1. PNAS: 高效Cu-Fe二元催化劑助力CO2光電還原制甲烷
合理地設計電催化劑是一條固定CO2制備太陽能燃料的有效手段，但是這條道路受限于催化劑活性與效率等問題而充滿了挑戰。最近，加拿大麥克基爾大學的Jun Song與美國密歇根大學的Zetian Mi等利用密度泛函理論對廉價二元Cu-Fe催化劑CO2光電化學還原制甲烷的過程進行了研究。
有關反應能量的計算表明二元體系中的Cu和Fe能夠協同的促進CO2線性構型的變形，能夠通過穩定反應中間體使得原本較高的反應活化能降低，因此有利于CO2分子的活化和向甲烷的轉化。研究人員還從實驗角度對上述結果進行了驗證。這種二元CuFe催化劑在工業用硅光電極上顯示出高達38.3mA/cm2的電流密度，其產生甲烷的法拉第效率高達51%，在空氣質量為1.5 global（AM 1.5G）的單太陽光照射下翻轉頻率為2176/h。
BaowenZhou, Jun Song, Zetian Mi et al, Highly efficient binary copper?ironcatalyst for photoelectrochemical carbon dioxide reduction toward methane,PNAS, 2020
DOI:10.1073/pnas.1911159117
https://www.pnas.org/content/early/2020/01/02/1911159117.short?rss=1
2. Nat. Commun.: 二維極限下的晶界工程助力高性能氫析出反應
具有原子級別厚度的過渡金屬二硫化合物在電催化領域吸引了諸多關注。到目前為止，人們已經廣泛地研究了其邊緣、摻雜的異質原子以及缺陷在氫析出反應中作為活性位點進行水的分解。然而，晶界這種在過渡金屬二硫化合物中較為典型的缺陷結構的催化效應卻因為其低密度和多變的形式而被忽略了。
在本文中，上海大學的Minghong Wu,新加坡南南洋理工大學的Qijie Wang、Zheng Liu以及西班牙加泰羅尼亞納米科學與技術研究所的Jordi Arbiol等人成功地合成了晶界密度高達1012cm-2的原子級別厚度的過渡金屬二硫化合物薄膜并對晶界的電催化效應進行了系統研究。他們利用微電化學測試發現這種納米晶薄膜表現出優異的電催化性能，其起始電位為-25mV,Tafel斜率為54mV/dec。此外，他們還提出了一種爬升驅動0D/2D相互作用來解釋這種富晶界薄膜在氫析出反應中的催化機制。
YongminHe, Minghong Wu, Qijie Wang, Zheng Liu, Jordi Arbiol et al, Engineering grainboundaries at the 2D limit for the hydrogen evolution reaction, NatureCommunications, 2020
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13631-2?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+ncomms%2Frss%2Fcurrent+%28Nature+Communications+-+current%29
3. Nat. Commun.：界面Fe5C2-Cu催化劑將低壓合成氣轉化為長鏈醇
含有五個以上碳的長鏈醇是制造增塑劑，清潔劑和潤滑劑的主要替代燃料和原料。通過串聯策略從合成氣合成長鏈醇（LAS）是一種簡便，經濟且環境友好的方法，也為將煤/生物質/天然氣轉化為高價值化學品提供了有希望的途徑。在各種二元催化劑體系（Cu-Fe，Cu-Co，Co-Mo）中，Cu-Fe二元催化劑具有成本效益和高CO轉化率，在長鏈醇的生產中引起了相當大的關注。近日，北京化工大學衛敏，北京大學馬丁，中科院金屬研究所張炳森等多團隊合作，報道了一種由Cu4Fe1Mg4層狀雙氫氧化物（Cu4Fe1Mg4-LDH）前驅體衍生的Fe5C2-Cu界面催化劑，即Fe5C2簇（?2 nm）被固定在Cu納米顆粒（?25nm）上。
實驗發現，在1 MPa的反應壓力下，該界面催化劑表現出的CO轉化率為53.2％，對長鏈醇選擇性為14.8 mol％，時空產率為0.101 g gcat-1h-1，與其它Cu-Fe二元催化劑在3-8 MPa壓力下的最佳時空產率水平相當。進一步研究表明，高度分散的Fe5C2納米團簇被限制在Cu納米顆粒的表面，形成了豐富的Fe5C2-Cu界面。Fe5C2團簇與Cu納米顆粒之間的協同相互作用是低壓下高效催化生成長鏈醇的主要原因。該工作不僅發現了一種用于LAS的獨特結構催化劑，而且為二元金屬催化劑的構造提供了啟示。
YinwenLi, Min Wei *, Bingsen Zhang, Ding Ma,* et al. Interfacial Fe5C2-Cucatalysts toward low-pressure syngas conversion to long-chain alcohols. Nat.Commun., 2019
DOI:10.1038/s41467-019-13691-4
https://www.nature.com/articles/s41467-019-13691-4
4. JACS.: 溫和液相法宏量制備碳化鉬納米顆粒用作熱催化二氧化碳加氫
過渡金屬碳化物（TMCs）具有本征的多功能性和可調的成分，在催化領域具有非凡的應用潛力。但是，制備TMCs所需的苛刻條件限制了對其物化性質的可控區間。近日，美國可再生能源實驗室Frederick G.Baddour團隊和南加利福尼亞大學的Richard L. Brutchey與Noah Malmstadt團隊聯合報道了溫和液相方法在連續微流體反應器中宏量的制備了純相的碳化鉬納米顆粒（α-MoC1?x）。所得納米顆粒被有機配體保護，非常穩定且具有抗氧化的性質。將所得α-MoC1?x分散在惰性的碳載體上制得的催化劑在二氧化碳加氫領域顯示出優異的性能。
FrederickG. Baddour, Emily J. Roberts, Anh T. To, Lu Wang, Susan E. Habas, Daniel A.Ruddy, Nicholas M. Bedford, Joshua Wright, Connor P. Nash, Joshua A. Schaidle, RichardL. Brutchey, and Noah Malmstadt. An Exceptionally Mild and ScalableSolution-Phase Synthesis of Molybdenum Carbide Nanoparticles forThermocatalytic CO2 Hydrogenation. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI:10.1021/jacs.9b11238
