1. Nat. Catal.：引入N2提高Ru基催化劑催化加氫脫氧反應的活性
氮氣（N2）因其價格便宜，易于從空氣液化中產生，更重要的是N2三鍵不易活化而被認為是惰性的，因而被廣泛用作許多催化反應的載氣或保護氣體。在多相催化中，N2很少被認為是促進劑或提高催化性能的活性組分。近日，牛津大學Dermot O’Hare，Shik Chi Edman Tsang，清華大學李雋等多團隊合作，發現N2可作為催化助劑，用于降低Ru基催化劑催化加氫脫氧的活化能。
作者研究發現，在160°C和1bar的氫氣條件下，額外的引入6 bar的N2，可以將二氧化鈦負載的釕催化劑（Ru/TiO2）催化p-cresol加氫脫氧制甲苯的活性提高4.3倍。詳細的研究表明，N2可以在金屬Ru表面吸附和活化，從而形成氫化的氮物種(N2Hx，x?=?1, 2)，該物種中的N–H提供質子氫，以降低直接的芳香碳-氧鍵斷裂和羥基氫化的活化能。作者進一步通過使用不同的釕催化劑，包括Ru/TiO2，Ru/Al2O3，Ru/ZrO2和Ru/C，發現引入N2可以被視為一種普適性策略用于提高釕基催化劑催化加氫脫氧反應的活性。
Haohong Duan, Jin-Cheng Liu, Ming Xu, Jun Li*, Shik Chi Edman Tsang,* Dermot O’Hare,* et al. Molecular nitrogen promotes catalytic hydrodeoxygenation. Nat. Catal., 2019
DOI: 10.1038/s41929-019-0368-6
https://www.nature.com/articles/s41929-019-0368-6
2. Nat. Rev. Chem.：非均相催化中基元熱反應的動力學
基元反應的動力學是我們了解催化的基礎。正如大氣化學的微觀動力學模型促進了蒙特利爾協議的生成，扭轉平流層臭氧損失一樣，采用微觀動力學方法進行非均相催化研究具有巨大的社會影響潛力。然而，這種催化方法的發展面臨巨大挑戰。主要原因是測量速率常數的方法非常有限，且目前的預測理論方法仍未得到充分驗證。
有鑒于此，近日，喬治-奧古斯特大學Alec M. Wodtke等簡要介紹了依靠頻閃泵-探針概念對中性物質進行測量的表面上基元反應速率的最新實驗進展。作者介紹了成功的測量方法背后的原理，并討論這些原理的最新應用。在特定但高度典型的表面反應（Pt上的CO氧化）的背景下討論了該主題，盡管進行了40多年的研究，但只有在進行速度分辨動力學的實驗成為可能之后，才可以澄清該問題。這個看似簡單的反應說明了有關活化能的覆蓋率依賴性，涉及多個反應位點的反應機理的性質，描述表面反應速率的過渡態理論的有效性以及研究在低溫下發生反應時可能發生的反應機理的重大變化等基本課程。
G. Barratt Park, Theofanis N. Kitsopoulos, Dmitriy Borodin, Kai Golibrzuch, Jannis Neugebohren, Daniel J. Auerbach, Charles T. Campbell and Alec M. Wodtke*. The kinetics of elementary thermal reactions in heterogeneous catalysis. Nat. Rev. Chem., 2019
DOI: 10.1038/s41570-019-0138-7
https://www.nature.com/articles/s41570-019-0138-7
3. Nat. Commun.：原子層沉積法制備Pt-Ru雙金屬二聚體催化劑及其HER活性位點的確定
單原子催化劑（SACs）是近年來的研究熱點。通過將催化劑尺寸減小到單個原子水平，原子利用效率將最大化。同時，可通過催化劑的配位數，量子尺寸效應以及與載體的相互作用來調節催化劑的電子結構。因此，與金屬NPs相比，SACs通常表現出獨特的催化性能。最近的研究發現，由于兩種元素的電子結構之間的協同作用，雙金屬位點催化劑如Fe–Co和Co–Zn等的活性大大增強。然而，雙金屬位點催化劑都是通過同時熱解兩種金屬前體合成的，這不能精確地控制每個金屬位點的位置。因此，合成高質量的一對一的A-B雙金屬二聚體結構仍然是一個巨大的挑戰。
近日，西安大略大學Xueliang Sun，北京計算科學研究中心Li-Min Liu，麥克馬斯特大學Gianluigi A. Botton等通過原子層沉積（ALD）法成功地制備了高質量的一對一的A-B雙金屬二聚體結構（Pt-Ru二聚體）催化劑。與商用Pt/C催化劑相比，Pt-Ru二聚體顯示出更高的析氫反應活性（超過50倍）和出色的穩定性。X射線吸收光譜表明，Pt-Ru二聚體結構模型包含一種Pt-Ru鍵合構型。第一性原理計算表明，Pt-Ru二聚體通過調節電子結構產生協同效應，從而增強了析氫活性。該項工作為合理設計具有良好活性和穩定性的雙金屬二聚體奠定了基礎，該雙金屬二聚體在各種催化反應中具有巨大的潛力。
Lei Zhang, Rutong Si, Hanshuo Liu, Li-Min Liu*, Gianluigi A. Botton,* Xueliang Sun,* et al. Atomic layer deposited Pt-Ru dual-metal dimers and identifying their active sites for hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12887-y
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12887-y
4. Nat. Commun.：MoTe2的快速電化學活化用于析氫反應
電化學產氫是生產可持續燃料的關鍵技術。過渡金屬二硫屬化物（TMDCs）是析氫出應（HER）的電催化劑具有廣闊的前景。過渡金屬二硫屬化物（TMDCs）是催化析氫反應（HER）良好的電催化劑。該類材料最吸引人的特性之一是一些TMDCs在電解水過程中易于原位活化，從而使得電催化活性逐漸增強。TaS2和NbS2都表現出這種特性，在反應過程中代表HER性能的基本指標逐漸提高。但是，到目前為止，這是已知的唯一顯示出這種特性的TMDC材料。因此，發展新的能在電催化過程中原位操作活化的電催化劑至關重要，并且對于理解HER的反應機理和新型電催化系統的未來發展具有重要意義。
有鑒于此，近日，格拉斯哥大學Jessica C. McGlynn，Alexey Y. Ganin等合成了一種1T'-MoTe2電催化劑，研究發現，當電極置于在陰極偏壓下時，金屬1T'-MoTe2的催化性能得到顯著提高。實驗表明，維持10μmA cm-2的電流密度所需的過電位從320μmV降低到了178μmV。進一步研究表明，這種快速和可逆的激活過程的起源是H吸附到1T'-MoTe2表面的Te位置上。該活化過程突出了電極材料電子結構中細微變化的重要性，以及這些細微變化如何影響隨后體現出的電催化活性。
Jessica C. McGlynn,* Alexey Y. Ganin,* et al. The rapid electrochemical activation of MoTe2 for the hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12831-0
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12831-0
5. 中科大Nat. Commun.：反轉Pt和S摻雜C載體之間的電荷轉移用于電催化產氫
負載型納米顆粒催化劑在現代化學工業中起著至關重要的作用。大量文獻表明，載體不僅僅起著使金屬分散和穩定的作用，其與負載的金屬相互作用對催化具有重要意義，它可以誘導金屬與載體之間的電荷轉移，改變負載的金屬的電子結構，影響反應中間體的吸附能并最終改變催化活性及選擇性。經典的強金屬-載體相互作用（SMSI）是由Tauster等人在1978年提出并使用的。經過數十年的研究，人們對SMSI進行了深入研究，涵蓋了多種相互作用機理，包括氧化物封裝，電荷轉移，催化過程中的協同反應以及納米粒子的抗燒結性。
