1. Chem. Soc. Rev.綜述：用于生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的新型多相催化劑：反應(yīng)機理的研究
開發(fā)有效的催化劑來分解和轉(zhuǎn)化木質(zhì)生物質(zhì)，將是通過使用廉價、高度豐富和可再生的碳資源來實現(xiàn)可持續(xù)經(jīng)濟和環(huán)境全球目標(biāo)的范式轉(zhuǎn)變。然而，由于木質(zhì)纖維素的復(fù)雜性，其開發(fā)極具挑戰(zhàn)性，而且目前大多數(shù)生物質(zhì)都被簡單地當(dāng)作廢物處理。解決之道在于設(shè)計能有效控制底物活性和產(chǎn)物選擇性的多功能催化劑。然而，由于缺乏對活性中心的確切作用和支撐催化活性的催化劑-底物化學(xué)的基本了解，多功能催化劑的發(fā)展比較緩慢。此外，僅靠活性中心往往不能提供所需的產(chǎn)物選擇性，因此迫切需要充分了解活性中心的微環(huán)境。
近日，中科院化學(xué)研究所韓布興院士，英國曼徹斯特大學(xué)楊四海教授綜述了近年來在新興多相催化劑上生物質(zhì)轉(zhuǎn)化反應(yīng)機理研究上，利用同位素標(biāo)記技術(shù)、核磁共振、SXPD、XAS、INS和DFT等方法研究的反應(yīng)機理的研究進展，特別是生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中底物和催化劑之間的結(jié)合作用。這些見解將為未來催化系統(tǒng)的設(shè)計以實現(xiàn)更高的活性和選擇性提供指導(dǎo)。
本文要點：
1）反應(yīng)機理與包括：i）催化劑的結(jié)構(gòu)、活性中心和載體；ii）底物的性質(zhì)、化學(xué)鍵的性質(zhì)和中間體；iii）反應(yīng)條件，例如溶劑、壓力、添加劑和溫度等密切相關(guān)，作者對其進行了詳細的總結(jié)。此外，總結(jié)的反應(yīng)包括水解、脫水、異構(gòu)化、羥醛縮合、逆羥醛縮合、氫化、氫解、HDO、氫化物轉(zhuǎn)移、開環(huán)、脫羧、Diels–Alder環(huán)加成和氧化等。
2）作者總結(jié)了多孔固體催化劑用于生物質(zhì)生產(chǎn)芳烴和低碳烯烴的反應(yīng)機理。輕烯烴(乙烯、丙烯和丁烯)和芳烴(苯、甲苯和二甲苯)是最重要的兩類大宗化學(xué)品，全球年產(chǎn)量分別約為4億噸和1.6億噸。它們是石化和聚合物(如纖維、橡膠和塑料)的基本組成部分。
3）作者總結(jié)了生物塑料合成的反應(yīng)機理，如將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物塑料前體，如乳酸和2，5-呋喃二甲酸（FDCA）。
4）作者總結(jié)了燃料液體烷烴的合成機理，包括碳水化合物轉(zhuǎn)化為2，5-二甲基呋喃（DMF）、木質(zhì)纖維素直接轉(zhuǎn)化為液態(tài)烷烴和串聯(lián)生產(chǎn)長鏈烷烴三種策略。
5）作者最后總結(jié)了生物質(zhì)轉(zhuǎn)化中涉及C-O鍵和C-C鍵的反應(yīng)。
這篇綜述沒有總結(jié)各種催化劑的催化性能，而是試圖分析在選定的多相催化劑上反應(yīng)的活性中心的性質(zhì)和反應(yīng)機理，以期為設(shè)計未來高效的生物質(zhì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)提供關(guān)鍵的見解。