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11238
5. 林文斌JACS: MOF框架結構顯著增強銅光敏劑的光催化析氫和CO2還原性能
過渡金屬配合物通過形成長壽命的電荷分離激發態，被用作太陽能轉化為電力或化學燃料的有效的采光組分。Ru-和Ir-聚吡啶類配合物是優良的光敏劑(PSs)，但它們的實際應用受到Ru和Ir的殼豐度極低、成本高、毒性高的限制。在過去的十年中，以地球上豐富的元素(如CuI配合物)為基礎的選擇性PSs已經被廣泛研究，并在析氫反應(HER)、染料敏化太陽能電池、和有機光催化方面顯示出巨大的潛力。然而，銅PSs (Cu-PSs)的性能相對較差的，不如Ru和Ir PSs，這是由于相對不穩定的CuI配體鍵和不受歡迎的溶劑輔助淬火的平展激發態。因此，開發提高Cu-PSs光敏性能的新策略具有重要意義。金屬有機骨架作為一類新型多孔分子材料，在催化反應中具有穩定難溶金屬活性位點的作用。MOFs的合成可調性還允許多種功能的分級合并以實現協同反應或促進能量和電子轉移。
近日，芝加哥大學林文斌教授等人設計制備了兩種多功能金屬有機骨架材料mPT-Cu/Co和mPT-Cu/Re的，它們由銅光敏劑(Cu-PSs)和分子Co或Re催化劑組成，可分別用于光催化析氫(HER)和CO2還原(CO2RR)反應。在這些MOFs中，Cu-PSs和Co/Re催化劑的分級結構促進了在可見光下的多電子轉移來驅動HER和CO2RR，對于mPT-Cu/Co，其HER的TON為18700，對于mPT-Cu/Re，其CO2RR的TON為1328。光物理和電化學表征揭示了HER和CO2RR催化循環中的還原淬火路徑，由于Cu-PSs和活性催化劑緊密接觸和MOF框架結構對Cu-PSs和分子催化劑的穩定作用，通過提高電子轉移顯著提高了MOFs的
Feng,Pi, Song, Brzezinski, Xu, Li, Lin. Metal-Organic Frameworks SignificantlyEnhance Photocatalytic Hydrogen Evolution and CO2 Reduction withEarth-Abundant Copper Photosensitizers. Journal of the American ChemicalSociety, 2020.
DOI:10.1021/jacs.9b12229
http://dx.doi.org/10.1021/jacs.9b12229
6. JACS：2D AgBiP2Se6單層中的鐵電開關調控光催化水分解
光催化水分解是解決能源危機并提供可再生和清潔能源的有前景的技術。近年來，盡管已經提出了許多二維（2D）材料作為光催化候選物，但是仍然缺乏有效調節光催化反應和轉化效率的策略。近日，昆士蘭科技大學Liangzhi Kou等基于第一原理計算，發現AgBiP2Se6單層的鐵電-順電相變可以很好地調節光催化活性和能量轉換效率。
作者發現AgBiP2Se6單層的鐵電相具有較高的電勢和較大光生空穴用于水氧化的驅動力，但在順電相中具有較高的光生電子相對值，用于氫還原反應。此外，太陽能到氫能的轉換效率也可以通過相變來調節，由于載流子利用率更高，在鐵電相上轉換效率高達10.04％，而在順電相上轉換效率僅為6.66％。而且，在順電狀態下，激子結合能總是比在鐵電態下更小，這表明鐵電開關還可以對光激發載流子的分離進行方向調節。該工作不僅揭示了鐵電極化對水分解的重要性，而且還為通過鐵電開關改變二維鐵電材料的光催化性能開辟了道路。
LinJu, Liangzhi Kou*, et al. Tunable photocatalytic Water-splitting by theFerroelectric Switch in 2D AgBiP2Se6 Monolayer. J. Am.Chem. Soc., 2019
DOI:10.1021/jacs.9b11614
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b11614
7. JACS: 納米線合金催化劑的高活性和耐久性的來源
控制合金催化劑的表面組分和形貌對于實現氧還原反應催化劑和燃料電池催化劑的高活性和耐久性至關重要。近日，湖南大學的余剛教授、中密歇根大學的Valeri Petkov和美國紐約州賓漢姆頓大學鐘傳建教授等人合作提出了一種制備具有可控雙金屬成分的納米線型鉑鐵合金催化劑的無表面活性劑合成方法。具有最優~ 24% Pt初始組分的PtFe TNWs表現出最高的質量活性(3.4 A/ mgPt，高于商業Pt催化劑20倍)和耐久性(在40000次周期后僅有< 2%的活性損失和在120000個周期后僅有< 30%的活性損失)，這也是目前為止所有PtFe基納米催化劑在ORR或燃料電池操作條件下報道的最高值。
利用原位和原位同步X射線衍射耦合原子對分布函數分析和三維建模，結果表明，PtFe TNWs具有混合fcc-bcc合金結構和顯著的晶格應變。而且，在ORR或燃料電池操作條件下，活性強烈地依賴于催化劑的元素組分，盡管不同催化劑的組成及其晶格常數發生了變化，但這種依賴性仍然保持不變。值得注意的是，在燃料電池的操作條件下，脫合金從相分離的區域位置開始，最終形成具有細微表面形貌差異的fcc合金結構。由于TNWs的重新分布和形貌的改變，表面晶格應變得到了很大程度的保留。這種應變和TNWs的特殊性質被認為是催化劑具有優異活性和耐久性的原因。這些發現為納米合金催化劑的結構、活性和耐久性之間的關系提供了新的見解，并有望通過控制其合金結構和形貌，設計開發高活性、耐久、低Pt含量的納米線催化劑。
ZhijieKong; Yazan Maswadeh; Jorge A Vargas; Shiyao Shan; Zhipeng Wu; Haval Kareem;Asher C. Leff; Dat T. Tran; Fangfang Chang; Shan Yan; Sanghyun Nam; XingfangZhao; Jason M. Lee; Jin Luo; Sarvjit Shastri; Gang Yu; Valeri Petkov;Chuan-Jian Zhong. Origin of High Activity and Durability of Twisty Nanowire AlloyCatalysts under Oxygen Reduction and Fuel Cell Operating Conditions. Journal ofthe American Chemical Society, 2019.
