1. Nat. Chem.：簡便方法制備的金單原子催化劑，100%選擇性催化甲醇自偶聯成甲酸甲酯
為了獲得最大的原子效率，近年來單原子催化劑成為了熱門研究。將有機金屬均相催化劑錨定在表面上會產生聚集和活性降低的問題，而開發用于在氧化物載體上制備原子分散的貴金屬的技術通常很復雜。近日，塔夫茨大學Maria Flytzani-Stephanopoulos，威斯康辛大學Manos Mavrikakis等報道了一種簡便的在堿溶液中合成單原子金催化劑一鍋合成方法，將Au(OH)3和NaOH粉末在H2O中混合，再通過浸漬方法即可得到載體負載的穩定的單原子金團簇催化劑。
實驗發現，合成的[Au1-Ox]-團簇催化劑可高效催化兩個甲醇分子脫氫異相偶聯成甲酸甲酯，在低于180℃時具有100％的選擇性。該反應在工業上很重要，也是在金催化劑上進行甲醇蒸汽重整的關鍵步驟。
Sufeng Cao, Ming Yang, Manos Mavrikakis*, Maria Flytzani-Stephanopoulos*, et al. Single-atom gold oxo-clusters prepared in alkaline solutions catalyse the heterogeneous methanol self-coupling reactions. Nat. Chem., 2019
DOI: 10.1038/s41557-019-0345-3
https://www.nature.com/articles/s41557-019-0345-3
2. Nat. Commun.：局部產生水合氫離子引起高pH環境中異常的HER行為
大多數電催化基礎研究都是以塊狀模型材料的實驗和計算結果為基礎，這其中有些機理的理解中不適用于更具活性的納米結構電催化劑。近日，阿德萊德大學喬世璋，Yao Zheng等研究了最簡單和最典型的電催化過程，即析氫反應，基于新中間體的鑒定，提出了一種納米材料的替代反應機理，該機理不同于通常的塊體反應機理。作者在不同條件下，對一系列納米材料進行了原位拉曼光譜和電化學熱/動力學測量。
研究發現，在塊體相中水合氫（H3O+）濃度可忽略不計的高pH電解液中，水離解和氫吸附過程中，催化表面上會生成大量的H3O+中間體。這些H3O+中間體在納米結構的催化表面上創建了獨特的酸性局部反應環境，并削減了整個反應的能壘。在納米結構電催化劑上觀察到的這種現象解釋了它們在高pH條件下廣泛觀察到的異常高活性行為。
Xuesi Wang, Chaochen Xu, Yao Zheng*, Shi-Zhang Qiao,* et al. Anomalous hydrogen evolution behavior in high-pH environment induced by locally generated hydronium ions. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12773-7
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12773-7
3. Nat. Commun.：光誘導硼化氫納米片釋放氫氣
近日，東京工業大學Masahiro Miyauchi，筑波大學Takahiro Kondo等通過在乙腈溶液中對二硼化鎂（MgB2）進行離子交換處理，簡便的合成了硼化氫納米片（HB片）。吸收光譜和熒光光譜研究表明該HB片的帶隙能為2.8 eV。第一性原理計算表明，2.8 eV處的光吸收是B和H軌道σ鍵態之間的電子躍遷。此外，DFT計算表明，另一個允許的躍遷是從B和H軌道的σ鍵態到反鍵態，間隙為3.8 eV。
實驗發現，HB片在光輻照下會釋放大量的H2，即使在溫和的環境條件下，這也會導致電子從σ鍵態轉變為反鍵態。輻照HB片釋放的H2的量約占總質量的8％，這表明與先前報道的金屬H2存儲材料相比，該HB片具有較高的H2存儲容量。
Reiya Kawamura, Nguyen Thanh Cuong, Takahiro Kondo,* Masahiro Miyauchi,* et al. Photoinduced hydrogen release from hydrogen boride sheets. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12903-1
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12903-1
4. 中科大Nat. Commun.：單原子Ru-N-C催化劑酸性條件下高效OER
酸性介質中高效穩定的析氧反應（OER）催化劑對質子電解質膜電解槽至關重要。近日，中科大Tao Yao等報道一種原子分散的Ru1-N4位點錨固在氮碳載體上的（Ru-N-C）催化劑，該催化劑可作為酸性條件下高效耐用的OER電催化劑。
實驗發現，單原子Ru-N-C催化劑具有高的OER活性，在10 mA·cm?2的電流密度下，質量活性高達3571 A gmetal-1，TOF為3348 O2 h-1，過電勢為267 mV。在酸性環境中運行30小時后，該催化劑沒有明顯的失活或分解。原位操作同步輻射X射線吸收光譜和紅外光譜研究確定了在工作電勢下Ru位點上單個氧原子的動態吸附，并且理論計算表明O-Ru1-N4位點是高OER活性和穩定性的原因。
Linlin Cao, Qiquan Luo, Tao Yao*, et al. Dynamic oxygen adsorption on single-atomic Ruthenium catalyst with high performance for acidic oxygen evolution reaction. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12886-z
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12886-z
5. 江南大學&密歇根大學Nature Communications: 單組分和多組分手性超微粒對映選擇性催化劑
納米級生物組裝體比如外殼、內體以及衣殼等在所有生命系統中都扮演著重要的角色。由無機納米粒子（NPs）組成的超微粒(SP)具有和這些生物組裝體的類似的結構特征但它們是否能模擬其生化功能目前尚未有定論。在本文中，中國江南大學的Liguang Xu和美國密歇根大學的Nicholas A. Kotov等發現由手性ZnS納米粒子自組裝成的70–100 nm 的超粒子體系中的亞納米級孔隙與構成粒子的納米粒子之間的間隙緊密相關。
這種相關性與與光合細菌的細胞器類似，這使得這些超粒子可以作為光催化劑，對映選擇性地將l-或d-酪氨酸轉化為二酪氨酸。實驗數據和分子動力學模擬表明，光催化反應的手性偏倚與間隙空間的手性環境和對映體在超粒子體系中的優先分配有關。同時，ZnS與Au納米粒子的共組裝可以進一步增強超粒子的手性偏倚。除了復制生物納米組件的特定功能外，這些發現為酚類化合物的對映選擇性氧化偶聯建立了全新的途徑。
Si Li, Liguang Xu, Nicholas A. Kotov et al, Single- and multi-component chiral supraparticles as modular enantioselective catalysts, Nature Communications, 2019
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12134-4
6. 清華大學Nat. Commun.：三維開放式納米網狀電催化劑高效全pH值解水
高效電解水是可持續能源的關鍵。近日，清華大學李亞棟，陳晨，Qing Peng等報道了在電化學測試過程中通過原位蝕刻從RuIrZnOx空心納米盒中去除兩性ZnO形成的高活性和耐用的RuIrOx（x≥0）納米網籠催化劑。分散-蝕刻-孔洞策略使多孔納米網架活性位點暴露，并且易于底物分子接觸，從而大大提高了電化學表面積（ECSA）。
實驗發現，該納米網籠催化劑電催化析氫反應（HER）超低的過電位（12 mV，pH = 0; 13 mV，pH=14），即可達到10 mA cm-2的電流密度，而且在寬pH范圍（0?14）內實現了高性能的電解水，達到10 mA cm-2的電流密度，過電位僅為1.45V（pH=0）或1.47V（pH=14）。此外，該電催化劑具有普遍適用性，可以將各種容易獲得的電解質（甚至包括廢水和海水）直接用于制氫。
Zewen Zhuang, Yu Wang, Cong-Qiao Xu, Chen Chen*, Qing Peng*, Yadong Li,* et al. Three-dimensional open nano-netcage electrocatalysts for efficient pH-universal overall water splitting. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12885-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12885-0
7. Science Advances: 硫素錨定策略助力高負載量單原子貴金屬催化劑
由于具有高原子利用率和獨特的性質，當金屬被縮小到亞納米級團簇甚至原子彌散時，通常表現出強大的催化活性和選擇性，然而，在實際的催化應用中，在固體載體上負載高含量的單原子分散金屬催化劑仍然是一個巨大的挑戰。中國科學技術大學的Hai-Wei Liang團隊使用介孔硫摻雜碳載體實現了高負載量單原子分散貴金屬催化劑，高含硫量和大的表面積使支架賦予了載體高密度的錨定點，通過強的化學間金屬-硫相互作用來固定金屬原子。
采用硫素錨定策略，合成了原子分散的Ru、Rh、Pd、Ir和Pt催化劑，其金屬負載量可達10%，制備的Pt催化劑和Ir催化劑的催化活性分別是工業Pt/C催化劑和Ir/C催化劑的30倍和20倍。
Lei Wang, Ming-Xi Chen, Qiang-Qiang Yan, Shi-Long Xu, Sheng-Qi Chu, Ping Chen, Yue Lin, Hai-Wei Liang. A sulfur-tethering synthesis strategy toward high-loading atomically dispersed noble metal catalysts. Science Advances, 2019.
