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1. Nature Commun.：通過(guò)調(diào)節(jié)氫氧化物中的質(zhì)子和氧陰離子脫嵌來(lái)促進(jìn)生物質(zhì)電氧化

過(guò)渡金屬氧化物和氫氧化物的氧化還原中心通常被認(rèn)為是金屬位點(diǎn)。有趣的是，最近發(fā)現(xiàn)晶格中的質(zhì)子和氧積極地參與了催化反應(yīng)，并決定了反應(yīng)活性。近日，華南理工大學(xué)Yan Chen，浦項(xiàng)科技大學(xué)Jeong Woo Han結(jié)合先進(jìn)的光譜技術(shù)和密度泛函理論（DFT）計(jì)算，系統(tǒng)地揭示了氫氧化物催化劑中質(zhì)子和氧陰離子(脫)嵌入過(guò)程如何決定GOR中的基本反應(yīng)步驟。

本文要點(diǎn)：

1）研究發(fā)現(xiàn)甘油脫氫反應(yīng)步驟在Ni、NiCo和Co氫氧化物上是自發(fā)的，并且與電化學(xué)驅(qū)動(dòng)的質(zhì)子從氫氧化物晶格中脫出密切相關(guān)。此外，反應(yīng)產(chǎn)物的解吸伴隨著氧陰離子脫嵌，導(dǎo)致在電催化劑表面形成氧空位。GOR過(guò)程中在NiCo氫氧化物表面形成的氧空位增加了Co位點(diǎn)上的d帶填充，這有利于電荷從催化劑表面轉(zhuǎn)移到裂解的分子，并促進(jìn)第二個(gè)C-C鍵裂解步驟。

2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，NiCo氫氧化物顯示出增強(qiáng)的甘油電氧化活性，僅需要1.35 V就可達(dá)到100 mA/cm²的高電流密度，甲酸選擇性為94.3%。

這項(xiàng)工作闡明了質(zhì)子和氧脫嵌過(guò)程在生物質(zhì)電氧化基本步驟中的關(guān)鍵作用，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)高性能催化劑提供了指導(dǎo)。

He, Z., Hwang, J., Gong, Z. et al. Promoting biomass electrooxidation via modulating proton and oxygen anion deintercalation in hydroxide. Nat Commun 13, 3777 (2022).

DOI：10.1038/s41467-022-31484-0

https://doi.org/10.1038/s41467-022-31484-0

2. Nature Commun.：RuO₂鋰化增強(qiáng)酸性O(shè)ER性能

由于4電子反應(yīng)具有的緩慢動(dòng)力學(xué)和催化劑溶解，導(dǎo)致發(fā)展高性能耐久性酸性電解液OER電催化劑具有非常高的挑戰(zhàn)。有鑒于此，香港科技大學(xué)（廣州）張統(tǒng)一、深圳大學(xué)Xiao-Ye Zhou、哈爾濱工業(yè)大學(xué)邱華軍、李鍇鍇等報(bào)道通過(guò)電化學(xué)鋰化插層方法改善RuO₂的酸性電解液OER反應(yīng)活性和穩(wěn)定性。

本文要點(diǎn)：

1）鋰化過(guò)程能夠插入RuO₂的晶格間隙，并且起到供電子作用、引起局部結(jié)構(gòu)畸變作用，通過(guò)鋰化過(guò)程產(chǎn)生Li-O-Ru局部配位結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致Ru-O共價(jià)鍵的強(qiáng)度變?nèi)酰璧KRu原子溶解，導(dǎo)致催化劑的耐久性顯著改善。

隨著Li的濃度提高，Li_xRuO₂固溶體的OER性能增加，當(dāng)x達(dá)到0.52時(shí)，在0.5 M H₂SO₄和10 mA cm^-2實(shí)現(xiàn)了156 mV的過(guò)電勢(shì)，而且 Li_0.52RuO₂實(shí)現(xiàn)了70 h穩(wěn)定電催化，而且過(guò)電勢(shì)沒(méi)有明顯增加。XAS和DFT計(jì)算結(jié)果說(shuō)明Li作為供電子作用，影響RuO₂的電子結(jié)構(gòu)和晶格應(yīng)力。由于Ru-O化學(xué)鍵的共價(jià)程度降低，導(dǎo)致Ru-O 4d-2p雜化程度降低，同時(shí)由于生成Li-O-Ru結(jié)構(gòu)，Ru的化學(xué)鍵降低。

