1. Nature Chemistry：光控開關(guān)中性均芳香烴
同芳香族化合物具有中斷的π系統(tǒng)，但由于通過空間或通過鍵相互作用而顯示出芳香性質(zhì)。穩(wěn)定的中性均芳香烴仍然很少，通常不穩(wěn)定。鑒于此，來自德國克姆尼茨理工大學(xué)的Johannes F. Teichert和洪堡大學(xué)Oliver Dumele等人提出了了一類穩(wěn)定的中性同芳香分子的制備方法，這些穩(wěn)定和易合成的均芳香族中性烴及其光開關(guān)行為為研究有機(jī)分子中的均共軛相互作用以及設(shè)計新的響應(yīng)分子材料提供了新的思路。1) 通過NMR光譜和X射線結(jié)構(gòu)分析，研究分別觀察到了環(huán)電流和鍵長均衡，并且也通過非核化學(xué)位移（NICS）和誘導(dǎo)電流密度各向異性（ACID）進(jìn)行的計算分析進(jìn)行了輔助驗證；2) 此外，研究還表明，一種均芳香烴能夠通過可逆光化學(xué)[1，11] sigmatropic重排，理論計算分析表明，在光開關(guān)時，同芳香態(tài)的性質(zhì)在其周邊從更明顯的局部6π同芳香態(tài)會轉(zhuǎn)變?yōu)榈饺?0π同芳香狀態(tài)。
Tran Ngoc, T., Grabicki, N., Irran, E. et al. Photoswitching neutral homoaromatic hydrocarbons. Nat. Chem. (2023).DOI: 10.1038/s41557-022-01121-whttps://doi.org/10.1038/s41557-022-01121-w
2. Nature Commun.：C2H2/C2H4/CO2選擇性吸附分離C2H4
從多組分混合分子通過物理吸附的方式提純乙烯對于化學(xué)工業(yè)而言是個非常大的挑戰(zhàn)。有鑒于此，浙江師范大學(xué)張袁斌(Yuanbin Zhang)等報道發(fā)展了將GeF62-陰離子組裝到ZNU-6 MOF中，能夠一步將C2H4與C2H2和CO2分離。1）ZNU-6在0.01 bar的C2H2吸附容量達(dá)到1.53 mmol/g，CO2吸附容量達(dá)到1.46 mmol/g。通過C2H2/CO2/C2H4混合物單程吸附，實現(xiàn)了創(chuàng)造紀(jì)錄C2H4產(chǎn)率，而且氣體吸附容量在多次循環(huán)和潮濕氣氛條件得以保留。2）通過DFT計算模擬，研究氣體吸附位點，發(fā)現(xiàn)C2H2和CO2更容易吸附在交錯的窄通道。通過吸附C2H2，CO2，C2H4后的MOF單晶結(jié)構(gòu)表征，驗證主客體相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，在窄通道內(nèi)形成非常罕見的C2H2簇狀結(jié)構(gòu)，在更大的空腔位點形成兩種CO2吸附位點，結(jié)果與吸附熱曲線能夠很好的相符。
Yunjia Jiang, et al, Benchmark single-step ethylene purification from ternary mixtures by a customized fluorinated anion-embedded MOF, Nat Commun 14, 401 (2023)DOI: 10.1038/s41467-023-35984-5https://www.nature.com/articles/s41467-023-35984-5
3. Chem綜述：單分子熒光在催化研究的應(yīng)用
人們發(fā)現(xiàn)單分子熒光顯微技術(shù)SMFM（Single-molecule fluorescent microscopy）是一種非常好的原位表征催化反應(yīng)方法，單分子熒光表征技術(shù)能夠以高分辨率表征單個納米催化劑。有鑒于此，長春應(yīng)用化學(xué)研究所徐維林（Weilin Xu）等綜述SMFM技術(shù)在化學(xué)催化、光催化、電化學(xué)等納米催化領(lǐng)域的應(yīng)用。1）對化學(xué)催化、光催化、電催化等納米催化技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行介紹，隨后總結(jié)SMFM的前景和面臨的挑戰(zhàn)，從而為研究者發(fā)明新理念、以及拓展單分子技術(shù)的應(yīng)用場景提供幫助。