DOI: 10.1126/sciadv.aax6322
https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax6322?rss=1
8. Joule: 通過相轉移催化和電化學反應高效合成過氧化氫
利用便攜式電化學裝置從空氣和水中生成綠色氧化劑過氧化氫(H2O2)的技術在環境修復和便攜式衛生設施等領域具有巨大的應用潛力。目前，電化學合成H2O2受到缺乏低成本、無毒的催化劑高選擇性地將O2還原為H2O2，以及缺乏從電解質介質中分離生成的H2O2的低耗能方法等問題的限制。
鑒于此，麻省理工學院的Yogesh Surendranath教授和T. AlanHatton教授合作證明了二氰蒽醌可以催化O2選擇性轉化為H2O2，同時并通過離子交換在不混溶的水相和有機相之間穿梭，在一個流動系統中組裝了一個原型裝置驗證這兩種性能，用于連續生成和分離H2O2進入無電解液的水流中。這種分子氧化還原與相轉移催化結合的策略度電化學合成同時分離高附加值化學品和燃料的應用具有重要意義。
Alexander T. Murray, Sahag Voskian, Marcel Schreier, T. Alan Hatton, Yogesh Surendranath. Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide by Phase-Transfer Catalysis. Joule, 2019.
DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.019
https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.09.019
9. Joule: 鈣鈦礦/硅串聯電池和TiC負載Pt納米簇電催化劑用于太陽能水分解
開發高效、穩定、經濟的光系統，利用陽光將水分解成氫和氧，對未來利用可再生能源生產燃料和化學品至關重要，然而，目前高的成本限制了它們的廣泛應用。近日，蘇黎世聯邦理工大學的Michael Gr?tzel和南開大學的Jingshan Luo教授課題組設計開發了一種高效的TiC負載Pt納米簇催化劑，用于析氫反應，其負載約為Pt/C催化劑的1/5。
將其與用于ORR反應的NiFe-層狀雙氫氧化物和首次由塊狀鈣鈦礦/硅太陽能電池串聯系統組合,實現了太陽能分解水系統高達18.7%的轉換效率，是目前報道的利用高豐度廉價光吸收劑分解水系統的最高效率。該工作有利于進一步促進太陽能光電催化產氫的廣泛應用。
Jing Gao, Florent Sahli, Chenjuan Liu, Dan Ren, Xueyi Guo, Jérémie Werner, Quentin Jeangros, Shaik Mohammed Zakeeruddin, Christophe Ballif, Michael Gr?tzel, Jingshan Luo. Solar Water Splitting with Perovskite/Silicon Tandem Cell and TiC-Supported Pt Nanocluster Electrocatalyst. Joule, 2019.
DOI: 10.1016/j.joule.2019.10.002
https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.10.002
10. JACS：銥簇催化劑通過氧氣將乙烷低溫氧化為乙酸
在溫和的反應條件下，將輕質烷烴（例如乙烷）直接選擇性氧化成增值化學產品，仍然對工業界和學術界構成挑戰。近日，北京大學馬丁，中科院金屬所劉洪陽，中科院上海應用物理所姜政等納米金剛石作為載體成功地制備了銥簇催化劑和原子分散的銥催化劑。
實驗發現，所獲得的銥簇催化劑在100℃，氧氣下，對乙烷的選擇性氧化表現出高性能，其初始活性高達7567 mmol/molmetal/h，經過5次原位循環后，對乙酸的選擇性高于70％。研究發現，進料中CO的存在對于高反應性能至關重要。進一步XPS研究發現，CO在氧化循環過程中保持活性Ir物種的金屬狀態。
Renxi Jin, Mi Peng, Ang Li, Zheng Jiang,* Hongyang Liu,* Ding Ma*, et al. Low Temperature Oxidation of Ethane to Oxygenates by Oxygen over Iridium-Cluster Catalysts. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b06986
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06986
11. JACS：單位點Pt1/CeO2催化劑高效催化甲醇分解產氫
氫氣具有很高的重量能量密度并且僅在燃燒時產生水，被視為有吸引力的能源載體。然而，由于其低的體積能量密度，在實際的氫存儲和運輸中仍然存在一些挑戰。在最近的十年中，使用液態有機分子化學鍵作為氫載體原位產生氫提供了一種可行的方法來潛在地解決該問題。
近日，勞倫斯伯克利國家實驗室Gabor A. Somorjai，Ji Su等使用甲醇作為氫載體，并用單位點Pt1/CeO2催化劑原位釋放氫。在該反應中，與傳統的納米顆粒催化劑相比，單位點催化劑顯示出優異的氫生成效率，比2.5 nm Pt/CeO2催化劑高40倍，比7.0 nm Pt/CeO2催化劑高800倍。該工作凸顯了單位點催化劑的優勢，并為進一步合理設計高效催化劑以實現可持續儲能鋪平了道路。
Lu-Ning Chen, Ji Su,* Gabor A. Somorjai*, et al. Efficient Hydrogen Production from Methanol Using A Single-Site Pt1/CeO2 Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b09431
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09431
12. JACS：PtGa超薄納米線中非常規p-d雜化相互作用促進ORR
將3d過渡金屬與Pt合金化是提高氧還原反應（ORR）催化活性的有效策略，但是由于3d金屬元素的快速浸出，常常會引起催化劑耐久性不足的問題。為了克服這個問題并實現活性和耐用性的增強，湖南大學Hongwen Huang，阿克倫大學Zhenmeng Peng等報道了一種基于PtGa超薄合金納米線（NWs）的新型催化結構，該結構具有非常規的強p-d雜化相互作用。
相對于商用Pt催化劑，PtGa NWs的ORR質量活性和比活性分別提高了10.5和12.1倍。PtGa NWs在進行30,000次耐久性測試后，其質量活性僅下降15.8％，而商用Pt催化劑則下降了79.6％。機理研究發現，Ga和Pt之間強的p-d雜化相互作用，協同優化了表面電子結構，增強Pt的抗氧化性以及抑制晶格Ga的浸出，從而提高了ORR性能。該工作為設計高活性和耐用的ORR電催化劑提供了新的視角。