2）由于形成Li_xRuO₂-產(chǎn)生晶格應(yīng)力和表面結(jié)構(gòu)畸變，因此能夠活化Ru催化活性位點(diǎn)周?chē)膽掖古湮籓原子并導(dǎo)致O原子作為質(zhì)子受體，因此穩(wěn)定OOH*中間體，顯著提高催化劑性能。這項(xiàng)工作為發(fā)展高性能分解水催化劑提供一種非常有效的策略。

Qin, Y., Yu, T., Deng, S. et al. RuO₂ electronic structure and lattice strain dual engineering for enhanced acidic oxygen evolution reaction performance. Nat Commun 13, 3784 (2022)

DOI: 10.1038/s41467-022-31468-0

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31468-0

3. JACS：具有縱向激子的原子級(jí)精確Au₄₂納米棒產(chǎn)生強(qiáng)烈的光熱效應(yīng)

眾所周知，金屬態(tài)金納米棒在適合光熱轉(zhuǎn)換的近紅外區(qū)域 (NIR) 中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的縱向等離激元激發(fā)。然而，當(dāng)尺寸減小到~2 nm以下時(shí)，Au納米結(jié)構(gòu)變成非金屬態(tài)，等離激元納米棒中的縱向激發(fā)是否可以遺傳尚不清楚。近日，卡耐基梅隆大學(xué)金榮超，Yingwei Li等報(bào)道了原子級(jí)精確的棒狀 Au₄₂(SCH₂Ph)₃₂團(tuán)簇，其具有六方密堆積Au₂₀內(nèi)核，縱橫比高達(dá)6.2，在815 nm處表現(xiàn)出強(qiáng)烈的吸收，摩爾吸收系數(shù)高達(dá)1.4 × 105 M^–1 cm^–1。

本文要點(diǎn)：

1）與其它棒狀納米團(tuán)簇相比，Au₄₂具有更有效的光熱轉(zhuǎn)換，在甲苯中，50 μg mL^–1的超低濃度下，5 min（λ_ex = 808 nm，1 W cm^-2）內(nèi)溫度升高約 27 °C。

2）密度泛函理論計(jì)算表明，NIR 躍遷主要沿著Au₄₂中Au₂₀核的長(zhǎng)軸，即縱向激子振蕩，類(lèi)似于金屬態(tài)納米棒中的縱向等離激元。

3）瞬態(tài)吸收光譜表明，Au₄₂的快速衰減類(lèi)似于較短縱橫比的納米棒，但隨后是額外的緩慢衰減，Au₄₂納米棒的壽命長(zhǎng)達(dá)2400 ns。

該工作提供了第一個(gè)在分子狀納米棒中獲得強(qiáng)烈縱向激發(fā)的案例，該納米棒可用作光熱轉(zhuǎn)換器，并在生物醫(yī)學(xué)治療、光聲成像和光催化中具有潛力。

Yingwei Li, et al. Atomically Precise Au₄₂ Nanorods with Longitudinal Excitons for an Intense Photothermal Effect. J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c03948

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c03948

4. JACS：金屬有機(jī)框架材料MFM-300(Cr)?SO₄(H₃O)₂中的高效質(zhì)子傳導(dǎo)

開(kāi)發(fā)在寬溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出快速質(zhì)子傳導(dǎo)、低活化能和穩(wěn)定性能的材料是一個(gè)重要且具有挑戰(zhàn)性的研究方向。近日，曼徹斯特大學(xué)楊四海教授，Martin Schr?der報(bào)道了通過(guò)與氯磺酸反應(yīng)對(duì)高度穩(wěn)定的MFM-300(Cr)?xH₂O的合成后修飾。

