1. Chem. Soc. Rev.綜述：Cu基催化劑上CO2和CO電催化還原成多碳化合物的研究進展
CO2與H2O的電催化還原為多碳(C2+)化合物，特別是C2+烯烴和含氧酸鹽在化工和能源工業(yè)中有著廣泛的應用，在緩解化石資源枯竭和減少碳排放方面具有巨大的潛力。電催化CO2還原為C2+化合物主要有兩種途徑，即直接途徑和間接途徑。電催化CO2還原為CO的方法已經(jīng)在固體氧化物電解液中實現(xiàn)商業(yè)化，這使得間接路線CO轉(zhuǎn)化為C2+化合物也成為一種很有前途的選擇。近日，廈門大學王野教授綜述了Cu基催化劑上CO2和CO還原反應（CO2RR和CORR）生成C2+化合物（包括C2H4、C2H5OH、CH3COO-和n-C3H7OH）的異同。
本文要點：
1）作者首先概述了這兩種電催化反應的基本情況，包括陰極和陽極反應、電催化反應器和關鍵的性能參數(shù)。其次，對反應機理，特別是C-C偶聯(lián)機理進行了總結。
2）作者對用于這兩種反應的高效催化劑和體系進行了總結。并分析了影響電催化CO2RR和COR選擇性、活性和穩(wěn)定性的關鍵因素。
3）作者最后指出了電催化CO2RR和COR的機遇、挑戰(zhàn)和未來發(fā)展趨勢。
這些見解將為C2+烯烴和含氧物合成的工業(yè)相關催化劑和體系的設計提供重要指導。
Wenchao Ma, et al, Electrocatalytic reduction of CO2 and CO to multi-carbon compounds over Cu-based catalysts, Chem. Soc. Rev., 2021
DOI: 10.1039/d1cs00535a
https://doi.org/10.1039/d1cs00535a
2. Nature Commun.: 回收鈣鈦礦太陽能組件的鉛和透明導電玻璃
鈣鈦礦光伏模組正在獲得越來越多的共同點，可以與硅光伏合作或與之競爭，以降低太陽能成本。然而，可能決定該技術命運的具有成本效益的有毒鉛 (Pb) 廢物管理尚未開發(fā)出來。北卡羅來納大學黃勁松等人報道了鈣鈦礦太陽能模組的報廢材料管理。
本文要點：
1）回收有毒鉛和有價值的透明導電玻璃，以保護環(huán)境并從回收材料中創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益。鉛通過弱酸性陽離子交換樹脂從退役組件中分離出來，可作為可溶性Pb(NO3)2 釋放，然后以PbI2的形式沉淀以供再利用，回收效率為99.2%。
2）熱分層拆解帶有完整透明導體和蓋玻片的封裝模塊。基于回收碘化鉛和回收透明導電玻璃的再制造設備顯示出與基于新鮮原材料的設備相當?shù)男阅堋３杀痉治霰砻鳎@種回收技術具有經(jīng)濟吸引力。
Chen, B., Fei, C., Chen, S. et al. Recycling lead and transparent conductors from perovskite solar modules. Nat Commun 12, 5859 (2021).
https://doi.org/10.1038/s41467-021-26121-1
3. Nature Commun.：氮化石墨烯量子點的可控生長和制備
石墨烯量子點(GQDs)的光物理和光化學性質(zhì)在很大程度上取決于其形態(tài)和化學特征。然而，由于生長和摻雜等競爭反應的存在使其難以控制，以及復雜的純化后處理過程，故對GQDs的化學結構的進行系統(tǒng)和統(tǒng)一操作仍然具有挑戰(zhàn)性。有鑒于此，韓國科學技術研究院Sukang Bae等報道了一種高效和可擴大制備的策略，用于化學合成定制N摻雜的GQDs (NGs)，
本文要點：
1）通過簡單的一步溶劑催化反應，分子前驅(qū)體進行熱分解自組裝，所獲得的材料具有高的均勻性和結晶度。
2）研究發(fā)現(xiàn)，含氮前驅(qū)體在生成氮化物過程中的石墨化過程可通過與溶劑分子的分子間相互作用進行調(diào)節(jié)，理論計算和各種光譜分析證實了其機理。
3）鑒于NGs具有良好的可見光響應和光催化活性，該方法有望在不久的將來促進GQDs在各種領域中的實際應用。
Moon, B.J., Kim, S.J., Lee, A. et al. Structure-controllable growth of nitrogenated graphene quantum dots via solvent catalysis for selective C-N bond activation. Nat Commun 12, 5879 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-26122-0