Yi Xiao, Weilin Xu, Single-molecule fluorescence imaging for probing nanocatalytic process, Chem 2023, 9, 16-28DOI: 10.1016/j.chempr.2022.09.019https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929422004922
4. Angew綜述：設(shè)計復(fù)合NRR電催化劑
電化學(xué)固氮是替代Haber-Bosch過程的可行人工固氮反應(yīng)方法，但是發(fā)展高活性和選擇性的電催化NRR反應(yīng)具有非常大的挑戰(zhàn)。通常NRR反應(yīng)需要在催化活性和選擇性之間權(quán)衡，為了解決這個困難和挑戰(zhàn)，人們提出了通過構(gòu)筑多組分電催化劑，并且調(diào)控和發(fā)展互補(bǔ)形式的電子結(jié)構(gòu)，能夠使用每個組分的優(yōu)勢，并且優(yōu)化多步反應(yīng)的每個步驟。有鑒于此，東華大學(xué)丁彬、俞建勇院士等報道對具有互補(bǔ)電子結(jié)構(gòu)的多組分電催化劑的設(shè)計、性能、機(jī)理等總結(jié)和綜述，特別對N2和d-，p-，f-區(qū)元素之間的相互作用進(jìn)行總結(jié)，從而有助于理解如何克服催化活性和催化選擇性之間均衡的挑戰(zhàn)。1）在這篇綜述中，對多組分電催化劑的設(shè)計、性能、機(jī)理等方面進(jìn)行總結(jié)。討論電催化劑NRR反應(yīng)的標(biāo)度關(guān)系，以及準(zhǔn)確和定量表征NRR電催化反應(yīng)。這些研究為發(fā)展高性能電催化劑從而推動電催化合成NH3實現(xiàn)工業(yè)化提供機(jī)會和幫助。2）目前人們發(fā)現(xiàn)電催化技術(shù)能夠促進(jìn)在溫和條件進(jìn)行NH3的綠色合成，但是目前的電催化劑性能仍無法滿足要求。多組分電催化劑能夠通過互補(bǔ)性的多組分設(shè)計方式（通過利用催化劑的不同組分和N2的獨(dú)特相互作用）打破催化活性和催化選擇性之間的局限性，并且最大化的增加其中每個組分的作用。由于電催化劑能夠通過互補(bǔ)性的組分進(jìn)行優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)，電催化劑能夠優(yōu)化σ-供體和π-反饋作用，從而能夠吸附和活化惰性N2分子。而且，通過抑制競爭性HER反應(yīng)，限制質(zhì)子接觸催化活性位點，電催化劑能夠選擇性的活化N2。因此，通過這種設(shè)計方式，電催化劑能夠擺脫標(biāo)度關(guān)系的限制，實現(xiàn)同時改善催化活性和選擇性。
Siyu Qiang, et al, Complementary Design in Multicomponent Electrocatalysts for Electrochemical Nitrogen Reduction: Beyond the Leverage in Activity and Selectivity, Angew. Chem. Int. Ed. 2023DOI: 10.1002/anie.202217265https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202217265
5. Angew：帶隙工程型鍺烯納米片用于實現(xiàn)高效的癌癥光動力治療
二維單元素材料(Xenes)因其獨(dú)特的二維物理化學(xué)特征和單元素組成所帶來的良好的生物安全性而在生物應(yīng)用領(lǐng)域中表現(xiàn)出了巨大的潛力。然而，其過窄的帶隙也嚴(yán)重阻礙了其在生物傳感、生物成像和光學(xué)治療等方面的廣泛應(yīng)用。有鑒于此，中科院上海硅酸鹽研究所施劍林院士和林翰研究員通過表面化學(xué)工程證明了?H封端的二維鍺烯材料具有1.65 eV的直接帶隙，這也使得該材料可以作為一種新型無機(jī)光敏劑以實現(xiàn)產(chǎn)生單線態(tài)氧的癌癥光動力治療。1）理論分析和體外研究結(jié)果表面，H-鍺烯納米片具有較大的帶隙和良好的生物降解性，且能夠表現(xiàn)出良好的癌癥治療性能。2）綜上所述，該研究充分證明了利用表面共價工程構(gòu)建新型治療性光動力劑在腫瘤催化治療應(yīng)用方面具有很好的可行性和發(fā)展前景。