本文要點(diǎn)：

1）生成的MFM-300(Cr)?SO₄(H₃O)₂ 在25?80°C的寬溫度范圍內(nèi)表現(xiàn)出0.04 eV的低活化能和大于10^?2 S cm^?1的高質(zhì)子電導(dǎo)率。

2）高分辨率同步輻射X射線(xiàn)粉末衍射（SXPD）和中子粉末衍射（NPD）證實(shí)了在MFM-300(Cr)·SO₄(H₃O)₂中形成了由受限的SO₄^2?、H₃O⁺和H₂O物種組成的螺旋氫鍵網(wǎng)絡(luò)。

3）研究人員用QENS和分子動(dòng)力學(xué)(MD)模擬對(duì)MFM-300(Cr)·SO₄(H₃O)₂中的質(zhì)子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)質(zhì)子可以通過(guò)Hall?Ross跳躍擴(kuò)散機(jī)制到達(dá)溝道中氫鍵網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)點(diǎn)，并且表現(xiàn)出溫度無(wú)關(guān)的擴(kuò)散，從而證實(shí)了MFM-300(Cr)·SO₄(H₃O)₂的超低活化能。

Jin Chen, et al, Highly Efficient Proton Conduction in the Metal?Organic Framework Material MFM-300(Cr)·SO₄(H₃O)₂, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c04900

https://doi.org/10.1021/jacs.2c04900

5. JACS：具有雙銅(I)位點(diǎn)和相鄰質(zhì)子中繼的多孔π-π堆積框架用于將CO₂電還原成C₂₊產(chǎn)品

由超分子相互作用(例如π-π堆積相互作用)支撐的結(jié)晶多孔材料是一類(lèi)表現(xiàn)出相當(dāng)穩(wěn)定性的分子晶體，但由于其構(gòu)建的高難度，其應(yīng)用鮮有報(bào)道。近日，中山大學(xué)廖培欽教授合成了一種前所未有的π-π堆積結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)基于具有吡唑根橋聯(lián)的雙銅位點(diǎn)的分子Cu(I)配合物，顯示出產(chǎn)生C₂₊產(chǎn)物的令人印象深刻的ECR性能。

本文要點(diǎn)：

1）研究人員合成了由具有吡唑酸酯橋連的二銅(I)位點(diǎn)的三核銅(I)化合物[Cu₃(HBtz)₃(Btz)Cl₂] (CuBtz，HBtz =苯并三唑)形成的穩(wěn)定的π-π堆積框架，并將其用于電化學(xué)CO₂還原，對(duì)于C₂₊產(chǎn)物[即，乙烯(44%)，乙醇(21%)，乙酸鹽(4.7%)， 和丙醇(4%)]，在1.3 V電位下電流密度為7.9 mA cm^-2，在流動(dòng)池裝置中電流密度約為1 A cm^-2的C₂₊產(chǎn)品的法拉第效率(61.6%)和在1.6 V電位下反應(yīng)速率為5639 μmol m^-2 s^-1，代表了迄今為止報(bào)道的令人印象深刻的性能。

2）原位紅外光譜、密度泛函理論計(jì)算和對(duì)照實(shí)驗(yàn)表明，緊鄰的苯并三唑的未配位氮原子可以充當(dāng)質(zhì)子中繼，并與雙Cu(I)位點(diǎn)合作，以促進(jìn)*CO中間體的氫化過(guò)程和C-C偶聯(lián)，導(dǎo)致CO₂到C₂₊產(chǎn)物的高選擇性電還原。

這項(xiàng)工作不僅突出了π-π堆積結(jié)構(gòu)在ECR中的潛在應(yīng)用，而且為設(shè)計(jì)活性位點(diǎn)的化學(xué)微環(huán)境以提高ECR的性能提供了新的策略。

