1. Nano Research綜述：電催化劑的設計理念不同尺寸的金屬基電催化劑(單原子、納米團簇和納米顆粒)對不同的電催化反應表現出不同的催化行為。精確調控活性中心的配位環境，合理設計高效的電催化劑，對促進電催化反應具有重要意義。基于此，清華大學王定勝教授綜述了近年來多相負載單原子催化劑、納米團簇催化劑和納米粒子催化劑在電催化反應中的研究進展，并根據各自的優缺點提出了構建策略和設計思路。作者首先提出了提高電催化性能的四個關鍵因素，包括電子結構、配位環境、載體性質和界面相互作用，以期為該領域的讀者提供一個全面的理解。最后，對多相負載型電催化劑目前面臨的挑戰和未來的機遇提出了一些見解。
Yao Wang, et al, Design concept for electrocatalysts, Nano Res. 2022DOI: 10.1007/s12274-021-3794-0https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3794-02. Nano Research：超高金屬負載量的鈷單原子中心催化劑促進乙苯好氧氧化使用空氣中的氧氣作為唯一氧化劑來氧化碳氫化合物以生產高附加值化合物（酮或醇），從環境和經濟角度來看都是一種有效的合成策略。基于此，清華大學王定勝教授成功合成了以 23.58 wt.% 負載在氮化碳 (CN) 上的高金屬負載量的鈷單原子中心催化劑 (Co SAC)，它對空氣中的乙苯氧化表現出優異的催化性能。此外，在相同條件下，Co SAC 顯示出比其他報道的非貴金屬催化劑高得多的周轉頻率 (19.6 h?1)。相比之下，所獲得的納米級或均相 Co 催化劑對該反應呈惰性。Co SAC 在此反應中還表現出高選擇性 (97%) 和穩定性（五次運行后不變）。DFT 計算表明，Co SACs 在第一步中顯示出低能壘和高耐水性，這導致該反應具有強大的催化性能。
Yu Xiong, et al, Cobalt single atom site catalysts with ultrahigh metal loading for enhanced aerobic oxidation of ethylbenzene, Nano Res. 2021DOI:10.1007/s12274-020-3244-4https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-020-3244-43. Nano Research綜述：電化學析氫反應單原子催化劑活性基團的調控單原子催化劑(SACs)由于具有高活性和優異的化學選擇性等特點，已成為析氫反應等催化領域的新前沿。催化活性部分通常由單個金屬原子和其鄰近的載體環境組成。最近發表的關于電催化HER的綜述傾向于根據活性中心原子的種類來對這些SACs進行分類，然而，它們來自載體的鄰近配位原子的影響不知為何被忽視了。基于此，清華大學王定勝教授通過支撐的類型對HER的SACs進行了分類，突出了電子金屬-載體的相互作用及其從支撐的協調環境。在此基礎上，提出了中心原子調控、配位環境調控、金屬-載體相互作用調控等結構設計策略。最后，簡要地提出了用于HER的SACs目前面臨的挑戰和未來的研究前景。
Zhu, P., Xiong, X. & Wang, D. Regulations of active moiety in single atom catalysts for electrochemical hydrogen evolution reaction. Nano Res. 15, 5792–5815 (2022).DOI：10.1007/s12274-022-4265-yhttps://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4265-y4. Nano Research 綜述：原子尺度揭示活性位點的結構-性能關系金屬基原子分散催化劑因其優異的催化性能和接近100%的原子利用率而受到人們的廣泛關注。因此，在原子尺度上全面系統地了解催化活性位點與催化性能之間的關系是非常重要的。清華大學王定勝教授詳細討論和總結了影響活性位點的關鍵和基本因素，并將其與催化性能聯系起來。首先，我們通過協調效應來描述主動位點設計的有效性。然后，討論了活性位點化學鍵在改變反應性能中的作用。此外，對于金屬間化合物，我們探索了活性原子間距對催化行為的影響。進一步討論了協同效應在催化劑設計中的重要性。最后，總結了影響原子尺度催化性能的關鍵參數，并提出了未來原子催化劑面臨的主要挑戰和發展前景。
Li, R., Wang, D. Understanding the structure-performance relationship of active sites at atomic scale. Nano Res. 15, 6888–6923 (2022).DOI：10.1007/s12274-022-4371-xhttps://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4371-x5. Nano Research：烷基硫醇修飾Fe3P納米陣列抑制析氫以增強電催化NRR電催化N2還原法是人工合成NH3的一個有吸引力的替代方法。然而，抑制競爭質子還原的困難在很大程度上阻礙了它的實際應用。為此，電子科技大學孫旭平教授，四川師范大學Chun Yang，河南大學Dongwei Ma設計了一種負載在碳紙(C18@Fe3P/CP)上的疏水十八硫醇修飾Fe3P納米陣列，以有效地排斥水，濃縮N2，并促進N2到NH3的轉化。該催化劑在0.1 M Na2SO4中NH3產率為1.80 × 10-10 mol·s-1·cm-2，法拉第效率為11.22%，優于未改性Fe3P/CP (2.16 × 10?11 mol·s-1·cm-2, 0.9%)。結果表明，C18@Fe3P/CP在循環實驗中具有穩定的N2固定活性和選擇性，且其耐磨性至少為25 h。基本原理計算表明，硫醇改性可以很好地調節Fe3P的表面電子結構和化學活性，促進了N2電還原活性和NH3的催化生成。