Lei Gao, Xingxing Li, Zhenmeng Peng,* Hongwen Huang*, et al. Unconventional p-d Hybridization Interaction in PtGa Ultrathin Nanowires Boosts Oxygen Reduction Electrocatalysis. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b07238
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07238
13. JACS: 揭示錳催化加氫中的配體效應：機理研究和催化應用
自2016年首次報道以來，錳催化加氫反應引起了廣泛關注。在已報道的催化體系中，以三齒狀PNP和NNP-pincer配體負載的Mn催化劑最為常用。例如，許多PNP-Mn螯合催化劑已被報道用于醛、醛二胺、酮、腈和酯的加氫。此外，各種NNP-Mn螯合催化劑已被證明在低活性底物（如酰胺、碳酸鹽、氨基甲酸鹽和脲衍生物）的加氫反應中具有活性。這些結果表明，NNP-pincer配體負載的Mn催化劑在及加氫反應中比PNP負載催化劑具有更高的反應活性。這種配體效應在錳催化加氫反應中尚未得到證實。
近日，清華大學劉強課題組研究了這種配體效應的來源和適用性。實驗和理論研究表明，Mn配合物上的NNP-pincer配體比PNP配體更富電子，空間位阻更小，導致在一系列Mn催化的加氫反應中具有更高的反應活性。受錳催化氫化反應中配體效應的啟發，他們開發了第一個錳催化的氮雜環加氫反應。其中，NNP-Mn螯合催化劑加氫了一系列氮雜環(32例)，收率高達99%，而在相同條件下，相應的PNP-Mn螯合催化劑的反應活性較低。這證明了這種配體效應普遍適用于錳催化的羰基和非羰基加氫反應。
Yujie Wang, Lei Zhu, Zhihui Shao, Gang Li, Yu Lan, and Qiang Liu. Unmasking the Ligand Effect in Manganese-Catalyzed Hydrogenation: Mechanistic Insight and Catalytic. Application. J. Am. Chem. Soc. 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b09038
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09038
14. 麻省理工學院JACS：MOF衍生的Guerbet催化劑有效區分乙醇和丁醇
當原料和產物具有很強的化學相似性時，在催化反應中獲得所需產物的高選擇性是極富挑戰性的，因為產物本身可以充當底物，導致聚合。近日，麻省理工學院Mircea Dinc?等由封閉在鎳基MOF中的Ru絡合物原位形成了一種RuNi納米顆粒負載在金屬有機框架（RuNi@MOF）上的催化劑，該催化劑可作為乙醇的Guerbet反應（1-丁醇）的高活性催化劑，TON可到725,000 Ru-1。RuNi@MOF催化劑對與乙醇化學相似的1-丁醇的活性可忽略不計，因此可以以>99％的選擇性合成Guerbet底物1-丁醇。
Constanze N. N Mircea Dinc?*, et al. MOF-Derived Guerbet Catalyst Effectively Differentiates Between Ethanol and Butanol. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b08968
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08968
15. JACS：雙金CO2RR電催化劑的協同效應
合金化是一種獲得比單金屬催化劑更高催化活性的設計策略,然而，傳統的合金催化劑缺乏對活性位點局部原子結構的精確控制。近日，約翰霍普金斯大學的Chao Wang和Tim Mueller教授課題組合作通過Au納米顆粒表面涂上不同劑量的鈀，設計制備了一系列控制劑量的Pd修飾金納米粒子電催化劑，研究了雙金屬Pd-Au電催化劑的活性位點協同效應。
研究發現，不同劑量的Pd修飾金納米粒子電催化劑對CO2電還原成CO的催化活性與Pd含量呈非線性關系，這是由于Pd的尺寸變化和相應的吸附性質的改變造成的。密度泛函理論計算證明，密度泛函理論計算表明，Pd@Au催化劑中Pd位點的摻雜有效降低了CO2活化能壘，而且與Pd結合的*CO中間產物的毒性更小，兩者的協同效應大大提高了催化劑對二氧化碳的還原活性。該工作對設計制備高活性的CO2RR電催化劑具有重要的借鑒意義。
Yuxuan Wang, Liang Cao, Nicole J. Libretto, Xing Li, Chenyang Li, Yidong Wan, Connie He, Jinsung Lee, John Gregg, Han Zong, Dong Su, Jeffery T. Miller, Tim Mueller, Chao Wang. Ensemble Effect in Bimetallic Electrocatalysts for CO2 Reduction. Journal of the American Chemical Society, 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b05766
https://doi.org/10.1021/jacs.9b05766
16. JACS：基于表面加氫的NRR反應新機理
電催化固氮是極具潛力的綠色可持續產NH3途徑，然而，當前報道的N2還原的反應機理存在局限性，有待進一步探究。近日，東南大學的王金蘭教授提出了一種表面加氫的反應機理，能很好地解釋當前研究過程中實驗和理論計算之間存在的差異。具體而言，理論計算的結果表明，表面加氫可以驅動N2在催化劑（貴金屬）表面的低還原電位還原。
不同于常規機理提出的N2還原第一步反應是N2吸附活化，作者發現H+的還原是第一步反應，而且還可能是整個N2還原反應的關鍵所在。隨后，N2可以克服相對較高的反應能壘，被H+還原得到的*H活化生成*N2H2，這一步是反應的決速步。此外，作者還發現表面*H和催化劑的協同作用在N2的活化中起重要作用。總而言之，本工作不僅提供了新的N2還原反應機理，還為可持續的產NH3提供了理論支撐。
Chongyi Ling, Yehui Zhang, Qiang Li, Xiaowan Bai, Li Shi, Jinlan Wang.
New Mechanism for N2 Reduction: The Essential Role of Surface Hydrogenation.J. Am. Chem. Soc., 2019.