Longfei Lin, et al, Emerging heterogeneous catalysts for biomass conversion: studies of the reaction mechanism, Chem. Soc. Rev., 2021
DOI: 10.1039/d1cs00039j
https://doi.org/10.1039/d1cs00039j
2. Acc. Chem. Res.: 配體羧酸鹽對電催化水氧化的影響
由于全球變暖，化石燃料短缺和嚴(yán)重的氣候變化促使人們對碳中和和可再生能源進行了廣泛的研究。氫氣 (H2) 是一種清潔且能量密度高的燃料，已成為滿足能源需求和減少溫室氣體排放的潛在解決方案。目前，水氧化(water oxidation, WO)是水制氫整個過程中的瓶頸。因此，設(shè)計用于 WO 的高效催化劑已成為近年來備受關(guān)注的研究領(lǐng)域。在迄今為止報道的所有分子催化劑中，釕基催化劑因其較其他過渡金屬催化劑具有較強的活性和較強的穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。
有鑒于此，瑞典斯德哥爾摩大學(xué)Biswanath Das等人，總結(jié)了最近對釕基催化劑中配體羧酸鹽對電催化水氧化影響的研究進展。
本文要點：
1）在過去的20年里，研究人員研究了廣泛的釕配合物，在周轉(zhuǎn)數(shù)(TON)和周轉(zhuǎn)頻率(TOF)方面對WO表現(xiàn)出令人印象深刻的催化性能。然而，為了生產(chǎn)實際適用的電化學(xué)、光化學(xué)或光電化學(xué)WO反應(yīng)器，進一步改善催化劑的結(jié)構(gòu)以降低過電位和提高WO速率是至關(guān)重要的。WO反應(yīng)即從水中生成分子氧和質(zhì)子，需要通過多重質(zhì)子和電子轉(zhuǎn)移的協(xié)同形成 O-O 鍵。因此，使用可以接受和轉(zhuǎn)移電子的氧化還原非無辜配體框架促進這些過程引起了廣泛關(guān)注。通過對釕配合物中配體結(jié)構(gòu)的策略性修飾，實現(xiàn)了質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移(PCET)和原子質(zhì)子轉(zhuǎn)移(APT)，以促進 O-O 鍵的形成在這些努力中發(fā)揮了核心作用。
2）特別是，使用含有羧酸基團的配體框架已經(jīng)獲得了很有希望的結(jié)果，這些羧酸基團要么直接鍵合到金屬中心，要么位于金屬中心附近。通過在配體中引入羧酸基團來改善催化劑的氧化還原和化學(xué)性質(zhì)已經(jīng)被證明是非常普遍的，例如一系列以吡啶、咪唑和噠嗪為核心的配體支架為特征的單核和雙核釕配合物。在第一個配位球中，羧酸基團作為帶負電荷的配體牢固地與金屬中心配位，提高了配合物的穩(wěn)定性，防止了催化過程中的金屬浸出。另一個重要的現(xiàn)象是形成高價中間體所需的電位的降低，特別是金屬-氧化合物，它們積極參與關(guān)鍵的O-O鍵的形成步驟。此外，靠近活性中心的游離羧酸/羧酸單元顯示出了令人興奮的質(zhì)子供體/受體性質(zhì)(通過PCET或APT，化學(xué)上無害)，這可以顯著提高WO反應(yīng)的速率和過電位。
Biswanath Das et al. The Impact of Ligand Carboxylates on Electrocatalyzed Water Oxidation. Acc. Chem. Res., 2021.
DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00298
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00298
3. Nature Commun.：核殼結(jié)構(gòu)納米材料，助力高強度和高塑性合金
氧化物彌散強化（ODS）合金具有優(yōu)異的蠕變抗力、良好的高溫組織穩(wěn)定性和良好的抗輻照性能，是一類重要的高溫合金，具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，由于氧化物顆粒傾向于聚集在金屬基體的晶界，其對金屬基體力學(xué)性能的改善作用往往比較有限。近日，天津大學(xué)劉永長教授，馬宗青教授報道了成功地將陶瓷氧化物納米顆粒均勻分散在金屬基體晶粒內(nèi)，晶間氧化物顆粒完全消失，最終制備出高性能ODS合金。
本文要點：
1）該策略的關(guān)鍵是利用氧化物@W核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米粉末作為低溫?zé)Y(jié)理想的鎢基ODS合金的前驅(qū)體。高密度的氧化物納米顆粒被引入到W晶粒的內(nèi)阱中。這些晶內(nèi)氧化物納米顆粒的尺寸只有1-3 nm，與周圍的W基體具有完全的晶格相關(guān)性。
2）經(jīng)高能鍛造處理后，該合金的強度和塑性均有較大幅度的提高，優(yōu)于以往報道的純W或第二相顆粒強化W合金。這種以核殼粉末為前驅(qū)體制備高性能ODS合金的策略，有望推廣到其他彌散強化合金體系。
Dong, Z., Ma, Z., Yu, L. et al. Achieving high strength and ductility in ODS-W alloy by employing oxide@W core-shell nanopowder as precursor. Nat Commun 12, 5052 (2021)
DOI：10.1038/s41467-021-25283-2
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25283-2
4. Nature Commun.：一種具有類金活性和類銅選擇性的過渡金屬碳化物用于電催化CO2還原反應(yīng)
電化學(xué)CO2還原反應(yīng)（eCO2RR）發(fā)展面臨的最大挑戰(zhàn)是獲得一種儲量豐富的高活性電催化劑，能夠在相對較低的過電位下選擇性地產(chǎn)生碳氫化合物。近日，美國伊利諾伊理工大學(xué)Mohammad Asadi，勞倫斯伯克利國家實驗室David Prendergast報道了一種二維（2D）過渡金屬碳化物材料（W2C）的eCO2RR性能。
本文要點：
1）研究人員采用先碳化后液相剝離的方法合成了四種M2C形式的TMCs，即W2C、Mo2C、Nb2C和V2C 納米片（NFs），并測試了它們在KOH：CC（3M：2M）電解液中對eCO2RR的催化性能。TMCs的電催化性能研究表明，這些材料主要對CH4的生成具有選擇性，在所研究的催化劑中，W2C NFs電催化劑具有最佳的CO2RR活性。CH4最大電流密度為?421.63 mA/cm2，法拉第效率為82.7%±2%。電化學(xué)結(jié)果還表明，在電解液中加入CC可以抑制所有研究的TMC的析氫（HER）副反應(yīng)，從而促進CO2RR產(chǎn)物的形成。而NMR和13CO2同位素標(biāo)記實驗證實了CC在電化學(xué)實驗過程中保持穩(wěn)定。
2）XPS、XRD和STEM表征表明，所有合成的TMCs都具有相似的1T晶格結(jié)構(gòu)，優(yōu)勢晶面為(101)，平均晶粒尺寸基本相同，為25.4 nm。此外，TMCs的電學(xué)性質(zhì)分析表明，W2C NFs具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)：低功函數(shù)；電化學(xué)雙電層區(qū)域小的電荷轉(zhuǎn)移電阻；以及表面W原子的大量還原，這可能是導(dǎo)致觀察到的其具有高活性的原因。計算結(jié)果表明，與Cu相比，所研究的TMC對CO2和水具有自發(fā)的化學(xué)吸附作用。W2C表現(xiàn)出制取CH4的最佳性能，具有良好的水和CO2的吸附能與自發(fā)解離耦合，及較低能壘的OH*質(zhì)子化（這是限制步驟），具有0.483至0.744 V （vs RHE）范圍內(nèi)的低限制電位。