DOI:10.1021/jacs.9b10239
https://doi.org/10.1021/jacs.9b10239
8. 任斌&鐘錦輝JACS: 探究在Pd/Au雙金屬表面上的活性氧物種局部產生和擴散
活性氧（AOS）在許多與清潔能源和環境有關的重要催化反應中起著關鍵作用。然而，表征生產AOS的活性位點并成像AOS的表面性質，特別是在多組分金屬催化劑表面上，仍然具有挑戰性。廈門大學的任斌和奧登堡大學的鐘錦輝團隊利用針尖增強拉曼光譜（TERS）來探測OH自由基在Pd /Au（111）雙金屬催化劑表面上的局部生成和擴散。可以從金屬表面的過氧化氫（H2O2）催化生成反應性OH自由基，然后將表面吸附的硫醇鹽（一種用作TERS探針的反應物）氧化。
通過TERS成像未反應的硫醇鹽分子的空間分布，證明了Pd表面對OH自由基的產生是有活性的，并且Pd臺階邊緣顯示的活性比Pd臺階高得多，而Au表面沒有活性。此外，研究發現在Pd臺階邊緣處局部生成的OH自由基可以擴散到Au和Pd表面位點，從而引起氧化反應，其擴散長度估計為5.4 nm。該TERS成像具有幾納米的空間分辨率，不僅可以揭示活性位點，而且可以表征真實空間中OH自由基的擴散行為。該結果對于理解AOS觸發的催化反應非常有價值。
Probingthe Local Generation and Diffusion of Active Oxygen Species on a Pd/AuBimetallic Surface by Tip-Enhanced Raman Spectroscopy，J. Am.Chem. Soc. 2020
DOI: 10.1021/jacs.9b10512
https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/jacs.9b10512
9. JACS：高指數Pt（hkl）表面ORR中間體的直接原位拉曼光譜證據
高指數Pt（hkl）單晶因其具有有序，典型的原子結構和出色的催化活性，其表面氧還原反應（ORR）的研究受到了廣泛的關注。但是，在反應過程中很難獲得ORR中間體的直接光譜證據，尤其是在高指數Pt（hkl）表面。近日，廈門大學李劍鋒，西班牙阿利坎特大學Juan Miguel Feliu等采用原位拉曼光譜來研究了高指數Pt（hkl）表面的ORR過程，包含Pt晶體的[011]晶體區-即Pt（211）和Pt（311）。
通過控制實驗和同位素取代實驗，作者成功地獲得了Pt（211）和Pt（311）表面OH和OOH的原位光譜證據。通過基于拉曼光譜的詳細分析，作者得出結論，高指數Pt晶體表面上OOH的吸附差異對ORR活性具有重要影響。該工作闡明并加深了對高指數Pt（hkl）表面ORR機理的理解，并為合理設計高活性ORR催化劑提供了理論指導。
Jin-ChaoDong, Min Su, , Juan Miguel Feliu*, Jian-Feng Li*, et al. Direct In Situ RamanSpectroscopic Evidence of Oxygen Reduction Reaction Intermediates at High-IndexPt(hkl) Surfaces. J. Am. Chem. Soc., 2019
DOI:10.1021/jacs.9b12803
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12803
10. JACS : EPR光譜告訴你LDH中Fe(III)和Ni(II)在OER的作用
電解水制氫是目前最有前景的制氫路徑。而析氧反應（OER）作為電解水過程中的速率控制步驟，開發高效OER催化劑是電解水工業需要解決的一個重要問題。層狀雙金屬氫氧化物（LDH）結構在自然界中廣泛存在，且常被用來設計為析氧反應OER催化劑。近幾年，Fe(III)取代部分Ni(II)的FeNi-LDH引起了廣泛研究，Fe(III)引入在提高水氧化過程中發揮了重要作用。而且，Fe(III)引入到任意第一排過渡金屬雙金屬氫氧化物中都會提升其催化性能。為了提升這類異質催化劑性能，詳細了解金屬配位環境是判斷反應機理的首要條件。
近日，加州大學戴維斯分校的R. David Britt博士用電子順磁光譜EPR研究了ZnAl LDH中摻雜的Fe和Ni原子的配位環境。多頻EPR光譜揭示在Fe-ZnAl LDH 中存在兩中明顯不同的Fe(III)位點。材料的脫水作用改變零場分裂ZFS揭示了一種Fe(III)位點是solvent-exposed（位于邊緣、缺陷處），另一種為inset型Fe(III)位點。兩種Fe(III)位點有特定的axial ZFS。而且在Ni-ZnAl LDH 材料中Ni(II)也有類似的現象。位于邊緣處的Fe(III)和Ni(II)在溫和加熱真空條件下非常容易失去水或氫氧根，揭示了一種可能的反應機理，即產生high-valentmetal-oxo活性單位。
Sayler,R. I.; Hunter, B. M.; Fu, W.; Gray, H. B.; Britt, R. D., EPR spectroscopy ofiron- and nickel-doped [ZnAl]-layered double hydroxides: modeling active sitesin heterogeneous water oxidation catalysts. J. Am. Chem. Soc. 2019.