Min Ge. et al. Bandgap-Engineered Germanene Nanosheets as an Efficient Photodynamic Agent for Cancer Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2023DOI: 10.1002/anie.202215795https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202215795
6. AM綜述：水蒸氣發(fā)電器件的進(jìn)展和挑戰(zhàn)
地球大氣氣氛中的水是無處不在的，而且大氣氣氛中的水能夠通過蒸發(fā)和冷凝的方式，廣泛的參與自然水循環(huán)過程。這種水循環(huán)過程發(fā)生與環(huán)境之間的能量交換，但是這種能量交換的利用非常罕見。目前人們發(fā)現(xiàn)發(fā)展的水力發(fā)電技術(shù)（hydrovoltaic technology），特別是蒸汽發(fā)電技術(shù)，具有收集大氣水蒸汽能量的廣泛前景，并因此發(fā)展蒸汽能量收集器件。這種器件能夠長時間的工作，在近些年間得到顯著的發(fā)展和進(jìn)步。與此同時，這種蒸汽發(fā)電器件的進(jìn)一步發(fā)展需要深入理解機(jī)理、發(fā)展新型材料、設(shè)計精巧的系統(tǒng)。有鑒于此，南京航空航天大學(xué)郭萬林院士等綜述報道蒸汽發(fā)電器件的相關(guān)進(jìn)展。1）首先對水的基本性質(zhì)進(jìn)行描述，討論水分子和吸水材料之間的相互作用，討論發(fā)電的機(jī)理。隨后總結(jié)目前具有前景的材料和系統(tǒng)。由于工作時間的限制，作者列舉了有助于改善器件性能的高性能體系種類，特別討論了能夠同時改善水蒸氣吸附和水蒸發(fā)的材料或者體系，從而有助于實現(xiàn)可持續(xù)的發(fā)電。最后，分析水蒸氣發(fā)電領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)，討論水蒸氣發(fā)電的發(fā)展前景。2）通過理論和實驗的結(jié)合，水蒸氣發(fā)電技術(shù)器件在輸出功率和可持續(xù)發(fā)展角度可能實現(xiàn)更大的發(fā)展和進(jìn)步，從而實現(xiàn)干凈能源和低碳發(fā)展的要求。
Jin Tan, et al, Harvesting Energy from Atmospheric Water: Grand Challenges in Continuous Electricity Generation, Adv. Mater. 2023DOI: 10.1002/adma.202211165https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202211165
7. AM：吡啶氮中心主導(dǎo)的亞納米鈀簇配位工程在炔烴半氫化反應(yīng)中的應(yīng)用
負(fù)載型金屬催化劑在優(yōu)化炔烴半加氫制精細(xì)化學(xué)品中發(fā)揮了重要作用。其中，氮摻雜碳作為一類很有前途的載體材料，引起了人們的廣泛關(guān)注。然而，由于載體中氮物種隨機(jī)摻雜的普遍現(xiàn)象，精細(xì)識別哪種氮構(gòu)型主導(dǎo)炔烴半氫化的催化性質(zhì)仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。吉林大學(xué)Zhen-An Qiao等報道了由介孔聚吡咯球衍生而來的均勻介孔氮摻雜碳球被用作固定化亞納米鈀簇的載體，這為研究氮構(gòu)型對炔烴半氫化反應(yīng)的影響提供了一個獨(dú)特的平臺。1）綜合實驗結(jié)果和密度泛函理論計算表明吡啶氮構(gòu)型主導(dǎo)了鈀簇的催化行為。吡啶氮中心的高含量為它們提供了豐富的配位位置，大大降低了限速反應(yīng)步驟的能壘，使鈀簇合物具有高催化活性。吡啶氮位和鈀簇之間的電子效應(yīng)使得鈀具有高的催化選擇性。此外，良好的介觀結(jié)構(gòu)也促進(jìn)了底物的快速傳輸。2）Pd@PPy-600催化劑對苯乙炔半加氫反應(yīng)具有較高的催化活性(99%)和選擇性(96%)。