近日，中科大Hai-Wei Liang，Xiao-Jun Wu等報道了與金屬尺寸有關的電荷轉移逆轉，即由于載體與金屬之間的SMSI，電子從Pt單原子轉移到S摻雜C載體，當Pt的尺寸約為1.5 nm時，S摻雜C載體反過來將電子轉移給Pt。實驗發現，富電子的Pt納米團簇比缺電子的Pt單原子在催化析氫反應方面更具活性，達到10 mA cm-2的電流密度只需11 mV的超低過電勢，而在20 mV處具有26.1 A mg-1的高質量活性，是商用Pt/C催化劑的38倍。該工作表明，控制金屬與載體之間的金屬尺寸依賴性電荷轉移，可為開發高活性催化劑開辟了新途徑。
Qiang-Qiang Yan, Dao-Xiong Wu, Xiao-Jun Wu*, Hai-Wei Liang,* et al. Reversing the charge transfer between platinum and sulfur-doped carbon support for electrocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12851-w
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12851-w
6. Nat. Commun.：集體激發Au-納米鏈耦合等離子體以提高半導體光催化性能
利用貴金屬的局域表面等離子共振（LSPR）效應來提高半導體催化劑的電子空穴分離效率，已經被廣泛的應用于光催化研究中。但是，由于多數金屬-半導體的構建是依賴表面的金屬納米粒子的LSPR效應，因此這對等離子體增強光轉換依然具有限制。基于此，吉林大學Gang Liu,吉林大學Wenfu Yan及達爾豪斯大學Peng Zhang等人，通過巧妙的設計將Au納米鏈引入到ZnxCd1?xS半導體內部。
這種引入內部Au納米鏈的半導體，比傳統分散的Au納米粒子相比性能提高了3.5倍。作者還通過理論模擬跟實驗表征證明出，在太陽光的激發下，Au納米鏈產生的局域電磁場要比孤立的Au納米粒子高的多，電磁場強度的增加從根本上提高了半導體中電子跟空穴的分離效率，最終提高了其光催化產氫性能。這種嵌入式耦合金屬納米結構的方法為設計與構建，為后續設計構建高性能光催化劑提供了思路。
Guiyang Yu, Peng Zhang*, Wenfu Yan*, Gang Liu* et al. Collective excitation of plasmon-coupled Au-nanochain boosts photocatalytic hydrogen evolution of semiconductor.
DOI: 10.1038/s41467-019-12853-8
7. 中科大Nat. Commun.：準Pd1Ni單原子表面合金催化劑催化腈氫化為仲胺
胺類化合物在各種生物活性化合物中很重要且普遍存在，并且還是合成聚合物，染料，藥物，農用化學品和工業精細化學品的高價值的組成部分。胺的合成已被有機化學領域廣泛關注。人們已經開發了多種方法，例如芳基和烷基鹵化物的胺化，醛和酮的還原胺化，醇的胺化和烯烴的加氫胺化，以構建用于胺合成的碳氮鍵。然而，這些路線需要堿添加劑或成本高，并且通常還會產生重液體廢物。使用H2在非均相金屬催化劑和均相金屬催化劑上對易得的腈進行加氫已經被認為是合成這些增值胺的一種對環境更有益的且原子經濟的途徑。
近日，中科大Junling Lu等將Pd準單原子分散在Ni納米顆粒的最外層形成Pd1Ni單原子表面合金結構，最大程度地利用了Pd，并打破了苯甲腈氫化中的強金屬選擇性關系，從而在溫和條件下（80℃；0.6 MPa）實現了將二芐胺的收率從約5％提高至97％，活性分別是到Pd和Pt標準催化劑的八倍和四倍。更重要的是，該催化劑完全阻止了致癌副產物甲苯的生成，使其更具實際應用的價值，特別是在制藥工業中。該策略可用于合成溫和條件下對多種腈類化合物選擇性加氫制備仲胺的高效催化劑。
Hengwei Wang, Qiquan Luo, Junling Lu,* et al. Quasi Pd1Ni single-atom surface alloy catalyst enables hydrogenation of nitriles to secondary amines. Nat. Commun., 2019
DOI: 10.1038/s41467-019-12993-x
https://www.nature.com/articles/s41467-019-12993-x
8. Chemical Reviews: 納米顆粒電催化劑的精細化理論
全球人口不斷增加，能源需求日益擴大，氣候變化和環境問題日益嚴重，如何保護我們賴以生存的地球家園，迫在眉睫，和可再生能源相結合，電催化能源轉化和存儲技術是取代化石能源，減少排放，獲取高價值化學品的重要途徑。其中，電催化劑材料是電催化能源轉化和存儲的核心，起到了提高轉化效率和選擇性的作用。設計和發展新型電催化劑，是目前電催化能源轉化的當務之急，過去十年以來，以水、H2、O2為主的電催化轉化過程獲得了大量進展，理論和實驗的結合使研究人員對電催化的機理的理解得到了進一步加深。
電催化中實驗與理論的關系具有深遠的意義。直到最近，理論在這個領域的主要作用是解釋實驗結果。然而，在過去的十年中，這種情況開始發生變化，理論結合實驗，也成為了催化劑材料設計的趨勢。現在理論經常主導電催化材料的設計，盡管這一趨勢令人滿意，但還遠遠沒有達到理論精確指導實驗的水平，實驗研究人員和理論研究人員仍依賴于不同的模型。理論學家的預測是基于個體的、完美的結構模型，而實驗人員的工作是基于更復雜和非均勻的電催化劑系統。通過理論計算和實驗評價的有機結合，加深對電催化機理的理解，控制設計更高活性、選擇性和壽命的電催化劑，是未來全面實現可持續能源的重要方向。
近日，德克薩斯大學奧斯汀分校的Graeme Henkelman和Richard M. Crooks合作綜述了納米顆粒電催化劑的精細化理論研究進展。隨著計算能力的提高，實驗人員能夠通過微觀結構深入研究理論，可控程度更高的更復雜的電催化劑的設計制備為理論研究提供了更廣泛的材料選擇和研究平臺。該綜述有利于真實催化劑和計算模型之間的差距，通過精確控制電催化實驗，結合理論預測，有望理解電催化的本質和機理。
Jamie A. Trindell, Zhiyao Duan, Graeme Henkelman, Richard M. Crooks. Well-Defined Nanoparticle Electrocatalysts for the Refinement of Theory. Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00246
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00246
9. Chemical Reviews: 電化學析氫反應的研究進展
能源是人類賴以生存的重要基礎，是推動國民經濟與社會發展的動力。隨著人們對能源需求的不斷增加以及環境污染問題的日益嚴重，尋求清潔可持續能源已經成為人類迫在眉睫的問題。氫氣作為清潔能源在未來的能源版圖中將發揮重要作用，然而氫氣不是自然存在的，需通過一定方法進行制備。電解水制氫具有成本較低、效率高、環境友好、安全性較好等優點，是光/電能到化學能轉換的理想路徑，備受人們青睞。催化劑是電催化反應的關鍵，高效的電催化劑能夠有效降低反應過程所需的能耗，因此研究高效的電催化劑成為可持續能源技術探索的重中之重，電催化析氫反應(HER)是水電解制氫的關鍵步驟，在過去幾十年里一直是廣泛研究的課題。
近日，香港理工大學的Kwok-Yin Wong、Liangsheng Hu和中國工程物理研究院的Pengxiang Zhao等綜述了納米顆粒催化電化學析氫反應的研究進展，首先總結了HER的基本原理，并介紹了基于貴金屬和非貴金屬的低成本和高性能催化劑以及不含金屬的HER電催化劑的最新進展，然后系統地討論了催化活性、形態、結構、組成和合成方法之間的關系，總結和強調了開發高效催化劑的策略，包括增加活性位點的內在活性和/或增加活性位點的數量兩種主要方式，最后對HER電催化研究的存在的挑戰和未來的研究方向進行了展望。
Jing Zhu, Liangsheng Hu, Pengxiang Zhao, Lawrence Yoon Suk Lee, Kwok-Yin Wong. Recent Advances in Electrocatalytic Hydrogen Evolution Using Nanoparticles. Chemical Reviews, 2019.
DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00248
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.9b00248
10. Chemical Reviews: 金屬納米粒子對σ-H-H、σ-C-H、σ-Si-H鍵的催化活化
通過σ鍵配位激活H-H、C-H、Si-H等化學鍵鍵在過去30年間已經從簡單的科學探索發展成為了碳氫化合物官能化的重要工具。研究人員陸續發現了σ鍵官能化的幾種機制：氧化加成、異裂、σ鍵置換以及親電攻擊等。由于金屬納米粒子相比普通的均相催化、非均相催化在調節反應活性等方面更具優勢因而在近年來受到了廣泛關注。
在本文中，法國圖盧茲大學的Bruno Chaudret等對包括膠體負載金屬納米粒子在內的金屬納米粒子參與的表面催化或液相催化等發展歷程進行了回顧。作者介紹了金屬納米粒子催化劑在溶液中的制備以及采用聚合物、配體或載體對催化劑進行穩定的相關工作。文章討論的重點在于傳統分子型化合物與金屬納米粒子催化劑對σ鍵活化和功能化反應的異同點。
Juan M. Asensio, Bruno Chaudret et al, σ-H–H, σ-C–H, and σ-Si–H Bond Activation Catalyzed by Metal Nanoparticles, Chemical Reviews, 2019
DOI:10.1021/acs.chemrev.9b00368
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.9b00368
11. JACS：通過中間體的有效溢流實現CO2電還原中選擇性的C-C偶聯
開發高效的系統利用太陽能將CO2轉化為高價值的化學品，對緩解氣候變化和未來的清潔燃料供應至關重要。近日，洛桑聯邦理工學院Michael Gr?tzel， Dan Renb等通過galvanic置換反應還原Ag覆蓋的Cu2O納米線，制備了一種裝飾有Ag islands的Cu納米線介觀陰極。
該催化劑能夠將CO2還原為乙烯和其它C2+產品，法拉第效率達76％。Operando拉曼光譜研究表明， Ag位點上形成了CO中間體，其隨后溢流到Cu納米線并發生氫化。該Cu-Ag雙金屬材料使中間體從Ag到Cu的有效溢流量達到4％，從而提高了形成乙烯和其它C2+產品的活性。作者進一步使用水作為電子和質子供體，利用太陽能與鈣鈦礦光伏電池一起驅動反應，實現光電化學CO2還原為乙烯，具有4.2％的太陽能轉化率。
Jing Gao, Dan Ren, Michael Gr?tzel*, et al. Selective C-C Coupling in Carbon Dioxide Electroreduction via Efficient Spillover of Intermediates as Supported by Operando Raman Spectroscopy. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI: 10.1021/jacs.9b07415
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07415
12. Science Advances：亞納米金屬粒子修飾環糊精聚合物網絡用于高效低溫催化
合成粒徑小、分布均勻的金屬納米顆粒在多相催化中至關重要。目前，可通過表面保護劑、載體、樹枝狀大分子、籠狀結構等合成穩定的納米顆粒。其中，載體通過限域可有效獲得小粒徑金屬納米顆粒。這類催化劑的催化性能高度依賴于載體性質。載體能否協同金屬納米顆粒強化催化性能尤為重要。因此，如何理性設計具有合適的配位環境及限域結構的載體是提高催化性能的關鍵問題。鑒于此，來自阿卜杜拉國王科技大學的Klaus-Viktor Peinemann教授采用點擊化學合成方法以全-(6-疊氮基-6-脫氧)-β-環糊精和1,4-二乙炔苯為單體合成了β-環糊精聚合物網絡（β-CPN）。
β-CPN交聯度高，結構穩定，在水和多種有機溶劑（如DMF、THF、丙酮、乙醇、甲醇、正己烷）中均能穩定存在。以β-CPN為載體，采用濕式浸漬法可制備超細（<1nm）的Ag、Au、Pt、Rh納米顆粒。研究發現β-CPN與負載的金屬相互間協同作用明顯。一方面，β-CPN含有的1,2,3-三唑基可有效錨定并穩定金屬納米顆粒。根據軟硬酸堿理論，1,2,3-三唑基是一種軟堿，可與作為軟酸的金屬陽離子之間生成非常穩定的復合物，進而提高金屬吸附量或負載量。另一方面，β-CPN中含有的高度交聯的環糊精（CD）不僅為納米顆粒的生成提供了限域空間，也為反應分子傳遞提供了傳遞路徑。因此，β-CPN負載的Pd催化劑用于硝基化合物加氫和Suzuki-Miyaura耦合反應時，在溫和條件下均具有極其優異的性能。此外，CD環繞包裹金屬顆粒環境防止了反應物被過度還原的可能性，因而可提高反應的選擇性。這些研究成果為催化劑載體的設計打開了新思路，也為超細納米顆粒的合成及應用提供了有效可行的途徑。
Tiefan Huang, Guan Sheng, Priyanka Manchanda, Abdul H. Emwas, Zhiping Lai, Suzana Pereira Nunes, Klaus-Viktor Peinemann*, Cyclodextrin polymer networks decorated with subnanometer metal nanoparticles for high-performance low-temperature catalysis, Science Advances, 2019, 5, 11, eaax6976.