https://doi.org/10.1038/s41467-021-26122-0
4. PNAS：Pt-焦綠石雙功能氧電催化劑用于高性能AEM組合式再生燃料電池
固定氣體組合式再生燃料電池（FG-URFC）的性能受到氧電催化劑雙功能（析氧反應（OER）和氧還原反應（ORR））催化活性的限制。性能良好的雙功能氧電催化劑需要滿足高OER和ORR催化活性。近日，圣路易斯華盛頓大學Vijay K. Ramani報道了在Pb2Ru2O7-x上沉積Pt合成了一種Pt-Pb2Ru2O7-x，其中Pt表現(xiàn)出高ORR，而Pb2Ru2O7-x表現(xiàn)出高的OER和中等的ORR活性。
本文要點：
1）Pt-Pb2Ru2O7-x表現(xiàn)出比基準OER（IrO2，η@10mAcm-2=0.35±0.02 V）和ORR（Pt/C，η@-3mAcm-2=-0.33±0.02 V）更高的OER（η@10mAcm-2=0.25±0.01 V）和ORR（η@-3mAcm-2=-0.31±0.02 V）活性。Pt-Pb2Ru2O7-x具有0.56 V的較低雙功能指數(shù)（η@10mAcm-2，OER?η@-3mAcm-2，ORR），具有比Pt（>1.0 V）和Pb2Ru2O7-x（0.69 V）具有更對稱的OER-ORR活性，更適用于陰離子交換膜燃料電池或金屬-空氣電池應用。
2）用Pt-Pb2Ru2O7-x和Pt/C分別作為雙功能氧電催化劑和雙功能氫電催化劑進行FG-URFC測試，在電解槽和燃料電池模式下，在1.8 V和0.9 V下，F(xiàn)G-URFC的質(zhì)量比電流密度分別為715±11 A/gcat-1和56±2 A/gcat-1。在0.1 A/cm?2時，F(xiàn)G-URFC顯示出75%的往返效率，這是對AEMFG-URFC電催化劑設計的根本改進。
Pralay Gayen, et al, High-performance AEM unitized regenerative fuel cell using Pt-pyrochlore as bifunctional oxygen electrocatalyst, PNAS, 2021
DOI: 10.1073/pnas.2107205118
https://doi.org/10.1073/pnas.2107205118
5. EES：具有層狀Mxene的超薄過渡金屬氫氧化物納米片的界面電子耦合助力其堿性HER性能
金屬氫氧化物和氧化物已成為電催化領域的重要材料和關鍵結構，但其在HER領域的研究仍然很少。近日，南京航空航天大學彭生杰教授報道了開發(fā)了一種由Co(OH)2@MXene，Ni(OH)2@MXene和FeOOH@Mxene組成的獨特的過渡金屬氫氧化物@Mxene（TMHs@Mxene）雜化材料，其具有明確的組成和層次化的片狀結構，并將其用于堿性析氫反應（HER）。
本文要點：
1）得益于過渡金屬氫氧化物（TMHs）和MXene納米片之間的新穎結構和強界面相互作用，所獲得的TMHs@Mxene納米雜化材料不僅提供了足夠的活性位點和穩(wěn)健的結構，而且還確保了有利的電化學動力學和優(yōu)異的催化活性。
2）理論計算和電化學測試結果均顯示，兩種不同組分之間的界面電子耦合可以優(yōu)化水和氫的吸附能，從而使Co(OH)2@MXene具有低的Tafel斜率（31.7 mV dec-1）、低過電位（21.0 mV@10 mA cm-2）和良好的穩(wěn)定性。此外，采用Co(OH)2@MXene陰極進行整體水分解，在1.46 V電壓下獲得了10 mA cm-2的電流密度，同時在100 h以上具有良好的穩(wěn)定性。
研究發(fā)現(xiàn)突出了界面電子耦合在優(yōu)化先進電催化劑應用于能源相關領域的巨大潛力。
Linlin Li, et al, Interfacial Electronic Coupling of Ultrathin Transition-Metal Hydroxides Nanosheets with Layered MXene as a New Prototype for Platinum-Like Hydrogen Evolution, Energy Environ. Sci., 2021
DOI: 10.1039/D1EE02538D
https://doi.org/10.1039/D1EE02538D
6. Angew：表面鋰摻雜引起的電子局域化和晶格應變助力安培級CO2電合成甲酸鹽
