable proton exchange membrane fuel cells. Journal of Catalysis, 2019.
DOI: 10.1016/j.jcat.2019.09.020
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.09.020
18. Small: 調(diào)節(jié)氮摻雜多孔碳球負(fù)載鈷基雙金屬催化劑的d帶中心位置，提高其OER催化性能
高活性、低成本、長壽命的OER催化劑是電解水制氫大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵，在眾多催化劑中，氮摻雜碳負(fù)載過渡金屬催化劑是一種非常具有潛力的OER催化劑。近日，陜西科技大學(xué)的李軍奇教授課題組以三聚氰胺為氮摻雜炭前驅(qū)體，制備了氮摻雜多孔碳球負(fù)載鈷基雙金屬催化劑CoM-NC，其中，M為Fe，Ni，Mn和Cu元素。
三聚氰胺中的吡啶氮及氨基官能團可以錨定雙金屬納米顆粒，而通過摻雜不同金屬元素可以調(diào)控Co的d帶電子結(jié)構(gòu)和催化劑表面與反應(yīng)物、中間體和生成物的結(jié)合強度，優(yōu)化它們在催化位點上的吸脫附能力，制備的CoM-NC催化劑在堿性介質(zhì)中具有優(yōu)異的OER性能。該工作為設(shè)計制備高催化活性、低成本的OER催化劑提供了一種新的思路。
Qianqian Song, Junqi Li*, Shaolan Wang, Junli Liu, Xiaoxu Liu, Lingyan Pang, Hu Li, Hui Liu. Enhanced Electrocatalytic Performance through Body Enrichment of Co-Based Bimetallic Nanoparticles In Situ Embedded Porous N-Doped Carbon Spheres. Small, 2019.
DOI: 10.1002/smll.201903395
https://doi.org/10.1002/smll.201903395
19. ACS Catal.：MaZrOx (Ma=Cd, Ga)固溶體高效還原CO2至甲醇
以可再生能源驅(qū)動CO2加氫還原是光/熱催化研究的熱點，一方面反應(yīng)消耗了CO2有利于緩解溫室效應(yīng)，另一方面還原產(chǎn)物是具有高附加值的碳?xì)浠衔铩Ｈ欢绾螌崿F(xiàn)還原產(chǎn)物的高選擇性，如選擇性還原至CH3OH依舊是研究的難點。近日，大連化物所李燦院士團隊設(shè)計合成了一類金屬氧化物固溶體催化劑MaZrOx (Ma=Cd, Ga)，實現(xiàn)了CO2的高選擇性熱催化還原。
具體而言，MaZrOx在H2/CO2=3/1, 24000 h–1, 5 MPa的反應(yīng)條件下催化還原CO2至CH3OH的選擇性高達(dá)80%，對應(yīng)的CO2單程轉(zhuǎn)化率達(dá)4.3?12.4％。作者后續(xù)通過材料表征和DFT計算探究了固溶體催化劑的結(jié)構(gòu)組成，初步厘清了高選擇性的由來： MaZrOx催化劑中的Ma和Zr具有很強的協(xié)同作用，增強了H2的雜合解離，進(jìn)而導(dǎo)致CO2還原的高活性和高選擇性。總而言之，本工作為設(shè)計合成雙金屬氧化物的固溶催化劑，實現(xiàn)CO2高活性高選擇性的還原提供了新的策略。
Jijie Wang, Chizhou Tang, Guanna Li, Zhe Han, Zelong Li, Hailong Liu,
Feng Cheng, Can Li. High performance MaZrOx (Ma=Cd, Ga) solid solution catalysts for CO2 hydrogenation to methanol. ACS Catal., 2019.
DOI：10.1021/acscatal.9b03449