https://advances.sciencemag.org/content/5/11/eaax6976?rss=1
13. 電子科技大學孫旭平Angew：FeP納米陣列高選擇性電催化CO2還原轉化為醇
化石燃料的大量消耗導致大氣中的CO2濃度上升，而CO2將太陽能聚集在地球大氣中，這是造成全球氣候變化的原因。為了解決溫室效應，人們已經進行了廣泛的研究努力以開發用于捕獲CO2并將其封存或利用的技術。迄今為止，已經報道了多種將CO2轉化為其它碳化合物的途徑，包括化學重整，光化學，生物和電化學方法等。其中，將CO2電化學還原成各種化學物質和燃料為環境和能源的可持續性提供了有吸引力的途徑。近日，電子科技大學孫旭平等合成了Ti網上長有FeP納米陣列（FeP NA/TM）的催化劑，該催化劑可作為高效的3D催化劑電極用于CO2還原反應，并高選擇性將CO2轉化為醇。
實驗發現，在-0.20 V時（相對于可逆氫電極），0.5 M KHCO3中，FeP NA/TM能夠實現高達80.2％的高法拉第效率（FECH3OH），總的FECH3OH+C2H5OH高達94.3％。密度泛函理論計算表明，由于兩個相鄰的Fe原子的協同作用，FeP（211）表面顯著促進了CO2的吸附和進一步還原轉化為CH3OH，電位確定步驟(PDS)是*CO的加氫過程，自由能為0.76 eV。此外，FeP NA/TM催化劑的整個制造過程具有成本低，并且易于放大等優點。FeP NA/TM的這一優勢及其出色的催化性能，使其有望大規模用作CO2RR催化劑材料電合成醇。
Lei Ji, Lei Li, Xuqiang Ji, Xuping Sun*, et al. Highly Selective Electrochemical Reduction of CO2 to Alcohols on FeP Nanoarray. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912836
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912836
14. Angew: 磷氮化碳復合體的光催化分解水研究
紅磷因其光譜吸收可到700 nm，被認為是一種極其有潛力的光催化劑，但是由于其電子跟空穴復合率高，大大限制了其光催化析氫（HER）的活性。近日，青島大學楊東江以及西安交通大學沈少華等人通過簡單的氣相沉積的方法，制備出生長在氮化碳聚合物（PCN）的[001]取向的Hittorf's磷（HP）納米棒復合體（PCN@HP）。
PCN@HP與PCN和HP相比具有更好的光催化HER性能，并在模擬太陽光跟可見光的條件下分別達到33.2 μmol h-1和 17.5 μmol h-1。并且通過理論和實驗結果都表明，PCN跟[001]取向的HP納米棒之間的強電子耦合還可以有效地提高電子空穴的分離，從而提高光催化HER性能。并且這種獨特的設計，為以后構建高效光催化劑提供了新思路。
Yukun Zhu, Shaohua Shen*, Dongjiang Yang*, et al. [001]-Oriented Hittorf's Phosphorus Nanorods/Polymeric Carbon Nitride Heterostructure for Boosting Wide-Spectrum-Responsive Photocatalytic Hydrogen Evolution from Pure Water. Angew. 2019.
DOI: 10.1002/anie.201911503
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911503
15. Angew：金屬/氮摻雜碳ORR催化劑催化位點的確認
開發高活性和耐用的氧還原反應（ORR）電催化劑對質子交換膜燃料電池（PEMFCs）至關重要。盡管大量研究表明鉑（Pt）基催化劑是ORR的高活性催化劑，但是Pt的高成本和稀缺儲量阻礙了PEMFCs的大規模應用。因此，人們一直致力于尋找有效和廉價的Pt基ORR催化劑的替代品。金屬-N-C材料作為有效的非貴金屬（NPM）催化劑，有望替代Pt基催化劑實現高效穩定的ORR。然而，金屬-N-C催化劑通常是在高溫下合成的，這會導致其高度結構異質性，包含金屬Nx位點，同時又由石墨烯包封著，使其ORR活性位點極難鑒定。
近日，中科大梁海偉，德累斯頓工業大學馮新亮等報道了一種低溫NH4Cl處理策略，可有效地從金屬N-C催化劑中刻蝕出石墨烯包封的納米顆粒，同時又不會破壞并存的原子分散的金屬Nx位點。從金屬N-C材料中選擇性去除金屬納米顆粒后，作者觀察到催化活性大大提高。因此，作者明確的闡明了石墨烯包裹的納米顆粒的旁觀者角色以及金屬-N-C材料在酸性介質中進行ORR的關鍵作用。此外，考慮到石墨碳在PEMFCs中更耐腐蝕，作者認為結合NH4Cl處理對石墨碳包封的納米顆粒的形成進行精細控制，對制備高活性的M-N-C催化劑具有重要意義。
Ming-Xi Chen, Hai-Wei Liang,* Xinliang Feng*, et al. Identification of catalytic sites for oxygen reduction in metal/nitrogen‐doped carbons with encapsulated metal nanoparticles. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912275
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912275
16. Angew：“空位缺陷”單原子催化劑的可控合成助力CO2電還原
同時實現高電流密度和高法拉第效率是CO2電催化還原能夠工業化應用的必要條件。單原子催化劑電催化還原CO2性能優異，其活性受載體、負載量、配位數等影響。其中，調變載體的缺陷位能夠誘導形成不同的金屬局域電子態密度并優化其性能。然而，目前仍然缺少有效控制載體缺陷位置及數量的合成策略。近日，來自天津理工大學的Xiu-Li Lu、魯統部教授和上海光源的司銳教授合作巧妙地將三聚氰酸（CA）和苯代三聚氰胺（DPT）在液相條件下鰲合Ni(II)，形成類Ni-N3O結構，并與碳纖維布共同在N2氣氛中高溫煅燒可選擇性脫除一個CO分子（500-800oC），形成“空位缺陷”Ni-N3-V單原子催化劑。
而僅將DPT和Ni(II)混合時，由于Ni-N鍵強高于Ni-O，僅能形成Ni-N4單原子催化劑。Ni-N3-V單原子催化劑極大提高了CO2電還原性能，電流密度高達65mA/cm3，在0.9V（vs RHE）下法拉第效率達90%。且Ni-N3-V顯示了遠高于Ni-N4的轉化頻率，為1.35 x 105h-1。通過DFT計算可知，Ni-N3-V上具有最優的CO2轉化為COOH*（CO2電還原速控步驟）及CO脫附的自由能，因而性能最優。該研究工作為可控合成空位缺陷單原子催化劑并優化其配位環境與電子結構進而強化其催化性能開辟了新途徑。
Xin Rong, Hong-Juan Wang, Xiu-Li Lu*, Rui Si*, Tong-Bu Lu*, Control Synthesis of Vacancy-Defect Single-Atom Catalyst for Boosting CO2 Electroreduction, Angew. Chem. Int. Ed., 2019.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/ange.201912458?af=R
17. Angew：表面極性誘導空間電荷分離提高GaN納米棒陣列光催化全解水性能