Zhang, R., et al, Pyridinic Nitrogen Sites Dominated Coordinative Engineering of Subnanometric Pd Clusters for Efficient Alkynes Semi-hydrogenation. Adv. Mater. 2209635.DOI: 10.1002/adma.202209635https://doi.org/10.1002/adma.202209635
8. AEM: 通過非晶態(tài)晶體界面耦合增強(qiáng)d/p帶中心接近度以提高pH穩(wěn)定電解水
非貴金屬pH穩(wěn)定電催化劑的合理設(shè)計是實現(xiàn)多場景穩(wěn)定制氫的關(guān)鍵。近日，西安交通大學(xué)Thangavel Sakthivel、戴正飛、南京航空航天大學(xué)彭生杰構(gòu)建了一種非晶態(tài)CoBOx/NiSe異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其可用于高效穩(wěn)定的電解水。1) 無定形CoBOx晶格約束誘導(dǎo)的Co-Co鍵縮短和B位離域，使電子態(tài)向平衡中間體吸附/脫附方向的d-p帶中心移動。因此，CoBOx/NiSe異質(zhì)結(jié)構(gòu)在不同電解質(zhì)中具有高效穩(wěn)定的析氫/析氧反應(yīng)（HER/OER）催化活性。2)在堿性電解質(zhì)下，該催化劑在10mA cm?2下具有14.5 mV的超低HER過電位和229.1 mV 的超低OER過電位，并達(dá)到了2A cm?2的工業(yè)級OER電流密度。在非晶-晶體界面處引入d-p軌道為合理設(shè)計高效穩(wěn)定的非貴金屬電解水催化劑提供了新思路。
Liu Yaoda, et al. Enhancing the d/p-Band Center Proximity with Amorphous-Crystalline Interface Coupling for Boosted pH-Robust Water Electrolysis. Adv. Energy Mater. 2023DOI: 10.1002/aenm.202203797https://doi.org/10.1002/aenm.202203797
9. Nano Lett: 用于高效穩(wěn)定電解海水的RuCoBO納米復(fù)合材料
高效穩(wěn)定的電催化劑是開發(fā)實用電解海水器件的關(guān)鍵。近日，武漢理工大學(xué)Wang Xiaoyu 報道了用于高效穩(wěn)定電解海水的RuCoBO納米復(fù)合材料。1) 研究表明，煅燒的RuCoBO基納米復(fù)合材料（Ru2Co1BO-350）在堿性電解海水合成H2和O2中具有極高的催化活性，即HER的過電勢為14mV，OER的過電壓為219mV，并且具有極低的電池電壓（1.466V@10mA cm–2）和長期電解海水穩(wěn)定性（230 h@50 mA cm–2和@100 mA cm–2）。2) 結(jié)果表明，在析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)過程中，Ru2Co1BO-350催化劑發(fā)生了表面重建，從而使催化劑具有高活性和穩(wěn)定性，并且重建表面高度耐氯腐蝕。作者報道的高性能Ru基電催化劑設(shè)計策略，可以使電催化劑在電解海水過程中抵抗陽極腐蝕。
Le-Wei Shen, et al. A RuCoBO Nanocomposite for Highly Efficient and Stable Electrocatalytic Seawater Splitting. Nano Letters 2023DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04668https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.2c04668