DOI:10.1021/jacs.9b10273
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.9b10273
11. 吉林大學Angew：具有強原子間dsp軌道雜化的過渡金屬硼金屬間化合物高性能電催化
非均相催化劑的表面化學吸附性能在其催化活性，穩定性和選擇性方面起著至關重要的作用。合理調整催化劑材料的電子結構可增強催化劑的催化性能。近日，吉林大學Xiaoxin Zou等報道了一項理論與實驗聯合的研究，目的是對含硼金屬間化合物中金屬-硼電子相互作用的性質及其對表面氫吸附性能和析氫催化活性的影響提供一些見識。理論計算結果表明，過渡金屬的d軌道與硼的sp軌道之間的強雜化可存在于15種過渡金屬（TM）-硼金屬間化合物（TM：B = 1：1）中，這會使得氫原子在金屬封端的金屬間表面的吸附要弱于相應的純金屬表面。
電子結構的這種調控進一步使幾種金屬間化合物（例如PdB，RuB和ReB）成為潛在的，高效析氫材料，其催化活性接近基準催化劑鉑。作者還提供了一種合成這類TMB金屬間化合物的一般反應途徑，相對于常規元素反應途徑而言，反應焓更高。通過這種反應途徑，作者合成了一系列純相TMB金屬間化合物，包括V，Nb，Ta，Cr，Mo，W和Ru，并進一步通過實驗確定RuB是可高性能催化析氫反應的非鉑基電催化劑。該工作為進一步開發含硼金屬間化合物作為HER以外各種有用化學反應的高效催化劑提供了參考。
XuanAi, Xu Zou, Hui Chen, Xiaoxin Zou*, et al. Transition Metal‐Boron Intermetallicswith Strong Interatomic d‐sp Orbital Hybridization forHigh‐Performing Electrocatalysis. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201915663
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201915663
12. Angew：Mo2C-MoOx異質結構：原位表面重構促進高效電催化HER
電解水析氫反應（HER）是將間歇性電能（來自太陽能，風能等）轉化為穩定的氫能的有效方法，但這需要高效的電催化HER催化劑。研究反應條件下的無貴金屬電催化劑的表面重整對理解結構性質關系和開發及設計更好的催化劑的原理很重要。近日，暨南大學Qingsheng Gao，華南理工大學Lichun Yang等采用碳布上的Mo2C-MoOx（Mo2C-MoOx/CC）異質結構作為環境條件下易氧化的電催化劑模型，以揭示析氫反應（HER）過程中的表面重構。
拉曼光譜結合電化學測試研究表明，表面的Mo（VI）氧化物被原位還原為Mo（IV），從而在酸性條件下明顯促進了HER。密度泛函理論計算表明，Mo=O端原位還原表面可有效地使裸Mo2C上具有非常負的ΔG(H*)，接近熱力學中性，這解決了快速HER動力學的H*解吸困難。不出所料，最佳的Mo2C-MoOx/CC僅需要60 mV的低過電勢即可在1.0 M HClO4中達到-10 mA cm-2的電流密度，優于Mo2C/CC以及大多數非貴金屬電催化劑。該工作為理解電催化劑的構效關系提供了重要見解，并未將來開發設計更高效電催化劑提供了參考。
Liuqing He,Lichun Yang*, Qingsheng Gao*, et al. Molybdenum Carbide‐OxideHeterostructures: in‐situ Surface Reconfigurationtoward Efficient Electrocatalytic Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI: 10.1002/anie.201914752
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201914752
13. 俞書宏/高敏銳Angew：高曲率過渡金屬硫族化物納米結構高效電催化CO2還原
將CO2電化學還原為高附加值的化學品和燃料可以以化學鍵的形式存儲可再生能源（太陽能，風能等）。在CO2還原反應（CO2RR）產生的眾多產品中，CO特別重要，因為使用H2O作為反應介質實現CO到燃料的轉化在動力學上更有利。但是到目前為止，具有高CO部分電流密度（jCO）（> 200 mA cm-2）和法拉第效率（FE）大于95％的無貴金屬催化劑幾乎未見報道。將CO2轉化為有用燃料的挑戰主要來自將CO2轉化為CO2?或其它中間體的過程，這通常需要貴金屬催化劑，高過電勢和/或電解質添加劑（例如，離子液體）。
近日，中科大俞書宏，高敏銳等報道了一種微波加熱策略，用于合成過渡金屬硫屬元素化物納米結構，該結構可以有效地將CO2電還原為CO。實驗表明，合成的硫化鎘（CdS）納米針陣列在1.2V（相對于可逆氫電極）電壓下電催化CO2RR，具有212 mA cm-2的電流密度，CO法拉第效率為95.5±4.0％。實驗和計算研究表明，具有強的鄰近效應的高曲率CdS納米結構催化劑會產生較大的電場增強作用，這可以濃縮堿金屬陽離子，從而提高CO2的電還原效率。
Fei-YueGao, Shao-Jin Hu, Min-Rui Gao*, Shu-Hong Yu*, et al. High‐curvaturetransition metal chalcogenide nanostructures with profound proximity effectenable fast and selective CO2 electroreduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201912348
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912348
14. 南開大學Angew：納米多孔鈀氫化物環境條件下高效電催化N2還原
氨大量用作氮肥，工業原料和潛在的能量存儲介質，因此將N2轉化氨是可持續發展的關鍵化學轉化。電催化氮還原反應（NRR）是一種利用可再生能源可持續地固N2的環保策略。然而，由于N2的不可極化性質，氨的電化學合成遭受NH3產率低和選擇性差的問題。近日，南開大學Fangyi Cheng等通過脫合金和原位注氫法合成納米多孔鈀氫化物催化劑。與原始Pd相比，合成的納米多孔Pd-H表現出更高的電催化劑NRR活性和選擇性。