通過電化學法將CO2轉(zhuǎn)化為甲酸鹽，是一種極有前途的降低CO2濃度和獲取高附加值化學品的方法，但其局部電流密度仍不能滿足工業(yè)需要。近日，復旦大學鄭耿峰教授，北京理工大學韓慶報道了采用電化學控制鋰化法制備了一種表面鋰摻雜的錫（s-SnLi）催化劑。
本文要點：
1）密度泛函理論（DFT）計算表明，Li摻雜在Sn表面引入了電子局域化和晶格應變，從而提高了CO2電還原生成甲酸鹽的活性和選擇性。
2）所開發(fā)的s-SnLi電催化劑表現(xiàn)出最佳的CO2還原制甲酸鹽性能，其部分電流密度為?1.0 A·cm-2，相應的法拉第效率為92%。進一步的，采用s-SnLi催化劑的Zn-CO2電池具有最高的功率密度（1.24 mW·cm?2）和超過800次的出色循環(huán)穩(wěn)定性。
這項研究提出了一種很有前途的方法，將電子局域化和晶格應變結合在一起，以實現(xiàn)高效的CO2到甲酸鹽的電合成，從而實現(xiàn)潛在的商業(yè)化。
Shuai Yan, et al, Electron Localization and Lattice Strain Induced by Surface Lithium Doping Enable Ampere-Level Electrosynthesis of Formate from CO2, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111351
https://doi.org/10.1002/anie.202111351
7. Angew：納米碳化鐵修飾的商用Cu2Cr2O5多功能催化劑用于磁感應芳香酮連續(xù)流加氫
磁性材料暴露在高頻交變磁場中產(chǎn)生熱量是一種眾所周知的現(xiàn)象，在冶金、加熱板和各種生物醫(yī)學應用中已經(jīng)得到廣泛應用。此外，研究人員還試圖將磁感應用于多相催化中。最近，通過磁感應加熱的磁性納米顆粒被用作加熱劑或直接用作催化劑，以有效地激活氣相（例如費托合成、CO2甲烷化、丙烷脫氫和甲烷濕法重整）以及溶液（例如氫化、酰胺化、水裂解和氫解）中的化學轉(zhuǎn)化。
近日，德國馬克斯·普朗克化學能量轉(zhuǎn)換研究所Alexis Bordet報道了通過一種簡單而通用的方法，用納米碳化鐵（ICNPs）修飾商用亞鉻酸銅（Cu2Cr2O5），獲得了一種可磁活化的多功能催化體系（ICNPs@Cu2Cr2O5）。ICNPs@Cu2Cr2O5在高頻交變磁場（即磁感應）作用下能夠?qū)⒎枷阃€原為芳香醇。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，在磁激發(fā)下，ICNPs產(chǎn)生局部限制的熱點，可以選擇性地活化Cu2Cr2O5表面，而反應混合物的整體溫度保持在較低的水平（~80 °C）。
2）ICNPs@Cu2Cr2O5催化劑在這些溫和的條件（3bar H2，Heptane）下，可催化一定范圍的芐基酮和非芐基酮很容易地加氫成相應的芳香醇，具有較高的產(chǎn)率和選擇性都。此外，在間歇（10個循環(huán)）和連續(xù)流（17 h）條件下進行的回收和長期試驗表明，ICNPs@Cu2Cr2O5催化劑具有有效的重復使用和較高的長期穩(wěn)定性。
3）研究人員開發(fā)了一種流動反應器，該反應器可以組合使用磁感應在加壓下進行連續(xù)流動加氫。結果顯示，ICNPs@Cu2Cr2O5對生物質(zhì)糠醛丙酮加氫反應的優(yōu)良催化性能在連續(xù)液相加氫反應中至少保存了17 h，首次證明了磁加熱催化劑在液相加氫反應中的應用。
所報道的用磁活化納米顆粒修飾固體材料的方法可以應用于各種非均相催化劑，具有在催化中獲得與磁誘導相關的潛在優(yōu)點。
Hannah Kreissl, et al, Commercial Cu2Cr2O5 Decorated with Iron Carbide Nanoparticles as Multifunctional Catalyst for Magnetically Induced Continuous Flow Hydrogenation of Aromatic Ketones, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202107916
https://doi.org/10.1002/anie.202107916
8. Angew：離子共價有機骨架納米片的油-水-油三相合成
離子共價有機骨架納米片（iCOFNs）具有較長的有序和單分散離子基團，具有廣闊的應用前景。近日，針對油-水兩相法合成iCOFNs固有的缺陷，天津大學姜忠義教授，吳洪教授，天津化學化工協(xié)同創(chuàng)新中心Michael D. Guiver報道了一種基于相工程策略的油-水-油三相法自下而上合成iCOFNs。