非均相光催化劑在人工光合作用—將太陽能轉化為化學能領域具有廣闊的應用前景，包括用于光催化分解水生產H2和光催化CO2還原制高價值化學品。實現高效光催化的關鍵是光生載流子的分離和運輸，它決定了人工光合作用系統的能量轉換效率。光催化全解水是將太陽能轉化為H2的有前景的方法，但是，大多數光催化劑電荷分離性能較差，導致全解水效率低。
近日，中科院大連化學物理研究所李燦，李仁貴，閆建昌等以模型半導體氮化鎵（GaN）為例，作者發現光生電子和空穴可以在空間上分離到GaN納米棒陣列的非極性和極性表面，這可能是由表面極性引起的不同表面帶彎曲引起的。通過共暴露極性和非極性表面，可以將GaN的光生電荷分離效率從8％提高到80％以上。此外，在非極性和極性表面上選擇性的進行還原和氧化助催化劑（Rh和CoOx）的空間組裝可以提高光催化全解水的性能，其量子效率從薄膜光催化劑的0.9％提高到納米棒陣列光催化劑的6.9％。該工作揭示了由非中心對稱半導體的極性特性引起的空間電荷分離現象，這為基于偏振半導體的光電器件（包括用于太陽能轉換的人造光合作用系統）的設計開辟了新途徑。
Zheng Li, Liang Zhang, Janchang Yan*, Rengui Li*, Can Li*, et al. Surface polarity‐induced spatial charge separation boosting photocatalytic overall water splitting on GaN nanorod arrays. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201912844
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912844
18. Angew: 電催化CO2還原到底是怎么樣的？帶電單原子模型催化劑告訴你
隨著溫室效應的加劇，越來越多的研究者投入CO2還原當中。其中電催化CO2還原是有效解決這一問題的方法，因此設計有效的電催化劑也成為了研究熱點。但是，由于CO2還原機理過于復雜以及缺乏合適的模型研究體系，CO2電催化還原依然缺乏基本的知識，這對設計合成有效的電催化劑是致命打擊。
有鑒于此，南洋理工大學Bin Liu及大連化物所Yanqiang Huang等人我們設計了一種在導電碳載體上具有均勻結構和明確定義的Ni-N4部分的單鎳原子催化劑模型，以用來研究電化學CO2還原。通過X射線近邊吸收光譜、拉曼光譜和近常壓X射線光電子能譜研究的基礎上，單Ni原子催化劑中的Ni+通過Ni2+原位還原產生，并發現對CO2活化具有很高的活性，是CO2還原的真實催化活性位點。并且，通過與動力學研究相結合，確定了CO2還原的決速步*CO2+h-→*COOH。這項研究發現解決了CO2還原反應中面臨的四個挑戰，即活性，選擇性，穩定性和動力學，為設計合成有效的電催化劑奠定了堅實的基礎。
Song Liu,Yanqiang Huang*,Bin Liu* et al. Electrifying Model Single-Atom Catalyst for Elucidating the CO2 eduction Reaction, Angewandte,2019.
DOI: 10.1002/anie.201911995.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911995
19. Angew: 沸石負載單原子Rh催化劑用于高效制氫和選擇性形狀串聯硝基加氫
多相催化作為現代化學工業中的關鍵技術，在社會進步與經濟發展中起著非常重要的作用。負載型貴金屬催化劑是重要的多相催化劑之一，由于具有高活性、高穩定性等特點，被廣泛應用于諸多重要化學化工過程中。為了增加金屬利用效率，通常將這些金屬以納米尺度分散到高比表面積的載體上。但由于只有納米粒子表面原子能夠參與催化反應，因而其原子利用效率仍然較低。將金屬原子逐一分散于載體上形成單原子催化劑，可以實現貴金屬利用的最大化，達到最高原子效率。單原子催化劑是負載型金屬催化劑的理想狀態，實現了金屬原子100%的利用率。單原子催化劑中的金屬以單原子的形式均勻分布在載體上，均一分散的單原子作為催化活性中心與均相催化類似，實現了催化反應的高活性和高選擇性，同時也為催化劑機理的研究提供了新的解決方案。但由于高度分散的單原子表面能高，熱力學不穩定，因此構建穩定的單原子催化劑是催化領域長期追求的最具挑戰的目標之一。
近日，吉林大學的于吉紅教授團隊通過水熱法和配體保護下的H2直接還原制備了MFI型沸石負載單原子Rh催化劑，并進行了。球差校正掃描透射電子顯微鏡和擴展X射線吸收精細結構分析顯示，單個Rh原子被包裹在5元環內，并被沸石骨架上的氧穩定下來，所合成的催化劑在氨硼烷水解過程中表現出優異的產H2速率，在298k時可達699min-1，是目前報道的多相催化劑催化氨硼烷水解的最高水平。而且，該催化劑在不同硝基芳烴的形狀選擇性串聯加氫反應中，通過與氨硼烷水解耦合，也表現出了優異的催化性能，相應的胺產物的產率高達> 99%。該工作表明沸石是封裝單個金屬原子催化劑的理想載體，可以制備高的形狀選擇性串聯催化劑。
Qiming Sun, Ning Wang, Tianjun Zhang, Risheng Bai, Alvaro Mayoral, Peng Zhang, Qinghong Zhang, Osamu Terasaki, Jihong Yu. Zeolite-Encaged Single-Atom Rh Catalysis: Highly-Efficient Hydrogen Generation and Shape-Selective Tandem Hydrogenation of Nitroarenes. Angewandte Chemie International Edition, 2019.
DOI: 10.1002/anie.201912367
https://doi.org/10.1002/anie.201912367
20. Angew: 水溶性高分子氮化碳膠體納米顆粒用作高選擇性的準均相光催化劑
基于庚嗪的聚合碳氮化物（PCN）是公認的目前最有效的氧化還原光催化劑。但是，其較低的表面積過導致了對于反應物較少的活性位點，從而極大的限制了材料的光催化活性。近日，Igor Krivstov教授和Radim Beranek教授課題組首次報道了一種自下而上的合成PCN納米顆粒的方法，該納米顆粒具有窄的粒徑分布（約10±3 nm），完全溶于水，并且在數月內沒有凝膠化或沉淀，并允許其在準均相條件下進行光催化反應。
與傳統的固體PCN相比，水溶性PCN的優異性能體現在通過4-甲氧基芐醇和芐醇或其他木質纖維素衍生光氧化原料（乙醇，甘油，葡萄糖）來進行氧氣還原反應，從而光催化生產H2O2，且高選擇性可高達100％。溶解的光催化劑可通過簡單調節介質的離子強度而容易地進行回收和再溶解，且不會損失活性和選擇性。這項工作建立了一項簡便地使用PCN作為準均相光催化劑的新范例，并為需要液態水操作或PCN處理的其他應用開辟了一條途徑。
Igor Krivtsov*, Dariusz Mitoraj, Christiane Adler, Marina Ilkaeva, Mariana Sardo, Luís Mafra, Christof Neumann, Andrey Turchanin, Chunyu Li, Benjamin Dietzek, Robert Leiter, Johannes Biskupek, Ute Kaiser, Changbin Im, Bj?rn Kirchhoff, Timo Jacob, Radim Beranek*. Water‐soluble polymeric carbon nitride colloidal nanoparticles for highly selective quasi‐homogeneous photocatalysis. Angewandte Chemie International Edition, 10.1002/anie.201913331.