DOI：10.1021/jacs.9b09232.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09232
17. 新加坡國立大學Joule綜述：單原子催化劑的能量轉化研究
全球近四分之一的能源消耗與催化過程的使用直接或間接相關。以傳統納米粒子為基礎的催化劑最近面臨著新型的異構單原子催化劑（SACS）的挑戰。單原子催化劑上能夠允許金屬原子在催化劑表面上最大程度均勻分散，具有無與倫比的電子結構和幾何構型，并且在諸多與能源相關的應用中均表現出優異的催化性能。
在本文中，新加坡國立大學的Ning Yan和Javier Perez-Ramirez等對非均相異構單原子催化劑等在碳氫化合物、含氧化合物、氫氣燃料、氨、日用品和精細化學品的生成和轉化以及電池的電化學儲能和釋放中的應用進行了評述。文章描述了這些與能源有關的化合物在當前能源基礎設施中的重要性，并討論了如何在各種應用中更有效地使用催化，特別是單原子催化。最后，作者對未來設計穩定高效的單原子催化劑進行了展望。
Shipeng Ding, Ning Yan, Javier Perez-Ramirez et al, Transforming Energy with Single-Atom Catalysts, Joule,2019
DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.015
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30475-1?rss=yes#
18. 南京大學Joule: 雙金屬Janus納米片中的電應變誘導結構相變助力高效析氫反應
可持續能源供應的未來要求在設計廉價耐用的高效電化學水分解催化劑方面取得創新性突破。與傳統的摻雜、缺陷和納米結構策略不同，在本文中南京大學的Gang Zhou、Lizhe Liu以及Xinglong Wu等開發了一種簡單可行的電應變方法，這種方法通過調節載流子分布來觸發電催化劑的結構相變從而實現了優異的析氫反應性能。
由于采用這種方法設計的janus-MoReS3納米結構本身存在非中心對稱極化，因而大量的載流子被能量拉入催化劑內部產生電應變，進而使得導致帶電的MoReS3納米片發生形變—即從T’相轉變為另一種具有較高催化活性和較快載流子轉移的可逆原子結構（T’’相）。在大電流密度下，T′′-MoReS 3所產生的電應變效應表現出超過商用Pt/C電極的性能，在189mv的過電位下達到150mA/cm2的電流密度。
Yao Fu, Gang Zhou、Lizhe Liu and Xinglong Wu et al, Electric Strain in Dual Metal Janus Nanosheets Induces Structural Phase Transition for Efficient Hydrogen Evolution,Joule,2019
DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.006
https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30466-0?rss=yes#
19. Angew：金屬-絕緣體-COF納米結構的熱π電子隧穿用于高效產氫
通過光催化或光電化學分解水制氫是將間歇性太陽輻射轉化為可存儲的透明燃料的一種有吸引力的方法。為此，人們已經投入巨大的精力來開發高效而穩定的無機半導體材料，包括硅，各種氧化物，石墨碳氮化物，金屬有機骨架和III-V化合物等用于光解水產氫。近日，福州大學Jinlin Long，魯汶大學Maarten B. J. Roeffaers等巧妙地設計了一種基于共價有機框架（COFs）半導體的新型金屬-絕緣體-半導體（MIS）光系統，該光系統可在可見光照射下穩健而高效地放出氫氣。
在通過聚乙烯吡咯烷酮（PVP）絕緣子封端的具有親水亞胺TP-COF和=C=OH-N=氫鍵基團的Pt納米顆粒（NPs）的靜電自組裝制備的有機MIS光系統中，最大H2釋放速率可達8.42 mmol h-1?g-1，TOF可達789.5 h-1。光激發的n型TP-COF半導體中的熱π電子可以有效地提取，并通過超薄PVP絕緣層隧穿到Pt NPs，將質子還原為H2。與肖特基型對應物相比，基于COF的MIS光電系統的載流子效率提高了32倍，這歸因于TP-COF半導體價帶中光激發速率，電荷分離和空穴氧化速率的整體提高。
Jintao Ming, Ai Liu, Maarten B. J. Roeffaers*, Jinlin Long*, et al. Hot π‐electron Tunneling of Metal‐Insulator‐COF Nanostructures for Efficient Hydrogen Production. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912344
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912344
20. Angew：熱驅動原子分散的Fe-N4催化劑結構和性能演變用于氧還原反應
嵌入部分石墨化的碳中的FeN4結構是酸性質子交換膜燃料電池中氧還原反應最有效的無鉑族金屬的活性位點。然而，因為在高溫處理過程中，Fe-N鍵的形成過程總是伴隨著不受控制的碳化和氮摻雜，其形成機制幾十年來一直尚未明確。近日，哈爾濱工業大學Zhenbo Wang，紐約州立大學Gang Wu，俄勒岡州立大學Zhenxing Feng，橡樹嶺國家實驗室David A. Cullen等多團隊合作，通過將Fe離子嵌入氮摻雜的碳中，然后進行受控的熱活化，闡明了Fe‐N4位點的形成機理。
在研究的宿主中，ZIF-8衍生的氮摻雜碳是具有明確氮摻雜和孔隙率的理想模型。研究發現，由熱活化驅動的FeN4催化劑性能的變化主要與兩個因素有關：（i）由超細FeOx顆粒轉變為原子分散的FeN4位點，活性位點密度增加；（ii）強度增強和長度縮短的Fe-N原子鍵的內在變化。
Jiazhan Li, Hanguang Zhang, Widitha Samarakoon, Weitao Shan, David A. Cullen*, Zhenxing Feng*, Zhenbo Wang*, Gang Wu*, et al. Thermally Driven Structure and Performance Evolution of Atomically Dispersed Fe‐N4 Sites for Oxygen Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201909312
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909312
21. Angew：工程化超親水/超疏氣的負載型CoMoSx硫凝膠電催化劑用于全解水
用于大規模水分解的高效電催化劑的開發至關重要，但也充滿挑戰。近日，青島科技大學Jian Liu，中國科學院理化技術研究所Liping Wen等通過原位復分解反應將分層的CoMoSx硫凝膠負載到泡沫鎳（NF）上制備了CoMoSx/NF材料，該材料在堿性介質中的電催化制氫反應和制氧反應中均表現出出色的活性和穩定性。CoMoSx/NF高的催化活性可歸因于無定形骨架中大量的活性位點/缺陷以及由于鈷的摻雜。
此外，微/納米結構的CoMoSx/NF的超親水和超疏氣特性促進了電解質的進入并確保氣泡的快速釋放，從而促進了傳質。作者將CoMoSx/NF用作雙功能電催化劑，整個解水裝置在1.89 V的低壓下可提供500 mA/cm2的電流密度，并保持100小時無衰減。該研究通過組成，結構和三相界面對大規模電催化應用提出了協同優化的可能性。
Xinyao Shan, Jian Liu*, Liping Wen*, et al. Engineered Superhydrophilic/Superaerophobic Electrocatalysts Composed of Supported CoMoSx Chalcogels for Overall Water Splitting. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201911617
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911617
22. Angew：簡便方法合成Au基多殼結構作為等離激元催化劑用于4-硝基苯乙烯選擇性加氫
近年來，具有特殊結構和優異性能的金屬催化劑的制備受到了廣泛的關注。近日，中科院長春應化所Shuyan Song等報道了一種穩健的自模板策略，用于方便且大規模地合成具有可控殼數，球尺寸和原位表面改性的多孔多殼結構Au材料。作者在聚對苯乙烯磺酸鈉（PSS）的存在下，用大量NaBH4快速還原Au-三聚氰胺膠體模板得到了該材料。此外，將模板浸泡在其它金屬鹽溶液中后，通常也可以通過相同的還原過程將獲得的雙金屬模板轉化為雙金屬多殼結構。