3）利用W2C NFs，研究人員研制了一種太陽能驅(qū)動的液流電解槽，在一次太陽光照射下，該電解槽可以工作700 h，太陽能對CH4的轉(zhuǎn)換效率和總SFE分別為17.3%和20.7%。使用非貴金屬催化劑（W2C NFs）的太陽能驅(qū)動液流電解槽的最高效率達到62.3%，接近商業(yè)上相關(guān)的CO2RR電催化劑。這為低成本、可持續(xù)地大規(guī)模生產(chǎn)可隨時隨地使用的燃料（來自CO2）開辟了新的方向。
Esmaeilirad, M., Baskin, A., Kondori, A. et al. Gold-like activity copper-like selectivity of heteroatomic transition metal carbides for electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction. Nat Commun 12, 5067 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25295-y
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25295-y
5. Nature Commun.：WS2莫爾超晶格用于析氫反應(yīng)
莫爾超晶格 (MSL) 的發(fā)現(xiàn)開啟了“twistronics”研究的新紀(jì)元。MSLs工程和實現(xiàn)獨特的新興性質(zhì)是關(guān)鍵挑戰(zhàn)。近日，南京郵電大學(xué)趙強，黃維院士，Longlu Wang等報道了一種高效的合成策略，通過簡單的一步水熱法基于 WS2 納米帶的機械柔韌性來制造 MSL。
本文要點：
1）與以前通常通過將單層堆疊在一起并使用復(fù)雜的方法創(chuàng)建的 MSLs 不同，該工作報道的 WS2 MSLs 可以在由納米帶合成過程中的機械不穩(wěn)定性驅(qū)動直接獲得。
2）當(dāng)將“twistronics”應(yīng)用于催化制氫領(lǐng)域時，作者發(fā)現(xiàn)了包括優(yōu)異的導(dǎo)電性、特殊的超疏氣性和超親水性以及增強的電催化活性在內(nèi)的新興特性。
3）理論計算表明，這種優(yōu)異的催化性能可歸因于扭曲雙層活性位點更接近熱中性的氫吸附自由能值。
該工作為通過莫爾超晶格工程設(shè)計先進的 WS2 催化劑提供了思路。
Lingbin Xie, et al. WS2 moiré superlattices derived from mechanical flexibility for hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2021
DOI: 10.1038/s41467-021-25381-1
https://www.nature.com/articles/s41467-021-25381-1
6. JACS: 3D 納米錐TiO2 基光電催化劑高效降解持久性污染物
光電催化 (PEC) 將有機污染物降解為 CO2 和 H2O，是解決日益嚴(yán)重的環(huán)境問題的一種很有前景的策略。二氧化鈦（TiO2）因其良好的性能和環(huán)境友好性而被廣泛研究；然而，TiO2 催化劑的 PEC 活性由于其快速的電子-空穴復(fù)合而受到很大限制。有鑒于此，蘭州大學(xué)李燦院士和李澤龍教授等人，報道了一種TiO2基納米錐體光電催化劑，具有優(yōu)越的降解性能和優(yōu)異的耐久性。
本文要點：
1）采用乙二胺四乙酸二鈉(Na2EDTA)輔助水熱法制備了三維錐形結(jié)構(gòu)的TiO2光電催化劑，以消除持久性有機污染物。由于電荷分離和傳質(zhì)效率的顯著提高以及光生活性物質(zhì)的大量增加，錐型TiO2催化劑對4-CP的降解和礦化表現(xiàn)出了較好的PEC性能。
2）在濃度為20ppm時，該獨特的錐形催化劑可促進對4-氯苯酚(4-CP)的PEC降解，降解效率達99%，濃度為20 ppm時礦化效率達55%以上。納米錐催化劑的歸一化表觀速率常數(shù)為5.05 h-1 g-1 m2，分別是納米棒催化劑的3倍和聚集顆粒催化劑的6倍。
3）進一步的表征表明，TiO2的錐形形態(tài)可以使光生電荷更有效地分離和轉(zhuǎn)移，從而獲得優(yōu)異的PEC活性。此外，計算流體動力學(xué)模擬表明，三維錐形結(jié)構(gòu)有利于傳質(zhì)。
總之，該工作強調(diào)了在納米尺度上調(diào)整光電催化劑的形態(tài)不僅可以促進電荷轉(zhuǎn)移，而且可以促進質(zhì)量傳輸，共同提高了PEC在降解持久性污染物中的性能。
Rui Song et al. Highly Efficient Degradation of Persistent Pollutants with 3D Nanocone TiO2-Based Photoelectrocatalysis. J. Am. Chem. Soc., 2021.