實驗表明，該催化劑可在環境條件下高效電催化NRR，在?150 mV的低過電勢下，實現了20.4μgh-1mg-1的高的氨產率，法拉第效率為43.6％。作者通過同位素氫標記研究發現，鈀氫化物中的晶格氫原子作為活性氫源參與了反應。作者通過原位拉曼分析和密度泛函理論（DFT）計算進一步揭示了*N2H形成限速步驟能壘的降低。該工作報道的鈀氫化物的獨特質子化模式將為設計高效，穩定的固氮電催化劑提供新的見解。
WenceXu, Guilan Fan, Fangyi Cheng*, et al. Nanoporous Palladium Hydride forElectrocatalytic N2 Reduction under Ambient Conditions. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201914335
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201914335
15. Angew：鐵催化活細菌的自由基聚合
利用細胞氧化還原過程進行非生物合成的能力，可能使合成工程雜交生物系統成為可能。為了實現這一目標，本文描述了一種新的細菌介導的鐵催化可逆失活自由基聚合(RDRP)，使用了一系列金屬螯合劑和單體，在環境條件下與細菌氧化還原起始步驟一起生成聚合物。細菌物種-選擇了銅綠假單胞菌、大腸桿菌和產孢梭菌的氧化還原酶系統，并對它們誘導聚合物形成的能力進行了評價。
考察了細胞和催化劑濃度、引發劑種類和單體類型等參數。水溶性合成聚合物是在細菌存在的情況下產生的，完全保留了細胞活力。這種方法提供了一種新方式，借助這種方法，細菌氧化還原系統可以在“宿主”細胞存在的情況下生成“非天然”聚合物，從而為制造天然合成的雜化結構和偶聯物提供了可能性。
MechelleBennett，Pratik Gurnani ，Cameron Alexander，Phil Hill ，Frankie James Rawson. IronCatalysed Radical Polymerisation by Living Bacteria. Angewandte Chemie
DOI:10.1002/anie.201915084
https://doi.org/10.1002/anie.201915084
16. 天津大學Angew：周期有序中孔可調的鈀膜高效電催化甲酸氧化
隨著化石燃料短缺和環境污染日益嚴重，人們迫切需要清潔高效的能源。直接甲酸燃料電池（DFAFC）是最有前途的能量轉換系統之一，由于其理論能量密度高，工作溫度低且易于管理，因此受到了廣泛的關注。開發用于甲酸氧化（FAO）的先進電催化劑是將直接甲酸燃料電池商業化最關鍵的步驟。近日，天津大學Cheng Zhong等通過不對稱復制易溶液晶模板的雙連續立方相結構，電沉積合成了具有周期性有序介孔的鈀膜。
該鈀膜具有最佳的介孔結構，并結合了最大的周期性和最高的有序度，電化學活性表面積為90.5 m2g–1，對FAO的電催化能力為3.34 A mg–1，分別是商用Pd/C催化劑的3.8和7.8倍。此外，該鈀膜介孔的周期性區域和有序度可以通過控制電沉積過程的溫度和電勢來調控。一套相應的鈀催化劑在固有的FAO催化電流和活性表面積之間表現出近乎線性的正比例關系，這在以前的研究中很少出現。該鈀膜材料出色的電催化性能歸因于互連的介孔可及性的增強以及介孔率優化后的質量傳輸動力學。進一步實驗發現，該周期有序的鈀膜使標準甲酸燃料電池相對于商用Pd/C催化劑的最大電流和功率密度分別提高了4.3和2.4倍。
JiaDing, Zhi Liu, Cheng Zhong*, et al. Tunable periodically ordered mesoporosityin palladium membranes enables exceptional enhancement of intrinsicelectrocatalytic activity for formic acid oxidation. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201914649
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201914649
17. AFM：等離子體誘導的金-鎳磷化物異質結用于光催化水分解
精確控制金屬納米晶體的拓撲結構和適當調節金屬-半導體異質結構是理解等離激元誘導的太陽能-化學能轉換的結構和材料特性之間關系的重要途徑。近日，韓國IBS的Jeong Young Park等人提出了一種自下而上的濕化學方法，通過鉑催化鎳在金納米棒(NR)上的準外延生長來合成Au/Ni2P異質結構。使用Au NR的長徑比和C16TAB封端劑的有效膠束濃度控制Ni2P的結構基序。高度有序的Au/Pt/Ni2P納米結構用作水分解的光電催化陽極系統。
電化學和超快吸收光譜表征表明Ni2P的結構基序（受Ni的外殼沉積控制）有助于在表面等離激元衰減期間操縱熱電子傳遞。通過優的Ni2P的厚度，長徑比為5.2的含Pt的Au NR的幾何電流密度為10mA cm-2，并且具有140 mV的過電勢。光電陽極顯示出前所未有的長期穩定性，在1.5 V的輸入電勢下可連續30天保持50h的連續計時電流性能。該工作為設計等離子催化納米材料以增強太陽能到化學能的轉化提供了明確的指導。
IndranilMondal, Hyunhwa Lee, Heeyoung Kim, Jeong Young Park. Plasmon‐InducedHot Carrier Separation across Dual Interface in Gold–NickelPhosphide Heterojunction for Photocatalytic Water Splitting. AdvancedFunctional Materials. 2019
DOI: 10.1002/adfm.201908239
https://doi.org/10.1002/adfm.201908239