在使用NH3BH3作為還原劑的4-硝基苯乙烯加氫中，與未改性的多孔三殼結構金相比，表面改性（S-PTSAu）的多孔三殼結構金對4-氨基苯乙烯具有極好的選擇性（97％）。此外，與具有較少殼數的類似催化劑相比，其在可見光照射下還顯示出更高的光催化活性。該工作為設計和合成Au基多殼結構應用于各種應用開辟了一條新途徑。
Jian Li, Shuyan Song*, et al. Robust synthesis of Au‐based multishell structures as plasmonic catalysts for selective hydrogenation of 4‐nitrostyrene. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201910836
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201910836
23. Angew：碳納米涂層CoS@TiO2納米纖維膜：界面工程異質結用于高效電催化NRR
開發無貴金屬的電催化劑對電催化氮還原（NRR）合成氨至關重要。然而，由于差的界面反應動力學，已有的過渡金屬電催化劑具有低活性和低法拉第效率等問題。近日，東華大學Bin Ding等開發了一種界面工程異質結，該異質結由錨固在TiO2納米纖維膜上的CoS納米片組成。作為活性基質，TiO2納米纖維膜可以均勻地限制CoS納米片的團聚，并顯著提高NRR性能。
CoS和TiO2之間的緊密耦合使載流子之間易于轉移，從而在異質界面上產生快速的反應動力學。此外，碳納米電鍍進一步提高了異質結的導電性和結構完整性。得益于這種界面設計，所得的C@CoS@TiO2電催化劑實現了驚人的高氨產率（8.09×10-10 mol s-1 cm-2）和法拉第效率（28.6％），以及出色的長期耐久性。
Yi-Tao Liu, Bin Ding*, et al. Carbon‐Nanoplated CoS@TiO2 Nanofibrous Membrane: An Interface‐Engineered Heterojunction for High‐Efficiency Electrocatalytic Nitrogen Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912733
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912733
24. Angew：電化學調控鈀催化苯甲醛加氫中的質子耦合電子轉移
近日，太平洋西北國家實驗室Oliver Y. Gutiérrez，Abhijeet Karkamkar，Johannes A. Lercher等研究發現，碳載體的酸性官能化可以提高Pd電催化苯甲醛氫化轉化為苯甲醇活性，使其與Br?nsted酸位的濃度成比例。相反，當使用H2作為還原劑時，氫化速率不受影響。
表現出的對催化劑性能的不同響應是由電化學和H2誘導的氫化途徑之間的氫化機理的差異引起的。進一步研究發現，電催化還原的增強是通過載體的參與在金屬顆粒的周邊產生水合氫離子來實現的。
Katherine Koh, Udishnu Sanyal, Oliver Y. Gutiérrez*, Abhijeet Karkamkar*, Johannes A. Lercher*, et al. Electrochemically tunable proton coupled electron transfer in Pd‐catalyzed benzaldehyde hydrogenation. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912241
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912241
25. Angew：原子界面工程增強單原子Pt光催化產氫性能
在原子尺度上優化光催化劑的結構，促進電子-空穴對的分離，對光催化劑性能的提高至關重要，但仍然具有挑戰性。近日，清華大學李亞棟，王定勝，中南大學雷永鵬，湖北工業大學Gang Zhou等通過在有缺陷的TiO2載體上組裝單個Pt原子，得到了高效光催化劑Pt1/def-TiO2。
研究發現，除作為質子還原位點外，單個Pt原子還促進相鄰的TiO2單元產生表面氧空位并形成Pt-O-Ti3+原子界面。實驗結果和DFT計算表明，Pt-O-Ti3+原子界面有效地促進了光生電子從Ti3+缺陷位點轉移到單個Pt原子，從而增強了電子-空穴對的分離。這種獨特的結構使Pt1/def-TiO2表現出高的光催化制氫性能，TOF高達51423 h-1，比負載在TiO2上的Pt納米顆粒催化劑高出591倍。
Yuanjun Chen, Yongpeng Lei*, Gang Zhou*, Dingsheng Wang*, Yadong Li*, et al. Engineering atomic interface by single Pt atoms for enhanced photocatalytic hydrogen production. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912439
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912439
26. Angew綜述：硼在能源相關研究和應用中的作用
硼在元素周期表中的獨特位置，即金屬和非金屬分離線的頂點，使其在化學反應和應用中具有很高的通用性。硼在當代對可再生和清潔能源以及高能效產品的需求中，在與能源相關的研究中均發揮著關鍵作用，從活化和合成高能的小分子到化學和電能存儲，再到將電能轉化為光能，這些應用從根本上與硼的獨特特征相關，例如硼的缺電子和未占據p軌道的可用性，使其可以形成化學性質和物理性質具有極大可調性的多種化合物。
例如，硼具有獲得四個共價鍵和負電荷的能力，致使合成了多種具有高化學和電化學穩定性的硼酸根陰離子，特別是有用的弱配位陰離子家族。澳大利亞悉尼科技大學Zhenguo Huang、加拿大皇后大學Suning Wang和德國維爾茨堡朱利葉斯·馬克西米利安大學Maik Finze和Holger Braunschweig等人總結了在硼化學的合成和理解方面取得的重大突破，以及硼化合物用于能源相關研究應用的最新研究進展。
Zhenguo Huang, Suning Wang, Rian D. Dewhurst, Nikolai V. Ignat’ev, Maik Finze, Holger Braunschweig. Boron: Its role in energy related research and applications, Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201911108
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911108
27. 蘇州大學Angew.: 原子分散鈷中心的未配對3d電子在配位聚合物中調節ORR活性和選擇性
可逆的氧氣轉化對于各種綠色能源技術是至關重要的。近日，蘇州大學的Peng Yang教授課題組通過調變Ni/Co比例，以及利用HITP（HITP = 2、3、6、7、10、11-六亞氨基三亞苯基）這一聚合物，合成了一系列雙金屬配位聚合物，以此來探究金屬中心在調節氧還原反應活性方面的作用。對Co3HITP2和Ni3HITP2的晶體結構，自旋特性，電導率和配位態方面的差異做了細致的比較，發現具有未成對的3d電子的共面性較小，但具有更多的自由基。
結果表明，雖然降低了結晶度和電導率，但是Co3HITP2表現出了相當于20%Pt/C催化劑的反應活性，很明顯是由于金屬中心的3d軌道構型促進了ORR。更為重要的是，實驗數據和DFT計算數據都表明由于不同的中間結合能，ORR的路徑是從Co3HITP2的四電子轉變為Ni3HITP2的二電子。此外，結合良好的OER反應活性，在充放電鋅-空氣電池中，Co3HITP2作為空氣正極催化劑表現出了卓越的能源效率和良好的操作穩定性。
Yuebin Lian, Wenjuan Yang, Chufeng Zhang, Hao Sun, Zhao Deng, Wenjie Xu, Li Song, Zhongwen Ouyang, Zhenxing Wang, Jun Guo, Yang Peng*. Unpaired 3d Electron on Atomically Dispersed Cobalt Centre in Coordination Polymers to Regulate both ORR Activity and Selectivity. Angew.