DOI: 10.1021/jacs.1c05008
https://doi.org/10.1021/jacs.1c05008
7. Angew：通過凝膠輔助沉淀實現(xiàn)中空金屬氧化物微球的通用合成
中空金屬氧化物微球（HMMs）在不同的研究領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)引起了人們極大的關(guān)注。目前迫切需要適用于多種金屬氧化物的可靠、可擴展的合成方案。鑒于此，中科院化學(xué)研究所萬立駿院士，曹安民研究員報道了聚合物水凝膠本身利用其獨特的結(jié)構(gòu)特征，即兩相交織在一起，固體顆粒網(wǎng)絡(luò)被液體溶劑溶脹，為合成HMMs提供了一個有效平臺。
本文要點：
1）HMMs合成沒有關(guān)注功能材料凝膠的固體骨架，而是從不同的角度進行設(shè)計，關(guān)注水相的利用，水相的高度分散狀態(tài)被固體網(wǎng)絡(luò)隔離，這為通過有利的凝膠輔助沉淀（GAP）過程完成模板化過程提供了良好的契機。
2）研究發(fā)現(xiàn)，儲水池中溶解的金屬前驅(qū)體在水分蒸發(fā)時表現(xiàn)出有利于多相沉淀而不是均相沉淀的生長行為，確保了聚合物顆粒水凝膠骨架上可靠的模板效應(yīng)，從而擺脫了包覆或配位過程的繁瑣控制，確保了一種簡單有效的合成工藝，適用于多種功能HMMs，例如所討論的20多種不同的金屬物種。具體來說，凝膠輔助法制備的Nb2O5具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性，是一種極有前途的鋰離子插層贗電容器（LIIP）電極材料。
Jin-Min Luo, et al, A General Synthesis Strategy for Hollow Metal Oxide Microspheres Enabled by Gel-Assisted Precipitation, Angew. Chem. Int. Ed. 2021
DOI: 10.1002/anie.202106481
https://doi.org/10.1002/anie.202106481
8. Angew：沸石調(diào)節(jié)的活性中心接近度用于高效生產(chǎn)2-戊酮酸生物燃料
生物燃料的生產(chǎn)是緩解目前對化石資源的嚴(yán)重依賴和相關(guān)的CO2排放問題的一個可行的選擇。加氫脫氧是在生產(chǎn)生物燃料中一系列重要的生物精煉工藝。近日，中科院大連化物所張濤院士，Wenhao Luo，荷蘭烏得勒支大學(xué)Bert M. Weckhuysen報道了提出了一種新的策略來直接生產(chǎn)2-戊酮酸生物燃料，從乙酰丙酸乙酯(EL)開始，而不是通常開始的分子LA，并使用具有有限活性中心的沸石負載的雙功能催化劑。與以前報道的基于LA的路線相比，所提出的基于EL的路線顯示出顯著的優(yōu)點：i）通過木質(zhì)纖維素材料的醇解可以有效地產(chǎn)生EL作為下游平臺分子，其中通過不希望發(fā)生的縮合反應(yīng)可以比基于LA的路線更有效地抑制胡敏素的形成；ii）通過使用溫和的酯而不是質(zhì)酸作為底物來減輕催化劑的反應(yīng)介質(zhì)的嚴(yán)密性，從而更適合于施加更高底物濃度甚至更整齊的底物。
本文要點：
1）研究人員提出了一種簡單有效的合成方法，可以直接生成限制在Y型沸石微孔中的高度分散的超小Ru顆粒。
2）結(jié)合最新的基于電子顯微鏡的技術(shù)和實驗方法，研究人員發(fā)現(xiàn)，沸石調(diào)節(jié)的金屬和酸性中心之間的受限接近對于EL直接加氫氧化生成戊酸生物燃料，顯著提高催化活性和戊酸生物燃料選擇性至關(guān)重要。此外，Y沸石中La的存在可以顯著提高催化劑的穩(wěn)定性，并抑制沸石在催化過程中的脫鋁和脫硅。
3）所提供的對該反應(yīng)背后親和性官能區(qū)HDO性能改善的理解，不僅將在高效生產(chǎn)戊酸生物燃料方面向前邁進一步，而且還將有助于理解串聯(lián)催化中類似的加氫反應(yīng)，這有望在基礎(chǔ)研究方面取得更大進展。
Jiang He, et al, Zeolite-Tailored Active Site Proximity for the Efficient Production of Pentanoic Biofuels, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202108170