Hao-Lin Zhu, et al, A Porous π?π Stacking Framework with Dicopper(I) Sites and Adjacent Proton Relays for Electroreduction of CO₂ to C₂₊ Products, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c04670

https://doi.org/10.1021/jacs.2c04670

6. JACS：陽(yáng)離子穩(wěn)定化實(shí)現(xiàn)光解保護(hù)基團(tuán)高效光解

光不穩(wěn)定保護(hù)基團(tuán)(PPGs)能夠在許多研究領(lǐng)域用光精確激活分子功能，例如光藥理學(xué)，其中需要對(duì)分子的釋放進(jìn)行遠(yuǎn)程時(shí)空控制。近年來(lái)，PPGs的設(shè)計(jì)和應(yīng)用特別集中于開(kāi)發(fā)在長(zhǎng)輻射波長(zhǎng)下具有高摩爾吸收率的分子。然而，一個(gè)至關(guān)重要的參數(shù)是光解量子產(chǎn)額(QY)，該參數(shù)對(duì)于去老化的效率至關(guān)重要，并且迄今為止被證明很難改進(jìn)。近日，格羅寧根大學(xué)Georgios Alachouzos，Ben L. Feringa，Wiktor Szyman?ski確定了一種防止PPG光解中CIP復(fù)合的方法，作為大大增加光解QY的關(guān)鍵策略。QY增強(qiáng)策略得到了DFT計(jì)算的支持，DFT計(jì)算預(yù)測(cè)了復(fù)合過(guò)程中更高的能壘。

本文要點(diǎn)：

1）研究發(fā)現(xiàn)，異裂步驟的可逆性k_-1和光化學(xué)量子產(chǎn)率之間存在良好的相關(guān)性。在計(jì)算的k_-1勢(shì)壘和測(cè)量的QYs之間存在很差的相關(guān)性，因此證明了防止CIP的重組，而不是從動(dòng)力學(xué)上刺激其形成，是提高PPG效率的關(guān)鍵策略。此外，通過(guò)初期陽(yáng)離子穩(wěn)定來(lái)提高PPG效率的策略對(duì)于不同的有效載荷(羧酸和胺)和不同的PPGs（香豆素和BODIPY PPGs）是通用的，再次證明了這一簡(jiǎn)單原理的通用性。

2）考慮到它們的合成可及性和高光化學(xué)QYs，所展示的陽(yáng)離子穩(wěn)定策略設(shè)計(jì)的高效PPGs 1-3本身可在需要近即時(shí)釋放有效載荷的分析中證明其價(jià)值，例如時(shí)間分辨結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究中的分析。此外，PPGs1-3的熒光讀數(shù)可以可靠地用于量化復(fù)雜生物環(huán)境中復(fù)雜生物有效載荷的釋放量，這一點(diǎn)也得到證實(shí)。

3）所展示的新PPG設(shè)計(jì)策略直接解決了快速擴(kuò)展的研究領(lǐng)域中增加PPG效率的需求，這些研究領(lǐng)域依賴(lài)于光對(duì)分子功能的精確激活。因此，QY工程策略對(duì)于開(kāi)發(fā)適用于更復(fù)雜應(yīng)用的理想光圖像非常有價(jià)值，例如(但不限于)用于光藥理學(xué)的高量子產(chǎn)率紅移光圖像。

Albert M. Schulte, et al, Strategy for Engineering High Photolysis Efficiency of Photocleavable Protecting Groups through Cation Stabilization, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c04262

https://doi.org/10.1021/jacs.2c04262

7. JACS：金氫納米團(tuán)簇對(duì)極化炔烴的選擇性半氫化

長(zhǎng)期以來(lái)，納米金催化劑中帶負(fù)電的氫一直被認(rèn)為是加氫反應(yīng)中的重要中間體，但尚未被直接觀察到。近日，布朗大學(xué)Lai-Sheng Wang等報(bào)道了二齒膦配體保護(hù)的Au₁₁團(tuán)簇的合成，表征以及選擇性半氫化極化炔烴的研究。

本文要點(diǎn)：

1）雙齒配體的螯合作用使得Au₁₁內(nèi)核更具對(duì)稱(chēng)性，并具有兩個(gè)不穩(wěn)定的Cl^-配體，可以與BH₄^-交換，從而形成新的Au₁₁氫化物團(tuán)簇。