DOI: 10.1002/anie.201910879
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201910879
28. AM：膠體單層光催化劑用于甲醇可存儲太陽能H2燃料
分子表面活性劑已被廣泛用于控制低維形態，包括膠體化學合成中的2D納米材料，但是要精確控制2D材料的單層生長仍然非常具有挑戰性。近日，科廷大學Guohua Jia，澳大利亞國立大學Zongyou Yin，倫敦大學學院Yunguo Li等開發了一種堆疊阻礙策略，該策略不僅可以為選擇性地被表面活性劑分子夾在中間的過渡金屬二鹵化物（TMD）啟用獨有的單層生長模式，而且還可以保留夾在中間的單層TMDs的光氧化還原活性。
作者通過理論計算很好地解釋了單層生長機制。作者成功合成了三種類型的單層TMDs，包括MoS2，WS2和ReS2，并用于由甲醇生產太陽能H2燃料。這種單層MoS2納米片生產的H2燃料不含COx，且可在室溫常壓下進行，其產生速率達到≈617μmole g-1 h-1，并且具有出色的光氧化還原耐久性。
Yingping Pang, Yunguo Li,* Zongyou Yin,* Guohua Jia*, et al. Colloidal Single‐Layer Photocatalysts for Methanol‐Storable Solar H2 Fuel. Adv. Mater. 2019,
DOI: 10.1002/adma.201905540
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905540
29. Chem. Soc. Rev.：基于共軛聚合物和無機半導體的雜化光催化劑材料：從環境到能源應用
光催化劑提供了一種可持續的方式，通過分解水和CO2光還原（人工光合作用）等工藝來去除污染物或以太陽能的形式存儲能量。過去幾年中發表的大量論文證明了對該主題的研究是一個廣闊的領域。基于無機半導體（ISs）和共軛聚合物（CPs）的雜化光催化劑是一種新型光敏材料。ISs在光催化過程中體現出了眾所周知的效果；由于可以在分子水平上控制其光電，質構和形態學性質，CPs也已成為提高光催化效率的有趣替代方法。
因此，ISs與CPs之間的協同作用可產生更有效的光催化劑，在整個太陽光譜中具有增強的光吸收，改善的光電荷產生和傳輸，對光腐蝕的具有更高穩定性和更大的表面積。有鑒于此，近日，西班牙IMDEA Energía Marta Liras, Víctor A. de la Pe?a O’Shea等概述了用于光/光電催化分解水，CO2還原和/或N2固定，污染物降解和能量轉換的雜化IS-CP光催化劑的研發進展。
Marta Liras*, Mariam Barawi, and Víctor A. de la Pe?a O’Shea*. Hybrid materials based on conjugated polymers and inorganic semiconductors as photocatalysts: from environmental to energy applications. Chem. Soc. Rev., 2019
DOI: 10.1039/C9CS00377K
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00377k#!divAbstract
30. JMCA: 羥基修飾提高石墨烯負載單原子和雙原子催化劑的OER和ORR催化活性
單原子催化劑和雙原子催化劑是一種非常具有潛力的析氧反應和氧還原反應的電催化劑。原子催化劑與羥基之間的界面化學對電化學反應過程有重要的影響。近日，湘潭大學的裴勇教授課題組對堿性環境下的富缺陷石墨烯（DG）負載的羥基基團修飾單原子催化劑（Ni、Fe、Co）和雙原子催化劑（MM和M1M2，其中M、M1和M2分別為Ni、Co、Fe）催化OER和ORR的電催化過程進行了系統的研究。
通過對比裸催化劑和羥基修飾催化劑上的OER和ORR反應過程發現，羥基化的單金屬和雙金屬原子催化劑（HO-M/DG，其中M為Co、Fe；(HO)2-MM/DG，其中M為Ni、Co、Fe；(HO)2-M1M2/DG其中M1和M2是Ni、Co和Fe）具有更高的OER和ORR催化活性，然而由于反應中間體（OH*, O* and OOH*）不能被催化劑穩固的吸附，羥基修飾的單原子鎳催化劑難以作為OER和ORR催化劑。羥基改性后，金屬單原子催化劑(M = Co和Fe) OER催化活性明顯提高，而羥基改性的金屬雙原子催化劑的ORR催化活性顯著提高。該工作為設計制備具有高催化活性的OER和ORR催化劑提供了一種新的思路。
Xiaomei Zhao, Xia Liu, Baoyu Huang, Pu Wang, Yong Pei. Hydroxyl group modification improves the electrocatalytic ORR and OER activity of graphene supported single and bi-metal atomic catalysts (Ni, Co, and Fe). Journal of Materials Chemistry A, 2019.
DOI: 10.1039/C9TA08661G
http://doi.org/10.1039/C9TA08661G
31. Nano Research : 硼氧功能化碳納米球負載Pd納米催化劑用于甲酸高效產氫
氫是一種儲量豐富的理想清潔能源，是解決化石燃料日趨枯竭和環境污染日益嚴重問題的重要手段。甲酸是一種低成本的化學制氫材料，具有4.4 wt.%的質量含氫密度，相當于將氫氣壓縮了600倍，在常溫常壓下以液態形式存在，便于操作和運輸，并且脫氫后可利用二氧化碳加氫反應進行再生。但是常溫下甲酸脫氫反應不能自發進行，需要添加催化劑來改善其脫氫性能。近日，日本國家先進工業科學技術研究所的徐強教授課題組通過硼酸共退火，使碳納米球(XC-72R)被硼氧(B-O)功能化，并首次采用濕法化學將鈀納米粒子(Pd NPs)還原固定，制備得到碳納米球負載Pd（Pd/OB-C）催化劑。
其中Pd NPs高度分散，粒徑約為1.7 nm，與XC-72R負載的Pd NPs (Pd/C)相比，合成的Pd/OB-C催化劑對甲酸(FA)脫氫反應的催化活性顯著提高，另外，通過在原料中添加三聚氰胺前體，B-O和氮(N)功能化產物OB-C-N中B含量極高，約為無氮摻雜OB-C的34倍，且Pd納米顆粒進一步細化，粒徑約為1.4nm，Pd/OB-C-N催化劑的活性得到進一步進一步提升，在323K時，由于超細Pd NPs的均勻性以及B-O和N功能化的協同效應，其TOF高達5354 h?1。
Shan Zhong, Nobuko Tsumori, Mitsunori Kitta, Qiang Xu. Immobilizing palladium nanoparticles on boron-oxygen-functionalized carbon nanospheres towards efficient hydrogen generation from formic acid. Nano Research, 2019.