18. ACS Catalysis綜述: 水相異質催化反應研究進展
水在自然界中無處不在，在許多生物轉化過程中充當溶劑或反應物。因此，了解水在這些過程中的作用一直是研究人員多年來的一個重點。例如，水分子在酶催化中起著關鍵的作用，如控制底物和產物的傳質速率，促進活性位點的質子轉移，幫助建立有利催化的分子構象。自然界利用水的普遍存在來控制許多酶的反應，利用水的獨特性質，這反過來又有助于調節反應速率、選擇性和傳質速率。水作為溶劑、反應物或副產品的一些自然現象在合成多相催化劑催化的工業相關反應中找到了相似之處。近年來，多相催化領域的研究人員提出，從這些自然現象中獲得靈感可以改進催化工藝。例如，這一概念產生了生物啟發的過渡金屬絡合物、具有適當空間限制以穩定所需過渡狀態的微孔支撐以及具有優化的親疏水平衡的活性位點環境。另一種生物啟發方法是利用無處不在的水來改變多相反應的活性和選擇性。
近日，美國俄克拉荷馬大學Daniel E. Resasco教授和王斌教授等人綜述了，介紹了水催化反應的不同機理特征，從六個方面評價水對催化活性和選擇性的影響：(a)反應物(或產物)的溶解度和質量輸運的影響；(b)穩定反應物、產物和過渡狀態；(c)在nanospaces；(d)遠距離鍵極化；(e) H-shuttling；(f)游離水作為助催化劑。水在催化過程中可同時起多種作用，但目前準確分析水的每一種作用仍是具有挑戰性的。該工作對水的作用的基本理解，和設計模擬酶在自然界中的作用并達到高活性和選擇性的反應系統具有重要的意義。
GengnanLi; Bin Wang; Daniel E. Resasco. Water-Mediated Heterogeneously CatalyzedReactions. ACS Catalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b04637
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04637
19. ACS Catalysis: CoP納米框架結構作為高效全水分解的雙功能電催化劑
電解水制氫是一種清潔、可持續的大規模制備氫氣的方法。然而，電解水反應中析氫反應(HER)和析氧反應(OER)的緩慢電極動力學過程增加了電解水的能耗和經濟成本，造成電解水制氫難以大規模實際應用。無論是在水的析氫反應(HER)和析氧反應(OER)，過渡金屬磷化物已被證明具有較好的電催化活性，是一種非常具有前景的電催化劑。研究人員已經合成制備了具有高比表面積的磷化鈷納米線、納米片、納米管、空心多面體和高度支化的納米結構等材料，然而這些材料的結構不穩定，易團聚失活。為了最大限度地提高對這兩種反應的催化活性，需要在保持反應活性和避免聚合的同時限制催化劑的尺寸。空心納米框架結構具有高表面積、大孔體積和高原子利用率的優勢，而且中空納米結構(nanoframes)為內部空間提供了足夠的通道，更重要的是，其結構穩定，不易團聚失活。
近日，同濟大學的陳作鋒等人采用包括沉淀、化學蝕刻和低溫磷化步驟的策略來設計和合成CoP納米框架(CoP NFs)。制備的CoP納米框架催化劑對HER和OER產生了優異的雙功能催化活性，在0.5 M H2SO4和1 M KOH溶液中，產生10 mA cm–2的HER催化電流僅需122和136 mV的過電勢；在1 MKOH溶液中產生相同的OER催化電流僅需323 mV的過電勢，用于高效的電解水裝置時，其電流密度為10 mA cm-2所需的電壓僅為1.65 V。該策略還可以被推廣用于制備具有X = S、Se和Te的納米框架CoX2 NFs。密度泛函理論計算支持的電化學測量結果表明，他們對HER的催化活性依次為:CoP NFs > CoSe2 NFs> CoS2 NFs > CoTe2 NFs。
LvlvJi; Jianying Wang; Xue Teng; Thomas J. Meyer; Zuofeng Chen. CoP Nanoframes asBifunctional Electrocatalysts for Efficient Overall Water Splitting. ACSCatalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b03623
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b03623
20. 上交章俊良ACS Catalysis: N摻雜多孔石墨烯負載表面Ir摻雜和成分梯度Cu-Pd納米球催化劑
調整Pd基納米材料及其載體的組成和結構，對于促進堿性直接乙醇燃料電池的緩慢乙醇氧化反應(EOR)具有重要的作用。近日，上海交通大學章俊良教授等人通過一個簡單的溶劑熱法，調整Cu和Pd成分遷移，設計合成了具有特殊結構和高度均勻的小尺寸團簇(NSs)，該團簇具有成分梯度(CG) Cu1Pd1和表面摻雜Ir0.03 (SD)，該團簇被均勻固定在N摻雜多孔石墨烯(NPG)上，用作高性能的EOR電催化劑(CGCu1Pd1/SDIr0.03 NSs/NPG)。
全面的物理化學特征、電化學分析和第一性原理計算表明，得益于NPG賦予的傳質和氧還原效應，NS賦予的CG-SD結構和尺寸-形貌的影響，以及Cu-Ir賦予的雙功能幾何和配體的效應，CGCu1Pd1/SDIr0.03 NSs/NPG不僅表現出超高的電催化活性和高效的貴金屬(NM)利用率（在Pd-和NM質量比活性(MSA)分別是7105 mA mg–1和6685 mA mg–1，分別是商業Pd/C催化劑的15.8和14.9倍），而且具有優異的電催化耐久性（Pd-MSA在1 h的計時電流實驗和和500個周期的電位循環降解測試后分別為商業Pd/C催化劑的28.1倍和19.2倍）。這研究不僅提供了一種有效的和通用的合成策略準備具有獨特CG和SD結構的高效貴金屬基納米材料，可以用于各種電催化和能量轉換應用，而且也提出了一些有關組成和結構與EOR電催化功能和機理關系的見解，設計制備高活性和耐久性的EOR電催化劑具有重要的借鑒意義。