本文要點：
1）中間水相是一個封閉的反應區(qū)域，兩個油相是儲層，用于向水相儲存和供應單體。較大的水空間和較低的單體濃度導致了iCOFNs的各向異性逐漸生長，形成了較薄的層厚、較大的橫向尺寸和較高的結晶度。值得注意的是，得到的三種陽離子和陰離子iCOFNs具有高達20,000的超高縱橫比。
2）研究人員進一步展示了制備的iCOFNs的應用潛力，得到的DhaTGCl iCOFNs被進一步疊合成超薄復合膜用于沼氣分離。結果顯示，該膜具有較高的CO2滲透率（316 GPU）和CO2/CH4混合氣體選擇性（49），和高壓（5 bar）穩(wěn)定性。
所提出的三相方法為iCOFNs的合成和創(chuàng)新應用提供了一種替代平臺技術。
Zheyuan Guo, et al, Oil?water?oil triphase synthesis of ionic covalent organic framework nanosheets, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202112271
https://doi.org/10.1002/anie.202112271
9. Nano Lett.：無配體可加工鈣鈦礦半導體油墨
由于其高內(nèi)聚能，傳統(tǒng)的共價半導體需要復雜的工藝方法來制造器件。加州大學伯克利分校楊培東等人開發(fā)了一種穩(wěn)定的、無配體的鈣鈦礦半導體墨水，可用于一步制造基于半導體的圖案化光電子學。
本文要點：
1）鈣鈦礦墨水是通過在極性非質(zhì)子溶劑中溶解空位有序雙鈣鈦礦 Cs2TeX6 (X = Cl–, Br–, I–) 晶體而形成的，從而穩(wěn)定孤立的 [TeX6]2– 八面體陰離子和游離Cs+不存在配體的陽離子。
2）溶液中基本鈣鈦礦離子八面體結構單元的穩(wěn)定性創(chuàng)造了多功能墨水，能夠在幾分鐘內(nèi)在空氣中在液體墨水和固態(tài)鈣鈦礦晶體系統(tǒng)之間進行可逆轉(zhuǎn)變。
3）這些易于加工的油墨可以通過滴鑄、噴涂或繪畫以及沖壓在各種材料上形成圖案，突出了溶劑化八面體配合物在環(huán)境條件下快速形成相純鈣鈦礦結構的關鍵作用。
Maria C. Folgueras, et al. Ligand-Free Processable Perovskite Semiconductor Ink, Nano Lett. 2021
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03308
https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.1c03308
10. AM：一種梯度氫鍵合粘結劑用于軟包電池中穩(wěn)定的大容量硅基負極
鋰離子電池（LIBs）由于其高能量密度和長循環(huán)穩(wěn)定性，已成功占領了當今的可充電電池市場。隨著電氣化交通的到來，人們需要具有更高能量密度的LIBs來驅(qū)動下一代電動汽車和用于電網(wǎng)規(guī)模的儲能。硅（Si）的理論容量高達4200 mAh g-1，有望提高LIBs的能量密度和功率密度，是一種極有前途的負極材料。然而，在Li+插入/提取過程中，Si的體積變化很大（400%），這產(chǎn)生了不希望看到的應力，并導致電極嚴重粉化和結構坍塌。
近日，受具有多級可逆氫鍵結構的天然抗疲勞肌聯(lián)蛋白的高效應力耗散能力的啟發(fā)，西安交通大學宋江選教授報道了通過將單寧酸（TA）與聚(丙烯酸-2-羥乙基丙烯酸酯)共聚物（PAH）結合，設計了一種用于Si基負極的梯度氫鍵合聚合物粘合劑（PAHT），其中氫鍵能被調(diào)節(jié)在一個廣泛的范圍內(nèi)（從-2.88到-10.04 kcal mol–1）。
本文要點：
1）研究發(fā)現(xiàn)，當Si顆粒膨脹時，梯度氫鍵合粘結劑通過從最弱到最強的層級氫鍵的連續(xù)解離，實現(xiàn)了有效的能量/應力耗散。因此，該策略有利于提高Si基負極的電化學性能，延長其使用壽命，穩(wěn)定活性物質(zhì)和電極結構。
2）研究人員進一步展示了一種基于PAHT粘合劑的2 Ah NCM/Si-C軟包電池，其具有前所未有的高容量保持率。此外，通過溫度相關的IR、1H NMR和有限元模擬，揭示了梯度氫鍵的演化過程和能量耗散機理。
這項工作為揭示合金型高容量負極的力學行為提供了一種新的思路，為用于下一代LIBs的新型功能粘合劑設計提供了新的途徑。