DOI: 10.1007/s12274-019-2539-9
https://doi.org/10.1007/s12274-019-2539-9
32. Nano Energy 綜述: 碳納米復合材料的機理，應用和未來前景
零維（0D）碳納米材料，例如碳量子點（CQD）和石墨烯量子點（GQD），由于其生物相容性，無毒，化學惰性，可調節的光致發光，低成本和便捷的表面功能化等突出特性而備受關注。它們的潛在應用范圍從生物醫學，藥物輸送，環境，光催化到能量存儲領域都有所涉及。其中，最重要的研究主要集中于其在環境傳感，生物傳感和光電方面的行為。然而，隨著新興的制備方法正在以低成本和低環境軌跡解決能源方面的一些突出挑戰，能量存儲和轉換系統正在迅速發展。由于其快速的電子轉移和高表面積，CQD/GQD在這些電化學應用中是非常理想的材料。此外，0D碳納米材料上具有豐富雜原子（氧，氮，硫，磷，硼）官能團，為增強電化學性能提供了理想的活性位點。
近日，悉尼大學Vincent G. Gomes團隊報道了一篇關于碳納米復合材料的綜述，其中介紹了用于電化學系統的基于CQD/GQD的復合材料的制備，其作用機理，在能量存儲中的應用（電化學電容器，鋰/鈉離子電池）和電催化（氧還原反應，氧/氫放出反應，一氧化碳電還原，生物燃料電池和電化學生物傳感器）及其潛在前景的分析。
Gomes et al. Carbon quantum dot-based composites for energy storage and electrocatalysis: Mechanism, applications and future prospects.
DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104093
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104093
33. Journal of Catalysis: Ag0.03Au0.97雙金屬合金催化劑在催化過程中結構和性能的演變
活化預處理常被用于調整雙金屬合金催化劑的表面成分和結構。近日，哈佛大學的Cynthia M. Friend教授課題組研究了活化處理誘導的納米多孔Ag0.03Au0.97合金性能的變化及在穩態CH3OH氧化條件下的后續變化。O3的活化作用在Ag的近表面區域富集產生了AgO和Au2O3，這些氧化物在O2/CH3OH混合物中還原，生成CO2和高富集銀的表面合金，在反應溫度為423?K下，Ag逐漸與Au去合金，但仍富集在納米顆粒頂部，因此催化生成甲酸甲酯的催化選擇性沒有顯著下降。
在更高的溫度下，團塊擴散會導致燒結和Ag重新分布，從而導致活性降低。這些發現表明決定催化活性的材料性能是動態的，材料的亞穩態形式可能對催化有重要影響。該工作對于多相催化劑的選擇性氧化活性的提高具有重要的借鑒意義。
Branko Zugic, Matthijs A. van Spronsen, Christian Heine, Matthew M. Montemore, Yuanyuan Li, Dmitri N. Zakharov, Stavros Karakalos, Barbara A.J. Lechner, Ethan Crumlin, Monika M. Biener, Anatoly I. Frenkel, Juergen Biener, Eric A. Stach, Miquel B. Salmeron, Efthimios Kaxiras, Robert J. Madix, Cynthia M. Friend. Evolution of steady-state material properties during catalysis: Oxidative coupling of methanol over nanoporous Ag0.03Au0.97. Journal of Catalysis, 2019.
DOI: 10.1016/j.jcat.2019.08.041
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.08.041
34. Applied Catalysis B: Environmental：三維雜化炭載體穩固錨定納米級Pd催化劑用于甲酸催化氧化
燃料電池的商業化需要新型高效電催化劑的設計和開發，研究人員對最佳合成尺寸小于6nm且形狀/尺寸可控的負載型納米顆粒電催化劑進行了大量的研究，目前，雖然關于載體促進電荷傳遞與傳質以及抑制催化劑燒結脫落等方面取得了較大的進步，然而全面和直觀的有關具有可調電子性能和形貌的復雜雜化載體上的錨定效應和穩定機理的研究仍很欠缺。
近日，上海理工大學的楊亮和上海電力學院的王娟合作設計制備了三維雜化硼摻雜石墨烯與氮化碳(Pd/BG-CN)負載納米級Pd催化劑，該Pd/BG-CN催化劑對甲酸氧化的質量活性和比活性分別為2215 mA/mg和31.7 mA/cm2，分別比商業Pd/C催化劑高2.8倍和2.5倍。這種高催化活性歸因于BG-CN基體的電子效應和表面含有高含量的金屬Pd(55.2 at%)。而且，相比于商業Pd/C中金屬-碳載體間弱相互作用導致顯著的性能下降，該Pd/BG-CN催化劑中Pd粒子穩定地負載在BG-CN載體上，這種堅固的錨定效應降低了Pd活性位點的脫落。該工作對于設計制備高活性和高穩定性的負載型納米顆粒電催化劑具有重要的借鑒意義。
Liang Yang, Xin Wang, Daoping Liu, Guomin Cui, Binlin Dou, Juan Wang. Efficient anchoring of nanoscale Pd on three-dimensional carbon hybrid as highly active and stable catalyst for electro-oxidation of formic acid. Applied Catalysis B: Environmental, 2019.
DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.118304
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118304
35. 華東理工Nanoscale: 反蛋白石及氮空位結構的分層介孔g-C3N4——用于高效太陽能轉換和環境修復
分級宏觀介孔結構作為光催化劑，具有高效傳質和捕光能力的強的優點。近日，華東理工劉勇第、張金龍、雷菊英等人通過有序SiO2膠體和NH4Cl相結合的雙模板法制備出具有N空位修飾的有序宏觀介孔g-C3N4(Nv MM CN)。Nv MM CN在光催化降解抗生素以及光催化產氫方面都表現出優異的性能，其中降解方面比塊狀g-C3N4提高了27倍，可見光產氫方面提高了7.5倍。
三維連通的宏觀介孔結構和多孔體系加速吸附，反應速率和反蛋白石光子晶體提供了增強光吸收的多重散射效應。同時引入的N空位作為分離中心，用來捕獲電子或空穴，以提高電荷的分離效率。這種高效、穩定和環境友好的可見光驅動Nv MM CN可以是在廣泛的能量和環境應用中有效實施的替代方案。
Yunhao Tian,Juying Lei*,Jinlong Zhang*,Yongdi Liu*,et al. Hierarchical macro-mesoporous g-C3N4 with an inverse opal structure and vacancies for high-efficiency solar energy conversion and environmental remediation,Nanosacale,2019.
DOI: 10.1039/c9nr06802c
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/nr/c9nr06802c#!divAbstract
36. Applied Catalysis B: Environmental：Au-Rh核殼星狀十面體上Rh原子的局部外延生長助力電子效應和幾何效應的研究
催化劑設計的最終目的是通過揭示結構與活性之間的關系來優化其催化性能。然而，對于HER雙金屬核-殼電催化劑，如何區分電子效應和幾何效應（ensemble effects）仍然是一個巨大的挑戰。鑒于此，浙江大學的張輝和楊德仁教授提出了一種有效的方法來研究金十面體上Rh原子的局部外延生長，以此來研究電子效應和幾何效應。
研究發現，Au75Rh25型核殼星狀十面體的HER催化活性最好，10 mA/cm2電流密度下僅需的64.1 mV過電位，比商業Rh/C催化劑低約39.4 mV。密度函數理論(DFT)計算表明，幾何效應（ensemble effects）是加速HER反應動力學的主導因素，因為Au原子暴露在表面減弱了中間體對Rh表面的強吸附。該工作對理解區分電子效應和幾何效應，以及設計制備高性能的催化劑具有重要的借鑒意義。
Ting Bian, Beibei Xiao, Biao Sun, Long Huang, Shan Su, Yi Jiang, Jiankun Xiao, Aihua Yuan, Hui Zhang, Deren Yang. Local Epitaxial Growth of Au-Rh Core-Shell Star-Shaped Decahedra: A Case for Studying Electronic and Ensemble Effects in Hydrogen Evolution Reaction. Applied Catalysis B: Environmental, 2019.
DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.118255
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118255
37. ACS Catalysis：高效的非化學計量混合金屬氧化物電催化劑的設計策略:建立氧化物性質與電催化性能間的關系
非化學計量混合金屬氧化物屬于鈣鈦礦家族，是各種與氧有關的非均相熱化學和電化學反應的高效催化劑。目前描述這些氧化物電催化活性的準則依賴于結構中過渡金屬的平均氧化態，然而這種氧化態往往不能系統地描述活性，另外，目前的設計策略主要關注催化活性，而忽視了氧化物的穩定性，因此，基于可測量的氧化物的性質，建立它們與其電化學活性和穩定性之間的關系規律仍然是一個巨大的挑戰。
鑒于此，美國韋恩州立大學Eranda Nikolla課題組通過電化學氧還原反應(ORR)作為探針反應，以相關的實驗測量為依據，研究了氧化物的性質(如氧化物表面還原性等)與其催化活性和穩定性之間的關系，證明了氧化物表面還原性描述了過渡金屬-晶格氧鍵的強度，并研究了氧化物組成和晶體對稱性對含氧中間體結合能量的影響，以及對ORR活性和穩定性的影響，進而提出了非化學計量混合金屬氧化物作為高效ORR催化劑的綜合設計策略。這工作為設計制備高催化活性和高穩定性的非化學計量混合金屬氧化物催化劑具有重要的借鑒意義。
Samji Samira, Xiang-Kui Gu, Eranda Nikolla. Design Strategies for Efficient Nonstoichiometric Mixed Metal Oxide Electrocatalysts: Correlating Measurable Oxide Properties to Electrocatalytic Performance. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b02505
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02505
38. 催化大師Avelino Corma的ACS Catal.：單原子和納米團簇在非均相催化反應過程中：哪些是催化活性位點？
確定多相金屬催化劑的活性中心對從分子水平了解反應機理和設計更有效的催化劑至關重要。亞納米金屬催化劑（包括單個原子和幾個原子團簇）由于其結構的靈活性，在與底物分子相互作用時會呈現動態的結構演化，從而難以確定催化活性中心。近日，瓦倫西亞理工大學Avelino Corma教授課題組制備了不同類型Pt的催化劑(從單個原子到團簇和納米粒子)，并對它們的演化過程進行了跟蹤，研究了Pt催化劑在多種非均相催化反應中的反應，其中包括選擇性加氫反應、共氧化反應、丙烷脫氫反應和光催化H2分解反應。
有趣的是在所有研究的反應中，Pt團簇和納米粒子都表現出比Pt單原子更高的活性。結合催化活性和原位表征技術表明，單分散金屬原子可以快速演化成金屬團簇或納米顆粒，其演化行為取決于金屬?載體和金屬?反應物的相互作用。并且一小部分金屬團簇或納米粒子與單個原子物種一起存在，可以以一種占優勢的方式促進反應活性，這表明了在不同類型的金屬實體（從單個原子到團簇和納米粒子）之間進行適當比較的重要性。換句話講，在反應過程中，金屬與反應底物和金屬與載體的相互作用不但會影響金屬本體的幾何和電子特征，進而影響催化活性，同時也是決定亞納米金屬物種促進反應進行的因素。
Lichen Liu,Avelino Corma et al.,Determination of the Evolution of Heterogeneous Single Metal Atoms and Nanoclusters under Reaction Conditions: Which Are the Working Catalytic Sites? ACS Catal. 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b04214
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b04214
39. Energy Storage Materials: 炭纖維串聯Co/N摻雜ZIF-67基炭顆粒催化劑用于高性能電催化
ZIF-67由交替排列的鈷原子和富氮有機連接物組成，是生產Co和N共摻雜碳(C-ZIF-67)氧還原反應催化劑(ORR)的理想前前體，然而，空氣陰極中的C-ZIF-67顆粒催化劑由于存在顆粒間的阻力和顆粒間的分離問題，往往表現出有限的催化活性和穩定性。鑒于此，新加坡科技研究局的Yun Zong，Zhaolin Liu和南洋理工大學的Hua Zhang課題組合作采用一種原位方法，在電紡聚丙烯腈(PAN)纖維上選擇性地生長ZIF-67，形成一種有趣的“弦串聯寶石”結構雜化材料，熱解處理后的雜化產物轉化為高導電，具有良好分級結構和優異的ORR催化活性以及穩定性的新型催化劑。
利用其作為空氣陰極組裝的鋅空氣電池(ZnAB)在20 mA/cm2的高電流密度下具有1.24 V的穩定放電電壓，通過機械補充鋅陽極和電解液使電池完全放電后再生，該電池可以在放電電壓1.0 V以上，電流密度為10 mA/cm2的條件下連續工作38天，更重要的是，與一個自支撐的墊組合成柔性陰極用于薄的和可彎曲的ZnABs，在平面和彎曲狀態可以提供高放電電壓，表現出在可穿戴電子設備領域的巨大應用潛力。
Bing Li, Kosuke Igawa, Jianwei Chai, Ye Chen, Yong Wang, Derrick Wenhui Fam, Nguk Neng Tham, Tao An, Takumi Konno, Anqi Sng, Zhaolin Liu, Hua Zhang, Yun Zong. String of Pyrolyzed ZIF-67 Particles on Carbon Fibers for High-Performance Electrocatalysis. Energy Storage Materials, 2019.
DOI: 10.1016/j.ensm.2019.10.021
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.10.021
40. ACS Catal.: 無偏光電化學串聯電池原位產生H2O2
過氧化物酶以H2O2作為關鍵底物，對催化烴的選擇性氧官能化具有高的轉化效率。近日，韓國高等科學技術學院Chan Beum Park研究團隊報告了無偏光電化學(PEC)串聯結構組成的FeOOH/BiVO4光陽極，銅(In,Ga)Se2太陽能吸收器和石墨化碳氮化/氧化還原石墨烯物混合陰極，用于光驅動過氧化物酶催化反應。
由太陽能吸收器產生足夠的光電壓供電PEC平臺在沒有外部偏置的情況下，利用水作為電子供體，通過還原激活分子氧，在原位生成H2O2。在該體系下進行茶樹菇過氧化酶催化的立體選擇性羥基化乙苯轉化為(R)-1-苯乙醇反應，TOF超過43300，對映選擇性高達99%以上。
Da Som Choi, Hojin Lee, Florian Tieves, Yang Woo Lee, Eun Jin Son, Wuyuan Zhang, Byungha Shin, Frank Hollmann, and Chan Beum Park. Bias-Free In Situ H2O2 Generation in a Photovoltaic-Photoeletrochemical Tandem Cell for Biocatalytic Oxyfunctionalization. ACS Catalysis. 2019
DOI: 10.1021/acscatal.9b04454