DOI: 10.1002/anie.201913331.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201913331
21. AFM: 大孔Sb摻雜SnO2負載IrOx納米顆粒催化劑用作高效OER電催化劑
電催化能源轉化技術，如電催化分解水制氫、電催化二氧化碳還原以及電催化氮氣還原等，是一種取代化石能源、減少碳排放、獲取可再生燃料的重要途徑。貴金屬催化劑具有很高的催化活性，是電化學能量轉換與儲能過程的核心材料，但高昂的成本限制了其在產業化中的廣泛應用。基于納米結構碳和過渡金屬氧化物的非金屬和非貴金屬電催化劑在能源轉化過程中具有與貴金屬類似的催化活性。電催化析氧反應（OER）是這些電催化能源轉化中重要且通用的陽極半反應。然而，OER在動力學上較為緩慢，需要高效的析氧電催化劑來降低反應能壘，從而加速OER的進行。制備高效、穩定、低成本的OER電催化劑仍是一個較大的挑戰。
近日，慕尼黑大學的Daniel B?hm和杜伊斯堡大學的Dina Fattakhova-Rohlfing合作提出了一種多孔導電氧化物均勻負載小的Ir納米顆粒制備高活性的OER電催化劑，首先，合成了具有規定孔徑、組成和多孔結構的反相乳白色大孔Sb摻雜SnO2(ATO)微粒，其電導率達3.6 S/cm，被用作催化劑載體，通過在多孔ATO顆粒存在的情況下對IrOx膠體進行溶劑熱還原，制備了ATO負載的活性物質數量可控的銥催化劑，納米分散的金屬Ir充分負載在ATO顆粒的整個外表面和內表面，另外，熱氧化會導致ATO負載的納米IrO2顆粒的形成，其空隙率約為≈89%，這種負載型氧化催化劑體系在25 wt% Ir下的塊體密度低至0.08 g/cm3。與可逆性氫電極相比，該催化劑實現63 A/g的電流密度僅需300 mV的過電位，性能遠遠超過了TiO2負載IrO2催化劑，是一種非常高效的析氧反應電催化劑。該工作為設計制備高效、穩定、低成本的OER電催化劑提供了一種新的策略。
Daniel B?hm, Michael Beetz, Maximilian Schuster, Kristina Peters, Alexander G. Hufnagel, Markus D?blinger, Bernhard B?ller, Thomas Bein, Dina Fattakhova‐Rohlfing. Efficient OER Catalyst with Low Ir Volume Density Obtained by Homogeneous Deposition of Iridium Oxide Nanoparticles on Macroporous Antimony‐Doped Tin Oxide Support. Advanced Functional Materials, 2019.
DOI: 10.1002/adfm.201906670
https://doi.org/10.1002/adfm.201906670
22. ESM: 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
23. Small 綜述：光電催化分解水中一維二氧化鈦基光電極上的界面電荷傳輸
全球環境污染的加劇，迫使人們去尋找一種高效清潔的能源，其中氫能是一典型的代表。而光電催化分解水又是一中種有效的分解水產氫的方法，因此成為了研究熱點。而一維納米結構具有光學、結構及電子等方面的優點，被廣泛的應用于光電催化的光電極，以應用于光電催化分解水。其中二氧化鈦具有光穩定、成本低、環保等優點，是目前研究及使用最多的光電陽極。而二氧化鈦因其是寬帶隙半導體，其光利率用低及光生電子空穴復合率高，因此如何有效地解決這些問題，也成了研究熱潮。
近日，基于以上問題，上海大學 Wenxian Li 及Ying Li等人對目前一維二氧化鈦基光電極用于異相光電催化分解水的研究工作進行了全面總結，并詳細的討論了納米結構以及能帶結構對不同尺寸光催化材料與一維二氧化鈦復合體的界面電荷傳輸跟分離的影響。并且文章對界面上的電荷轉移過程以及光生電荷分離與光電化學性能之間的關系進行了詳細的介紹與討論。這為一維二氧化鈦基光電電極的納米結構、摻雜和異質結界面的合理設計提供豐富的信息，從而實現高效的太陽能轉換。
Zhongrui Yu,Ying Li,* Wenxian Li*, et al. Interfacial Charge Transport in 1D TiO2 Based Photoelectrodes for Photoelectrochemical Water Splitting, Small, 2019.
DOI: 10.1002/smll.201903378
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201903378
24. Small：光活性（地球富含）黃鐵礦催化劑用于電催化氮還原反應
氨是一種重要的化學品，是氮肥工業的關鍵原料，目前工業上主要通過Haber-Bosch法合成。然而，該過程需要在高溫高壓下進行，且會產生大量的CO2。此外，制氨原料氫的制取及氮的純化均為能源密集過程，耗能大。利用電化學還原氮制氨潛力巨大。然而目前所采用的熔鹽或溶液電解質，存在高溫高壓或氮還原反應與析氫反應相競爭等問題。因此，亟需開發環境友好、無CO2產生、耗能低的高效替代過程。研究表明，地球富含的金屬氧化物，如MoS2、NiS2、SnS2等顯示了優異的析氫反應和CO2還原反應法拉第效率。
鑒于此，來自東海大學的王迪彥教授和國立臺灣科技大學的周宏隆教授合作通過在炭纖維紙上生長氧化鐵，經高溫煅燒，高溫硫化后制備了FeS2/CFP。該催化劑在0.25M LiClO4溶液中，在-0.6V（vs RHE）電位下，法拉第效率達約14.14%且氨的收率速率約為0.096μgmin?1。經過三次循環反應后，催化劑仍保持原有的立方黃鐵礦結構，其法拉第效率仍高達約12%，氨的收率速率基本不變。DFT計算結果揭示FeS2中帶正電的Fe可有效吸附并活化N2分子，而S則未直接參與此過程。外加808nm激光照射可進一步提高法拉第效率至14.57%，氨的收率速率至0.1μgmin?1。該工作為開發光照條件下新的高效半導體氮還原制氨催化劑開辟了全新的路線。
Chia‐Che Chang, Sin‐Ren Li, Hung‐Lung Chou*, Yi‐Cheng Lee, Shivaraj Patil, Ying‐Sheng Lin, Chun‐Chih Chang, Yuan Jay Chang, Di‐Yan Wang*, Photoactive Earth‐Abundant Iron Pyrite Catalysts for Electrocatalytic Nitrogen Reduction Reaction, Small, 2019, 1904723