Linlin Hu, et al, Gradient H-bonding Binder Enables Stable High-Areal-Capacity Si-Based Anodes in Pouch Cells, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202104416
https://doi.org/10.1002/adma.202104416
11. AM：晶體相變形成高活性穩(wěn)定的RuCX納米表面用于堿性介質(zhì)中的析氫反應
亞穩(wěn)態(tài)晶體結構因其在各個領域的應用而備受關注，相比較而言，其向熱力學結構的相變很少引起人們的興趣。在納米晶體的情況下，這種放熱相變可在有限的表面積內(nèi)釋放出高能量，并在短時間內(nèi)重建表面原子排列。因此，當提供某些元素時，這種高能納米表面可能會產(chǎn)生新的晶體結構。
有鑒于此，韓國慶北大學Sang-Il Choi，嶺南大學Young-Sang Youn，江原大學Hyung-Kyu Lim報道了成功地合成了一種直接在碳載體上生長的Ruccp納米晶（Ruccp/C），并對其進行了退火處理，以誘導其向hcp結構的相變（RuΔc→h/C）。制備的Ruhcp/C納米晶，經(jīng)退火處理后不會發(fā)生相變（RuΔhcp/C）。
本文要點：
1）原位高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和高溫X射線衍射（HT-XRD）分析表明，在密排體系中，由于允許原子滑移，Ruccp(111)晶面在相變過程中轉(zhuǎn)變?yōu)镽uhcp(002)晶面。HRTEM和高分辨率光電子能譜（HRPES）分析表明，放熱相變后，RuΔc→h/C表面生成了一個新的RuCX（X<1）相。< span="">
2）在堿性介質(zhì)中的析氫反應（HER）活性和穩(wěn)定性測試表明，RuΔc→h/C表面的RuCX相表現(xiàn)出比Ruccp/C, Ruhcp/C, RuΔhcp/C和商品化Ru/C催化劑更好的性能。
3）密度泛函理論（DFT）計算證實了實驗結果，即RuCX相具有極高的堿性HER催化活性，其暴露了優(yōu)化的氫結合自由能（ΔGH）的雙官能位，并增強了水解離能力。
研究結果表明，在Ru納米表面插入原子碳可以促進新型催化劑材料的發(fā)展，使其在堿性介質(zhì)中具有更出色的催化性能。
Jeonghyeon Kim,Crystal Phase Transition Creates a Highly Active and Stable RuCX Nanosurface for Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Media, Adv. Mater. 2021
DOI: 10.1002/adma.202105248
https://doi.org/10.1002/adma.202105248
12. AM：Ruddlesden–Popper 2D混合鹵化物鈣鈦礦薄膜中的光致鹵化物偏析
二維鹵化鉛鈣鈦礦具有帶隙可調(diào)性和更高的化學穩(wěn)定性，已被發(fā)現(xiàn)可用于設計光電器件。圣母大學Prashant V. Kamat等人研究發(fā)現(xiàn)，從混合鹵化物（Br：I = 50：50）鈣鈦礦薄膜中的鹵化物離子分離和暗恢復可以看出，隨著層數(shù)（n = 10-1）的減少而降低維度也提升了對光誘導離子遷移的抵抗力。
本文要點：
1）通過不同的吸收光譜的測定，隨著二維鈣鈦礦薄膜的維數(shù)從n=10降低到1，光致鹵化物離子分離效率從20%降低到<1%。分離速率常數(shù)（ksegregation）降低從5.9×10?3 s?1 (n = 10) 到 3.6×10?4 s?1 (n = 1)。
2）與在電荷載流子壽命中觀察到的近一個數(shù)量級的下降密切相關（τaverage = 233 ps for n= 10 vs τavg = 27 ps（n=1）。二維鈣鈦礦中緊密結合的激子使電荷分離的可能性降低，從而降低了鹵化物遷移率并導致相分離。
3）最后討論了控制二維結構維數(shù)在抑制鹵化物離子遷移率方面的重要性。
Cho, J., Mathew, P. S., DuBose, J. T., Kamat, P. V., Photoinduced Halide Segregation in Ruddlesden–Popper 2D Mixed Halide Perovskite Films. Adv. Mater. 2021, 2105585.
DOI：10.1002/adma.202105585
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202105585