https://doi.org/10.1002/anie.202108170
9. Nano Lett.：具有 3D 納米拓撲結(jié)構(gòu)的原子級薄光學(xué)各向同性薄膜
平面光學(xué)旨在用于芯片上高速和低功耗操作的光學(xué)系統(tǒng)的小型化，并集成輕薄的組件。近日，芝加哥大學(xué)Jiwoong Park等報道了通過使用各向異性二維 (2D) 薄膜的三維 (3D) 形貌重建來平衡亞波長尺度上的面外和面內(nèi)光學(xué)響應(yīng)來實現(xiàn)原子級薄但光學(xué)各向同性的薄膜。
本文要點：
1）作者通過在納米圓頂結(jié)構(gòu)基地上共形生長單層過渡金屬二硫?qū)倩?(TMD) 薄膜來實現(xiàn)這一點。
2）與它們的平面薄膜對應(yīng)物相比，所得薄膜的面外磁化率增加了一個數(shù)量級，具有提高的角性能，在離軸吸收中顯示偏振各向同性，以及改進的光致發(fā)光發(fā)射曲線。
3）進一步研究表明，這種光學(xué)特性的 3D 幾何設(shè)計適用于不同的 TMD 材料，為整個可見光范圍提供光譜普遍化。
該工作報道的方法提供了一個強大的平臺，用于推進具有定制設(shè)計的光-物質(zhì)相互作用的原子級薄平面光學(xué)器件的開發(fā)。
Myungjae Lee, et al. Atomically Thin, Optically Isotropic Films with 3D Nanotopography. Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02478
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02478
10. Nano Lett.：Fe-硫?qū)倩锍瑢?dǎo)體中超導(dǎo)性與鐵磁性之間的強相關(guān)性
拓撲學(xué)、超導(dǎo)性和磁性之間的相互作用有望在量子材料中帶來大量奇異和不尋常的現(xiàn)象。Fe-硫?qū)倩锍瑢?dǎo)體 FeTexSe1-x 家族由于其固有的拓撲能帶結(jié)構(gòu)、高溫超導(dǎo)性和非常規(guī)配對對稱性而與此領(lǐng)域直接相關(guān)。盡管有巨大的希望和期望，但 FeTexSe1-x的局部磁特性在很大程度上仍未被探索，這阻礙了對其潛在材料特性的全面了解。近日，加州大學(xué)圣地亞哥分校Chunhui Rita Du等利用金剛石中的氮空位 (NV) 中心，報道了由剝落的 FeTexSe1-x 薄片產(chǎn)生的磁通量的納米級量子傳感和成像，證明了 FeTexSe1-x（FeTe0.7Se0.3 ，F(xiàn)TS）中的超導(dǎo)性和鐵磁性之間的強相關(guān)性。
本文要點：
1）通過NV Rabi振蕩測量，作者直接對 FTS 中超電流的空間分布進行了成像。通過磁共振的 NV 光學(xué)檢測 (ODMR) 和弛豫技術(shù)測量雜散磁場和波動，作者證明了 FTS 中超導(dǎo)性和鐵磁性之間的強相關(guān)性。
2）該工作建立的拓撲超導(dǎo)體中超導(dǎo)性和鐵磁性的共存為探索量子材料中的奇異自旋和電荷傳輸現(xiàn)象開辟了新的機會。NV 中心和 FeTexSe1-x 之間已證明的耦合也可以應(yīng)用于開發(fā)下一代基于固態(tài)的量子信息技術(shù)的混合架構(gòu)。
Nathan J. McLaughlin, et al. Strong Correlation Between Superconductivity and Ferromagnetism in an Fe-Chalcogenide Superconductor. Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02424
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02424
11. Nano Lett.：原位解析 SnO2 (110) 表面的原子重建