LiuxuanLuo; Cehuang Fu; Fan Yang; Xiaolin Li; Fangling Jiang; Yangge Guo; FengjuanZhu; Lijun Yang; Shuiyun Shen; Junliang Zhang. Composition-Graded Cu–PdNanospheres with Ir-Doped Surfaces on N-Doped Porous Graphene for HighlyEfficient Ethanol Electro-Oxidation in Alkaline Media. ACS Catalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b05292
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b05292
21. ACS Catalysis: W2C負載的PtAuSn-A催化劑具有迄今為止最高的乙醇轉化生成CO2效率
乙醇作為一種新型綠色能源有著許多獨特的優點（例如毒性低，易于制取，高能量密度，易于運輸和儲存等）。因此，直接乙醇燃料電池（DEFCs）成為低溫燃料燃料電池研發的熱點。然而，大量的研究表明，乙醇電氧化（EOR）通常經過 C2途徑而導致催化過程中的轉移電子數低于12電子，從而能量無法得到完全利用。因此，提高催化劑在EOR過程中斷裂C-C鍵的能力成為發展DEFCs的關鍵技術之一。而且，直接乙醇燃料電池陽極催化劑通常以貴金屬鈀(Pd)為主要基礎元素之一，成本高而且容易被一氧化碳毒化而失活。負載型鈀催化劑設計和開發可以有效的降低貴金屬的用量和成本，提高了催化劑的電化學活性和壽命。常規的一些碳基載體材料由于其本身結構和性質限制了催化劑活性和耐久性的提升突破。因此，考慮表界面角度結構，設計新型的催化劑仍然是直接乙醇燃料電池陽極催化劑的發展關鍵之一。
近日，拉古納大學的Gonzalo García和奧地利因斯布魯克大學的Julia Kunze-Liebh?user教授等人研究了碳化鎢負載鉑(3 wt%)金(3 wt %)錫(10 wt %)催化劑(PtAuSn/W2C)在70℃溫度下對乙醇的電催化行為。以Vulcan XC-72負載的Pt(3 wt %)Au(3 wt %)Sn(10 wt%)催化劑(PtAuSn/C)作為參考。為了更好地理解反應機理，采用了電化學質譜(EC-MS)和傅里葉變換紅外光譜(FTIRS)等原位技術。研究發現PtAuSn/W2C具有比PtAuSn/C更高的電催化性能，在0.65 V（與室溫下的可逆氫電極(RHE)相比）下，在線定量EC-MS檢測到的CO2轉換效率為6.5%。在乙醇氧化反應(EOR)中，FTIR譜分析和EC-MS顯示在電位為0.05 VRHE時C-C鍵斷裂，CO2形成的啟動電勢為E≥0.20 VRHE。在PtAuSn/W2C中的鉑納米粒子的CO耐受性由于W2C上的氧化物物種的存在通過雙功能機制得到提高，并且通過電子效應將電荷從W2C載體轉移到金屬納米粒子上。
NiushaShakibi Nia; Olmedo Guillén-Villafuerte; Christoph Griesser; Gearóid Manning;Julia Kunze-Liebh?user; Carmen Arévalo; Elena Pastor;Gonzalo García. W2C-Supported PtAuSn—A Catalyst with the Earliest Ethanol Oxidation Onset Potential andthe Highest Ethanol Conversion Efficiency to CO2 Known till Date.ACS Catalysis, 2019.
DOI:10.1021/acscatal.9b04348
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b04348
22. Journal of Catalysis: 鹽誘導凝膠交聯法制備Fe-N摻雜定向多孔碳用于高效ORR催化劑
目前，鉑基催化劑被認為是最有效的ORR催化劑。但具有成本高、穩定性差、Pt溶解等缺點。因此，從長遠來看，開發低成本、高效率、耐用的ORR催化劑，對于促進金屬空氣電池和燃料電池在各個行業的商業應用至關重要。目前，各種非貴金屬催化劑被廣泛研究用于ORR，如無金屬雜原子摻雜碳材料、碳化物、氮化物、過渡金屬氧化物、過渡金屬氮摻雜碳(M?N/C)催化劑。其中，Fe-N/C材料催化劑被認為是最有前途的替代工業鉑基催化劑之一。除了控制組成外，碳載體材料的比表面積和結構也對顯示ORR活性材料的優異催化性能具有重要意義。具體來說，較大的比表面積可以暴露電解質中更多的催化劑活性位點；分級多孔結構有助于催化劑與電解質充分接觸，促進反應物、中間體和產物的質量運輸。然而，由于不確定的傳輸路徑，無序、不連通的孔隙結構對物質的快速傳遞存在一定的阻礙。因此，尋找一種制備具有互聯、定向和層次化多孔結構載體的催化劑的簡單方法成為優化催化劑性能的關鍵。
近日，燕山大學臧建兵教授等人提出了一種利用氯化鈣溶液誘導明膠交聯并作為定向孔模板制備Fe-N摻雜定向層狀多孔碳的新策略。而且，通過加入氯化鈉溶液可以控制微形貌和排列孔的長度。所制備的催化劑具有比表面積大、Fe-Nx活性位點(Fe-NHHPC-900)分布均勻的近距離定向蜂窩狀分級多孔結構。值得注意的是，Fe-NHHPC-900除了在堿性電解質中具有良好的耐久性外，還表現出非常優異的ORR性能，其半波電位為0.86 V，優于商業級Pt/C催化劑。作為超級電容器的電極材料，Fe-NHHPC-900還具有高的比電容、優異的速率性能和優異的穩定性。這一工作也證明了獨特的定向多孔結構可以提高超級電容器的性能和有效地優化催化劑活性。
PengfeiTian; Yanhui Wang; Wei Li; Shiwei Song; Shuyu Zhou; Hongwei Gao; Hanqing Xu;Xueqing Tian; Jianbing Zang. A salt induced gelatin crosslinking strategy toprepare Fe-N doped aligned porous carbon for efficient oxygen reductionreaction catalysts and high-performance supercapacitors. Journal of Catalysis,2019.