2）研究發(fā)現(xiàn)，形成的Au₁₁氫化物團(tuán)簇很容易與含有吸電子基團(tuán)的炔烴發(fā)生加氫反應(yīng)，形成關(guān)鍵的金-烯基半氫化中間體，在酸性條件下可以高效和選擇性地轉(zhuǎn)化為 Z-烯烴。

3）所有關(guān)鍵的反應(yīng)中間體都被分離和表征，為金基納米材料催化的半氫化反應(yīng)的活性位點(diǎn)和機(jī)制提供了原子級(jí)的見(jiàn)解。作者發(fā)現(xiàn)Au₁₁團(tuán)簇中帶負(fù)電的氫是防止烯烴過(guò)度氫化成烷烴的關(guān)鍵。

該工作為基于金納米材料實(shí)現(xiàn)的氫化化學(xué)提供了基本見(jiàn)解，并有助于開(kāi)發(fā)用于炔烴選擇性半氫化或官能化的高效催化劑。

Jia Dong, et al. Selective Semihydrogenation of Polarized Alkynes by a Gold Hydride Nanocluster. J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c05046

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c05046

8. JACS：室溫下可見(jiàn)光銅納米簇催化芳基氯的C-N偶聯(lián)

交叉偶聯(lián)反應(yīng)中芳基氯的活化是有機(jī)合成中一個(gè)長(zhǎng)期存在的挑戰(zhàn)，對(duì)工業(yè)具有重要意義。超小(< 3 nm)、原子級(jí)精確的納米團(tuán)簇(NCs)由于其高表面積和不飽和活性中心而被認(rèn)為是最有前途的催化劑之一。近日，阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)Magnus Rueping，Osman M. Bakr首次實(shí)現(xiàn)了室溫下可見(jiàn)光誘導(dǎo)的Cu納米團(tuán)簇（[Cu₆₁(S^tBu)₂₆S₆Cl₆H₁₄] (Cu₆₁NC)）催化形成烏爾曼型C-N鍵。

本文要點(diǎn)：

1）該方法的特點(diǎn)是反應(yīng)條件溫和(可見(jiàn)光，室溫)，并與多種電子和空間上不同的芳基和雜芳基鹵化物和N-雜環(huán)(咔唑、吲哚、氮雜環(huán)和咪唑)相容。值得注意的是，該方法也適用于通常較難活化的芳基氯，并且以良好的產(chǎn)率獲得了相應(yīng)的C-?N-芳基化產(chǎn)物(53例)。

2）研究人員通過(guò)對(duì)照實(shí)驗(yàn)和光譜研究進(jìn)一步揭示了促進(jìn)芳基氯胺化反應(yīng)的機(jī)理。即光激發(fā)的Cu₆₁NC-配合物和芳基鹵化物之間的單電子轉(zhuǎn)移(SET)過(guò)程使得C-N-芳基化反應(yīng)成為可能。

這些發(fā)現(xiàn)將Cu NCs作為一個(gè)新的光催化劑家族引入到溫和條件下的成鍵反應(yīng)中，并為研究人員揭示NCs介導(dǎo)的新反應(yīng)途徑鋪平了道路。

Arunachalam Sagadevan, et al, Visible-Light Copper Nanocluster Catalysis for the C?N Coupling of Aryl Chlorides at Room Temperature, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c02218

https://doi.org/10.1021/jacs.2c02218

9. JACS：銅磷酸鹽片層中間體對(duì)納米銅納米晶形態(tài)的控制

了解化學(xué)反應(yīng)中中間體的結(jié)構(gòu)和行為是更好地控制反應(yīng)結(jié)果的關(guān)鍵。在金屬納米晶（NCs）的合成中尤為重要，反應(yīng)中間產(chǎn)物的還原、成核和生長(zhǎng)將決定產(chǎn)物的最終尺寸和形狀。金屬納米管的形狀在決定其催化、光化學(xué)和電子性能方面起著重要作用，從而決定了該材料的潛在應(yīng)用。近日，瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Raffaella Buonsanti將原位X射線(xiàn)吸收和衍射技術(shù)與非原位電子顯微鏡相結(jié)合，以了解在涉及板層中間體的NC形成過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)和結(jié)構(gòu)變化。