DOI: 10.1002/smll.201904723
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.201904723?af=R
25. ACS Catalysis: 相誘導FeOOH納米結構增強電催化OER活性
電解水是一種將電能轉化為化學能的有效手段。電解水在陽極發生水氧化反應（OER）生成氧氣，在陰極發生還原反應產生氫氣（HER）。其中OER反應的過程需要轉移4e-，是一個動力學很緩慢的過程，需要施加很高的過電壓才能驅動反應的發生。在OER反應中，催化劑引入有助于降低過電位，從而提高能源的轉化效率。目前OER催化劑大多仍采用貴金屬化合物（如RuO2和IrO2等），貴金屬的稀缺性和高成本限制了該系統的大規模應用。因此尋找貴金屬化合物催化劑的替代品引起了廣泛關注。非貴金屬（Fe，Co，Ni，Mn和Cu等）及其化合物作為具有應用前景的OER催化劑已經被廣泛報道。其中，Fe基催化劑，例如FeOOH，由于其高本征活性，低成本和環境友好的性質而備受青睞。晶體相在提高FeOOH材料的析氧反應(OER)性能方面起著至關重要的作用，但人們對這一作用還不是很了解。
近日，哈爾濱工業大學的韓喜江教授、徐平教授和Siwei Li課題組合作通過控制調控溶劑熱反應，分別設計合成了單相(α、β、δ)和混合相(α/β，α/δ和β/δ)FeOOH納米結構，研究表明，混合相FeOOH納米催化劑中存在的富氧空位(具有優化的電子結構)可以有效提高OER活性，而且，β/δ混合相FeOOH納米催化劑在堿性介質中表現出優異的OER活性和穩定性，達到10 mA/cm2的電流密度僅需大約180 mV的低過電壓。該工作對于提高了對相誘導增強催化活性的認識，也設計合成高效電催化劑提供了一種新的思路。
Jing Hu, Siwei Li, Jiayu Chu, Siqi Niu, Jing Wang, Yunchen Du, Zhonghua Li, Xijiang Han, Ping Xu. Understanding the Phase-Induced Electrocatalytic Oxygen Evolution Reaction Activity on FeOOH Nanostructures. ACS Catalysis, 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b03876
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03876
26. Advanced Science：Pd3Pb/PtnPb納米晶體表面結構調控促進甲醇氧化反應
直接甲醇燃料電池（DMFCs）高效、低排放、易操作，有望在便攜移動設備中廣泛應用。相比于電氧化氫，甲醇氧化反應（MOR）步驟多、反應慢，難以達到DMFCs性能要求。且該反應電催化劑中關鍵組分Pt對于反應過程生成的CO耐受性差，容易失活。通過成分優化、形貌控制、結構設計等手段均可提高Pt電催化劑性能。其中，Pt與親氧性金屬，如Ru、Ni、Cu等形成合金可在一定程度上提高Pt抗CO中毒能力和利用效率。但是由于沒有明確的化學計量比與晶體結構而不利于催化劑的可預測性設計。金屬間化合物不僅能夠克服這些問題，而且由于其長程有序結構和較負的生成焓，可兼具優異的催化活性與穩定性。
鑒于此，來自浙江大學的張輝教授通過一鍋法合成了有序表面和Pt組分可調的Pd3Pb/PtnPb納米立方體（邊長約為50nm）。Pd3Pb/Pt2.37Pb納米立方體為多晶結構，由內而外分別由FCC結構的Pd3Pb金屬間化合物，FCC結構的PtxPb和六方結構的PtPb金屬間化合物組成。調變Pb組分可分別得到Pd3Pb/Pt2.07Pb和Pd3Pb/Pt3.50Pb，前者結構由內而外與Pd3Pb/Pt2.37Pb類似，后者則除了沒有檢測到六方結構的PtPb相，其他結構也與Pd3Pb/Pt2.37Pb類似。
研究表明，六方結構的PtPb比FCC結構的PtxPb具有更高的MOR活性。此外，由于Pt和Pb之間的功函差異，兩者間發生了強烈的電子耦合（配體效應），導致Pt0呈負電性，有利于促進MOR性能的提高。而Pb的加入也強化了水的解離，生成氧化物種，如OHads，能夠進一步氧化Pt在MOR過程中表面生成的COads物種并將其移除，有效提高了催化劑的穩定性。DFT計算結果也證實了六方結構的PtPb(0001)相比FCC結構的Pt(111)和PtxPb(111)，不利于CO的吸附，即可提高Pt的抗CO中毒能力。本文不僅提供了一種Pt納米立方體的簡易制備方法，也為調控Pt基電催化劑的表面結構進而提高其MOR性能提供了新的思路。
Xingqiao Wu, Yi Jiang, Yucong Yan, Xiao Li, Sai Luo, Jingbo Huang, Junjie Li, Rong Shen, Deren Yang, Hui Zhang*, Tuning Surface Structure of Pd3Pb/PtnPb Nanocrystals for Boosting the Methanol Oxidation Reaction, Adv. Sci. 2019, 1902249.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201902249?af=R
27. ACS Energy Lett.：莫爾超晶格MoS2的高效HER
在范德華力結合的異質結構中，原子層厚的薄晶體相互層疊在一起，晶格失配和層間旋轉會導致莫爾超晶格（MSL）的出現。這些莫爾超晶格可以驅動材料的能帶結構重建，從而導致超導、磁性和莫爾激子等各種現象的出現。近日，江西師范大學袁彩雷教授等人設計合成了扭曲角θ≈7.3o的具有MSL 的MoS2材料。
通過DFT理論計算和超低頻拉曼光譜表征，作者發現設計合成的MoS2層間勢壘減小，電子可以輕松地從導電襯底轉移到具有MSL 的MoS2的活性位點，從而導致高效的產氫（HER）活性。通過使用電化學微池技術，作者證實了MoS2的高活性。具體而言，在-153 mV的超電勢下，電流密度高達-10 mA / cm2，對應的Tafel斜率為73 mV / dec。總而言之，本工作設計合成具有MSL 的MoS2材料，成功降低層間勢壘來提高電催化性能。展示了MSL材料獨特的化學物理特性，為突破HER反應中電子傳輸的瓶頸問題提供了可能。
Zhenzhen Jiang, Wenda Zhou, Aijun Hong, Manman Guo, Xingfang Luo, Cailei Yuan. MoS2 Moiré Superlattice for Hydrogen Evolution Reaction. ACS Energy Lett., 2019.