DOI:10.1016/j.jcat.2019.12.011
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.12.011
23. Small：原子級Fe-N-C與碳基Fe3C-Fe納米復合材料耦合，作為高效雙功能氧催化劑
高活性和耐用的雙功能氧電催化劑對于清潔和可再生能源轉換設備至關重要，該催化劑可用于改善氧還原/釋放反應（ORR/OER）固有的緩慢動力學過程，但地球上缺乏豐富的電催化劑仍然是一個挑戰。Fe-N-C催化劑具有許多與生俱來的優點，被認為是貴金屬基催化劑的替代品，但由于其穩定性差，催化機理不明，急需進一步改進。
近日，華中科技大學韓建濤、南方科技大學黃麗、中科院上海應用物理研究所Zheng Jiang等研究人員，采用一種簡單、可擴展的方法，制備了一種原子級Fe-N-C電催化劑，該催化劑與三維碳基體（Fe-SAs/Fe3C-Fe@NC）中的低結晶Fe3C-Fe納米復合材料相耦合。與原子態FeNx物種和結晶Fe3C-Fe納米顆粒相比，Fe-SAs/Fe3C-Fe@NC催化劑在ORR（E1/2，0.927v）和OER（EJ=10，1.57v）中均表現出高的電催化活性和良好的穩定性，其在碳納米纖維上具有豐富的垂直支化碳納米管。這種性能得益于多組分的強協同效應和獨特的結構優勢。深入的X射線吸收精細結構分析和密度泛函理論計算進一步證明，更多來自改性Fe團簇的額外電荷通過增強氧吸附能決定性地促進原子FeN4構型的ORR/OER性能。該研究為合理設計和合成經濟實用的雙功能氧電催化劑提供了新的視角。
XuepingSun, Peng Wei, Songqi Gu, et al. Atomic‐Level Fe‐N‐C Coupled with Fe3C‐FeNanocomposites in Carbon Matrixes as High‐Efficiency Bifunctional OxygenCatalysts. Small, 2019.
DOI:10.1002/smll.201906057
https://www.x-mol.com/paperRedirect/6032923
24. Small：氧磷共摻雜MoS2結構工程，有助于改善MoS2的析氫性能
氫被認為是最有吸引力的能源載體，有望在未來取代化石燃料，從而擺脫化石燃料日益枯竭和隨之而來的環境問題。目前，大量H2的生產主要來自碳氫化合物的蒸汽重整，這是一種依賴于石油工業的能源消耗。為了推動氫經濟的到來，新的制氫技術，特別是光催化和電催化水裂解技術在過去的幾十年里得到了廣泛的研究。劍橋大學的Jinlong Liu與南京信息科技大學Dongdong Zhu合作，使用一鍋NaH2PO2輔助水熱法制備具有多孔結構和連續導電網絡的氧和磷雙摻雜的MoS2納米片（O,P-MoS2）。
通過簡單地改變前驅體溶液，可以有效地控制其化學組成和生成的結構，從而獲得所需的析氫反應性能。由于摻入的氧和磷之間具有有益的結構和強大的協同作用，與單氧摻雜的MoS2納米片（O-MoS2）相比，最佳比例的的O,P-MoS2具有更好的電催化性能。具體而言，通過O和P共摻雜的MoS2結構工程實現了150 mV的低HER起始過電勢和53mV dec-1的小塔菲爾斜率、優異的電導率和長期耐久性使其成為水電催化的高效催化劑。這項工作提供了一種替代策略，可將過渡金屬二鹵化物用作電催化和相關能源應用的先進材料。
JinlongLiu, Zhenyu Wang, Jun Li, Lujie Cao, Zhouguang Lu, Dongdong Zhu. StructureEngineering of MoS2 via Simultaneous Oxygen and PhosphorusIncorporation for Improved Hydrogen Evolution. Small 2020, 1905738.
DOI:10.1002/smll.201905738
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201905738
25. EnSM：有限生長的多孔氮摻雜氧化鈷納米陣列，作為鋅空電池的雙功能氧氣電催化劑
氧化鈷因其對氧分子的解離和形成的固有活性而有望成為雙功能氧氣電催化劑。不幸的是，有限的可進入的活性位點和較低的活性，嚴重阻礙了它們的實際利用。基于此，德累斯頓工業大學的Jian Zhang和Xinliang Feng通過對鈷基沸石-咪唑酸鹽骨架（Co-ZIF）進行適度氧化，在碳布（CC）上原位制備了由超細氮摻雜氧化鈷（NP-Co3O4）納米粒子（4-5 nm）組成的垂直排列的多孔納米陣列。2-甲基咪唑鹽配體在Co位點間的氧化分解不僅限制了鈷氧化物的生長，而且為實現低溫（200 °C）氮摻雜提供了氮源。
在堿性電解液中，制成的NP-Co3O4/CC在10 mA cm?2的電流密度下表現出極高的氧還原反應（ORR）半波電勢，約為0.9 V，而氧析出反應（OER）的超電勢降低了330 mV，顯示出創紀錄的0.66 V的低電位差。作為可充電水系和全固態柔性鋅空氣電池中的雙功能氧電極，基于NP-Co3O4/CC的電池表現出高達200mW cm?2和99.8 mW cm?3的超高功率密度，遠高于報道的雙功能氧氣電催化劑。這項工作為多孔氮摻雜金屬氧化物制備高性能鋅空氣電池開辟了新的途徑。
XiaWang, Zhongquan Liao, Yubin Fu, Christof Neumann, Andrey Turchanin, Gyutae Nam,Ehrenfried Zschech, Jaephil Cho, Jian Zhang, Xinliang Feng. Confined Growth ofPorous Nitrogen-doped Cobalt Oxide Nanoarrays as Bifunctional OxygenElectrocatalysts for Rechargeable Zinc–Air Batteries. Energy StorageMaterials, 2019.
DOI:10.1016/j.ensm.2019.12.043
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719311213