本文要點(diǎn)：

1）研究人員證明了層狀配位聚合物，稱(chēng)為片晶，是合成Cu NC的反應(yīng)中間體。2）重要的是，研究人員發(fā)現(xiàn)使用不同長(zhǎng)度的有機(jī)配體可以微調(diào)片層結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)變化控制著最終NC的形狀。短鏈膦酸酯配體產(chǎn)生在反應(yīng)溫度下足夠穩(wěn)定的片晶，以促進(jìn)銅核生長(zhǎng)成各向異性的銅納米晶，主要是三角形板。相反，由長(zhǎng)鏈配體形成的片層失去了它們的結(jié)構(gòu)，形成球形Cu NCs。

這里介紹的合成方法為金屬納米晶的未來(lái)發(fā)展提供了一個(gè)通用的工具，包括其他各向異性結(jié)構(gòu)。

James R. Pankhurst, et al, Copper Phosphonate Lamella Intermediates Control the Shape of Colloidal Copper Nanocrystals, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c03489

https://doi.org/10.1021/jacs.2c03489

10. JACS：Co₂FeO₄催化劑中納米級(jí)不均勻性在析氧反應(yīng)中的作用

尖晶石型催化劑是用于堿性析氧反應(yīng)（OER）很有前途的陰極材料，具有低過(guò)電位和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的特點(diǎn)。近日，弗里茨·哈伯研究所Beatriz Roldan Cuenya比較了兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的Co₂FeO₄尖晶石，它們的化學(xué)計(jì)量比相同，但OER活性存在實(shí)質(zhì)上的不同。

本文要點(diǎn)：

1）研究發(fā)現(xiàn)，其中一個(gè)以亞穩(wěn)態(tài)前催化劑狀態(tài)為特征的樣品快速達(dá)到其穩(wěn)態(tài)最佳操作，而另一個(gè)最初更接近理想結(jié)晶尖晶石結(jié)構(gòu)的樣品從未達(dá)到這種狀態(tài)，并且需要168 mV更高的電位來(lái)達(dá)到1 mA/cm²的電流密度。此外，增強(qiáng)的OER活性伴隨著更大的耐腐蝕性。

2）研究人員通過(guò)各種非原位、準(zhǔn)原位和operando方法，確定了催化活性與組成不均勻之間的相關(guān)性，從而導(dǎo)致在制備狀態(tài)下連接晶態(tài)尖晶石結(jié)構(gòu)域的X射線(xiàn)非晶態(tài)富Co²⁺的少數(shù)相。Operando X射線(xiàn)吸收光譜顯示，這些富Co²⁺結(jié)構(gòu)域在OER過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)不同的富Co³⁺結(jié)構(gòu)域。這些結(jié)構(gòu)域似乎對(duì)增強(qiáng)OER動(dòng)力學(xué)至關(guān)重要，同時(shí)表現(xiàn)出明顯不同的氧化還原特性。

研究工作強(qiáng)調(diào)了從根本上洞察OER催化劑活性決定性質(zhì)的方法的必要性，并提出了一個(gè)有前景的催化劑概念，其中穩(wěn)定的晶體結(jié)構(gòu)承載著無(wú)序和活性的催化劑相。

Felix Thomas Haase, et al, Role of Nanoscale Inhomogeneities in Co₂FeO₄ Catalysts during the Oxygen Evolution Reaction, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c00850

https://doi.org/10.1021/jacs.2c00850

11. Angew：介孔二氧化硅的火焰氣溶膠合成和原位功能化的通用路線(xiàn)

介孔二氧化硅是一種用于能源、環(huán)境和醫(yī)學(xué)應(yīng)用的多用途材料。近日，布法羅大學(xué)Mark T. Swihart首次報(bào)道了一類(lèi)中空結(jié)構(gòu)、比表面積超過(guò)1000 m²/g的介孔二氧化硅的火焰氣溶膠合成方法。