了解納米晶體的表面重構(gòu)對其應(yīng)用非常重要，但由于重建條件下的原子級結(jié)構(gòu)信息缺乏，它仍然具有挑戰(zhàn)性。近日，浙江大學(xué)Yong Wang，Wentao Yuan等通過原位球差校正掃描透射電子顯微鏡 (STEM)，研究了納米晶 SnO2 (110) 表面的重構(gòu)。
本文要點：
1）作者通過原位明場和高角度環(huán)形暗場 STEM 圖像明確表面/亞表面 Sn 和 O的精確排列，為SnO2 (110)-(1×2)表面確定了一個Sn2O模型。
2）密度泛函理論 (DFT) 計算表明，表面突出的 Snδ+ 可以作為激活 O2 分子的活性位點。
3）在原子級重構(gòu)行為的原位觀察和DFT計算的基礎(chǔ)上，作者還揭示了能量驅(qū)動的重構(gòu)過程。
該工作將有助于澄清關(guān)于 SnO2 (110) 表面重構(gòu)及其內(nèi)在特性的長期爭論。
Guanxing Li, et al. In Situ Resolving the Atomic Reconstruction of SnO2 (110) Surface. Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c02501
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.1c02501
12. Small: MOFs作為化學(xué)制氫催化劑的研究進展
氫氣是一種清潔和可持續(xù)的能源載體，被認為是解決全球能源危機和應(yīng)對氣候變化的有前途的化石燃料替代品。金屬有機框架（MOFs）是一種獨特的晶態(tài)多孔材料，具有高度有序的孔隙率和可調(diào)控的結(jié)構(gòu)，可以為非均相催化提供包括金屬節(jié)點、功能連接體和缺陷在內(nèi)的活性位點。而且，在高度有序的MOFs中易于構(gòu)建活性位點，可以作為精細的活性位點工程的模板，使MOFs成為包括化學(xué)催化制氫在內(nèi)的各種非均相催化劑的理想候選材料。
有鑒于此，中國林業(yè)科學(xué)研究院的蔣劍春院士和鄭州大學(xué)的李保軍教授等人，綜述了MOFs作為化學(xué)催化制氫催化劑的最新進展，討論了MOFs在該領(lǐng)域的研究方法、催化機理及展望，提出了MOFs作為制氫催化劑在未來工業(yè)應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)。
本文要點：
1）MOFs通常被用作載體來封裝超小尺寸和高分散的金屬納米顆粒(MNPs)，其中MNPs作為催化位點，MOFs作為MNPs的穩(wěn)定劑。另外，活性MNPs與有機連接體或金屬團簇上功能基團的相互作用，可以通過在原子水平上調(diào)控催化劑的電子性質(zhì)來顯著改善復(fù)合催化劑的性能。對于MNPs-MOFs而言，活性金屬NPs的空間位置及其與MOFs載體的相互作用對其催化性能起著至關(guān)重要的作用。
2）雖然MOFs基催化劑在化學(xué)催化制氫中的應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的進展，然而，仍然存在巨大的挑戰(zhàn)。（a）具有目標(biāo)結(jié)構(gòu)的MOFs材料的設(shè)計和合成仍然是一項較大的挑戰(zhàn)。（b）MOFs基催化劑催化制氫的機理尚不清楚，非常有必要探索先進的原位和非原位表征技術(shù)結(jié)合理論計算，以深刻理解催化機制，尤其是原位理解金屬物種、氧化態(tài)、微配位環(huán)境對催化劑活性和選擇性的影響。（c）工業(yè)應(yīng)用條件對MOFs催化劑基材的強度有一定的力學(xué)性能要求，然而，有關(guān)這方面的報道目前還沒有，這是MOFs催化劑工業(yè)化應(yīng)用中需要解決的關(guān)鍵問題。明確形成過程對催化劑力學(xué)性能的影響，將是未來的重點研究方向之一。
Lina Zhang et al. Advances and Prospects in Metal–Organic Frameworks as Key Nexus for Chemocatalytic Hydrogen Production. Small, 2021.
DOI: 10.1002/smll.202102201
https://doi.org/10.1002/smll.202102201