DOI：10.1021/acsenergylett.9b02023.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02023
28. Solar RRL：無犧牲劑下Ag3PO4/MXene的高效產氧
開發能高效富集電子的助催化劑促進光生載流子的分離傳輸依舊是光催化裂解H2O領域懸而未決的問題。近日，南京林業大學楊小飛教授與澳大利亞昆士蘭科技大學許景三博士等人設計合成了Ag3PO4/Mxene復合材料，研究結果表明，具有高的電荷傳輸能力的二維MXene（Ti3C2）能很好地充當載流子的分離傳輸媒介；Ag3PO4能提供較正的VB，實現高效的可見光催化H2O氧化。具體而言，設計合成的復合材料能實現35.8 μmol L-1的O2濃度，高達Ag3PO4納米顆粒的2.6倍。
值得注意的是，作者發現在不添加犧牲試劑捕獲電子的情況下，復合材料甚至表現出更高的產氧速率。這一結果意味著MXene納米片可以充當電子阱，原位富集消耗光生電子。此外，表征結果還表明，MXene表面的親水性官能團一方面有利于光催化劑與H2O的相互作用，另一方面有效抑制了光照下Ag3PO4的自腐蝕。總而言之，本工作構筑了高產O2活性的Ag3PO4/Mxene復合材料，為設計合成高活性的全分解H2O光催化材料提供了指導意見。
Chengxiao Zhao, Xiaofei Yang, Chenhui Han and Jingsan Xu. Sacrificial agent-free photocatalytic oxygen evolution from water splitting over Ag3PO4/MXene hybrids. Solar RRL, 2019.
DOI：10.1002/solr.201900434.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/pdf/10.1002/solr.201900434.
29. Journal of Catalysis: 富勒烯狀WS2負載Pd納米顆粒用作高效HER催化劑
化石能源（煤、石油和天然氣）的廣泛利用既驅動著人類社會文明以前所未有的速度發展，也引起了諸如酸雨、霧霾等環境污染問題，而且化石能源不可再生，帶來能源短缺問題，因此，社會的可持續發展需要尋求更為清潔且可再生的替代能源。氫是宇宙中廣泛存在的元素，且被利用后的產物僅為水，因此被認為是未來最理想的能源形式。氫氣的來源多樣化，其中通過電化學方式催化分解水由于效率高和可操作性強等優點廣受關注。目前，電催化制氫通常選用貴金屬鉑作為催化材料，較高的成本是制約該技術走向規模化應用的主要障礙。因此，迫切需要開發成本更低、產氫效率更高的電催化材料。
近日，武漢紡織大學的Junjiang Zhu等設計制備了無機富勒烯狀WS2負載Pd納米顆粒(Pd/WS2)催化劑，其中Pd負載量為0.76?wt %，該Pd/WS2催化劑表現出優異的HER電催化活性，在0.5?M硫酸溶液，達到10?mA/?cm2的電流密度僅需130?mV的過電勢，塔菲爾斜率為?82.4?mV?/dec，這是與具有更高成本的Pt/WS2(0.88?wt % Pt負載量)的性能相當。研究表明，在WS2表面原位生成的WO3摻雜和Pd納米顆粒均勻分布在WS2納米籠內。對比實驗表明，WO3摻雜在生成Hads中間體中起關鍵作用，而Pd納米顆粒是產H2的活性位點，而且由于Pd/WS2催化劑在WS2籠內穩定，該催化劑具有良好的長期穩定性。該催化劑具有活性高、成本低、穩定性好的優勢，有望替代鉑催化劑用作HER催化劑。
Ping Xiao, Josephus G. Buijnsters, Yanxi Zhao, Huan Yu, Xuelian Xu, Yujun Zhu, Duihai Tang, Junjiang Zhu, Zhen Zhao. Fullerene-like WS2 supported Pd catalyst for hydrogen evolution reaction. Journal of Catalysis, 2019.
DOI: 10.1016/j.jcat.2019.10.007
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.10.007
30. AEM：類鉑析氫性能晶態Ni(OH)2/非晶態NiMoOx混合催化劑
開發堿性介質中高效電解水制氫催化劑仍是一大挑戰。盡管Pt具有優越的HER性能，其量少、價高、耐久性差等特點限制了其進一步的開發。早在1973年，Levy 與 Boudart已發現碳化鎢具有類鉑的催化性質。NiMo基的碳化物、氮化物、硫化物也已被證實具有優異的HER性能。然而，NiMo基的氧化物或氫氧化物則很少被研究。鑒于Ni(OH)2在堿性條件下快速解離水的能力及MoO2優異的HER性能，來自南開大學的焦麗芳教授課題組以ZnO陣列/泡沫Ni（ZnO/NF）為基體通過電沉積NiMo前驅體，然后采用KOH浸泡制得了三維多孔結構的Ni(OH)2–NiMoOx/NF催化劑。
此催化劑由晶態Ni(OH)2、少量的晶態Ni、痕量無定型MnO2、高價態Ni和Mo的氧化物組成。Ni(OH)2–NiMoOx/NF的HER性能是有報道以來最好的NiMo氧化物或氫氧化物催化劑，且超過了Pt/C/NF。進一步研究表明，晶態Ni(OH)2在堿性環境中易解離水生成OH-和H*，然后這些物種在催化劑豐富的晶態/非晶態界面通過Heyrovsky和Tafel反應生成H2。此外，Ni(OH)2–NiMoOx/NF在堿性條件還具有優異的尿素輔助電解水析氫性能。該研究不僅提出了一種堿性條件下HER理想的三維多孔結構催化劑，而且為晶態/非晶態混合電催化劑的設計提供了新思路。
Zihao Dong, Fei Lin, Yihang Yao, and Lifang Jiao*, Crystalline Ni(OH)2/Amorphous NiMoOx Mixed‐Catalyst with Pt‐Like Performance for Hydrogen Production, Adv. Energy Mater. 2019, 1902703.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201902703?af=R
31. ACS Nano: Rh-Ir合金納米顆粒用作強酸性電解質中高效OER催化劑
析氧反應(OER)是可再生能源轉換和儲存設備的關鍵，如水電解裝置和可充電金屬空氣電池。然而，如何合理設計出在強酸性電解質中高效、穩定的電催化劑仍是一個重大的挑戰。近日，德克薩斯大學奧斯汀分校的余桂華教授、Graeme Henkelman和Simon M. Humphrey合作使用可控微波輔助方法設計制備了制備了亞10納米，組成成分可調的Rh-Ir合金納米顆粒(NPs)，作為優越的酸性OER催化劑，該催化劑的OER催化活性對Ir含量表現出火山狀關系趨勢，富含Ir的NPs (Ir≥51%)比純Ir NPs過電位更低，質量活性更高，催化活性更好。
最重要的是，Rh22Ir78 NPs在0.5 M H2SO4溶液和300 mV過電位下達到了最大質量活性1.17 A/mgIr，是純Ir NPs的3倍，是目前報道的在酸性條件下最活躍的OER催化劑之一。密度泛函理論計算表明，由于少量Rh與Ir合金具有的協同作用和電子效應，O和OOH中間產物的結合能差異減小，導致動力學加快，OER活性增強。此外，Rh-Ir合金NPs在強酸性電解液中表現出優異的耐久性。本工作不僅為組分-電化學性能之間的關系提供了新的理解，而且對酸性介質中高效OER電催化劑的合理設計具有重要的借鑒意義。
Hongyu Guo, Zhiwei Fang, Hao Li, Desiree Fernandez, Graeme Henkelman, Simon M. Humphrey, Guihua Yu. Rational Design of Rhodium–Iridium Alloy Nanoparticles as Highly Active Catalysts for Acidic Oxygen Evolution. ACS Nano, 2019.
DOI: 10.1021/acsnano.9b06244