本文要點(diǎn)：

1）基于非常規(guī)火焰反應(yīng)器配置，在連續(xù)火焰氣溶膠工藝中生產(chǎn)介孔二氧化硅納米殼。在合成過(guò)程中，富含H₂的火焰在反應(yīng)室中產(chǎn)生高溫(600 ~ 850 ℃),驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)和反應(yīng)。注射的液體前體通過(guò)聲速熱流快速剪切霧化成微滴，并在反應(yīng)室（20 cm）中經(jīng)歷快速（<0.05 s）自組裝和二氧化硅成核和生長(zhǎng)過(guò)程，隨后進(jìn)行N₂淬火。將產(chǎn)物收集在濾膜上。最后，在空氣氣氛下在爐中于550 ℃煅燒中間產(chǎn)物6小時(shí)，產(chǎn)生中孔。

2）研究人員展示了介孔二氧化硅在水凈化、藥物載體和隔熱方面的優(yōu)越性能。此外，提出了一種通過(guò)原位修飾活性納米簇來(lái)制備介孔納米殼負(fù)載納米催化劑的通用方法，包括貴金屬(Pt/SiO₂)、過(guò)渡金屬(Ni/SiO₂)、金屬氧化物(CrO₃/SiO₂)和氧化鋁載體(Co/Al₂O₃)。

3）作為典型應(yīng)用，使用Ni/SiO₂進(jìn)行甲烷的干重整，在超過(guò)200小時(shí)的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒定的97% CH₄和CO₂轉(zhuǎn)化率，顯著優(yōu)于MCM-41負(fù)載的Ni催化劑。

這項(xiàng)工作提供了一種可擴(kuò)展的策略來(lái)生產(chǎn)介孔納米殼，并提出了一種原位功能化機(jī)制來(lái)靈活設(shè)計(jì)用于許多反應(yīng)的催化劑。

Shuo Liu, et al, A General Route to Flame Aerosol Synthesis and in situ Functionalization of Mesoporous Silica, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI: 10.1002/anie.202206870

https://doi.org/10.1002/anie.202206870

12. Nano Letters：鐵酸鉍作為電催化劑用于電化學(xué)硝酸鹽還原

電化學(xué)硝酸鹽還原因其溫和的操作條件而成為可持續(xù)NH₃合成的一種有吸引力的“變廢為寶”的方法。然而，為這個(gè)復(fù)雜的八電子反應(yīng)開(kāi)發(fā)具有高活性和法拉第效率的電催化劑依舊是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)。近日，香港科技大學(xué)邵敏華教授，南方科技大學(xué)谷猛發(fā)現(xiàn)BiFeO₃是在環(huán)境條件下將硝酸鹽電化學(xué)轉(zhuǎn)化為NH₃的有吸引力的電催化劑。

本文要點(diǎn)：

1）在堿性電解質(zhì)中，該催化劑在-0.6 V(相對(duì)于RHE)下實(shí)現(xiàn)了96.85%的FE和90.45 mg h^-1 mg_cat^-1的NH₃產(chǎn)率。耐久性試驗(yàn)表明，催化劑在長(zhǎng)期電還原后仍保持高活性。

2）STEM揭示，在施加偏壓后，結(jié)晶BiFeO₃轉(zhuǎn)變成非晶相。EELS和XPS結(jié)果表明Bi和Fe的平均價(jià)態(tài)均被還原。

這項(xiàng)研究不僅報(bào)道了一種優(yōu)秀的NO₃RR電催化劑，而且揭示了BiFeO₃在硝酸鹽電還原過(guò)程中的真實(shí)形貌和化學(xué)狀態(tài)，為今后電催化劑的合理設(shè)計(jì)和機(jī)理研究奠定了基礎(chǔ)。

Jing Wang, et al, Bismuth Ferrite as an Electrocatalyst for the Electrochemical Nitrate Reduction, Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02026

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02026