Tong Xu, et al, Enhancing electrocatalytic N2-to-NH3 fixation by suppressing hydrogen evolution with alkylthiols modified Fe3P nanoarrays, Nano Res. 2022, 15(2): 1039–1046 DOI: 10.1007/s12274-021-3592-8https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3592-86. Nano Research 綜述：新興的低核負載金屬催化劑具有原子級精度助力高效多相催化負載型原子分散金屬催化劑(ADMCs)因其具有較高的原子利用效率、質量活性和優異的選擇性而受到廣泛關注。具有兩個或多個催化中心的柔性活性位點的新型原子分散金屬催化劑（NADMCs），包括雙原子和三原子催化劑，近年來受到越來越多的關注。清華大學王定勝教授綜述了近年來NADMCs的研究進展，重點是對多金屬原子間協同作用和潛在結構-性能關系的深入理解。首先系統地介紹了NADMCs的主要合成方法，強調了每種制造方法的關鍵問題，包括金屬核設計中的原子精確控制，然后探索了用于識別和監測NADMCs原子結構的最先進的表征。然后，系統地討論了NADMCs在能源相關應用中的最新發展。最后，我們對nadmc發展的剩余挑戰和機遇提供了一些新的見解。
Zheng, X., Li, B., Wang, Q. et al. Emerging low-nuclearity supported metal catalysts with atomic level precision for efficient heterogeneous catalysis. Nano Res. 15, 7806–7839 (2022).DOI：10.1007/s12274-022-4429-9https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-022-4429-97. Nano Research：CoP納米陣列催化亞硝酸鹽實現電催化合成氨工業規模的氨(NH3)生產主要依賴于能源密集型和環境不友好的Haber-Bosch工藝。電催化還原N2可以避免這一問題，但電流效率和NH3產率有限。西華師范大學Yonglan Luo，電子科技大學孫旭平教授，成都大學Qingquan Kong演示了通過電化學亞硝酸鹽(NO2-)還原在鈦網上的CoP納米陣列(CoP NA/TM)催化的環境NH3生產。當在含有500 ppm NO2-的0.1 M PBS (pH = 7)中測試時，這種CoP NA/TM在- 0.2 V下能夠提供較大的NH3產率(2260.7±51.5 μg·h-1·cm-2)和較高的法拉第效率(90.0±2.3%)。密度泛函理論計算表明，CoP(112)上NO2 -還原的電位決定步驟為*NO2→*NO2H。
Guilai Wen, et al, Ambient ammonia production via electrocatalytic nitrite reduction catalyzed by a CoP nanoarray, Nano Res. 2022, 15(2): 972–977DOI: 10.1007/s12274-021-3583-9https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3583-98. Nano Research：激活MoS2界面S位點促進析氫電催化二硫化鉬(MoS2)的析氫反應(HER)在堿性和酸性溶液中受到限制，因為活性位點位于有限邊緣，擴展的基面保持惰性。在惰性的MoS2納米片基面上，哈工大Weiwei Yang，于永生教授，北京大學侯仰龍教授通過與Ru納米粒子偶聯來激活界面S位點。密度泛函理論(DFT)計算和實驗結果表明，界面S電子結構被調制。?GH*的結果表明，H在MoS2上的吸附也得到了優化。由于界面S位點的激活，Ru-MoS2在0.5 M H2SO4和1 M KOH溶液中僅需要110和98 mV的過電位就能達到10 mA·cm-2。該策略為其他過渡金屬硫化物電催化劑基面活化以提高HER性能開辟了新的途徑。
Shuo Geng, et al, Activating interfacial S sites of MoS2 boosts hydrogen evolution electrocatalysis, Nano Res. 2022, 15(3): 1809–1816DOI: 10.1007/s12274-021-3755-7https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3755-79. Nano Research綜述：單原子催化劑的應用由于不飽和配位環境、量子尺寸效應和金屬-載體相互作用等原因，Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Sn、Ir、Pt、Au、Bi、Er等單原子或雙原子金屬位與O、N、P、S等非金屬元素配位后表現出不同的電子構型，在多種氧化還原反應中具有較高的催化性能，在有機合成、環境修復、能量轉換、和生物醫學。單原子催化劑(SACs)的構效關系研究雖已深入，但其活性位點構型的多樣性給結構識別和理論模擬帶來了困難。吉林大學Jingqi Guan綜述了近年來在SACs應用方面的研究進展，重點介紹了活性位點的鑒定以及結構與性能之間的關系。
Qiaoqiao Zhang, et al, Applications of single-atom catalysts, Nano Res. 2022, 15(1): 38–70DOI: 10.1007/s12274-021-3479-8https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3479-810. Nano Research：N/P配位的原子Co/Ni雙位點作為可充電鋅-空氣電池的雙功能氧電催化劑金屬-氮-碳(M-N-C)單原子催化劑具有良好的電化學催化性能。然而，用雜原子(B、P、S等)取代N原子被認為是調節配位環境的有效方法。雜原子摻雜的M-N-C結構對氧中間體的吸附和活化起著重要作用。在此，清華大學李亞棟院士，Qing Peng，Chen Chen開發了一種通過形成Co1-PN和Ni1-PN平面構型來構建雙原子位型催化劑的有效策略。所研制的Co1-PNC/Ni1-PNC催化劑在堿性溶液中表現出優異的雙功能電催化性能。實驗和理論結果均表明，N/P配位的Co/Ni位點適度地降低了氧中間體的結合作用。Co1-PNC/Ni1-PNC使可充電鋅空氣電池作為空氣陰極具有優異的功率密度和循環穩定性，優于基準Pt/C+IrO2。這項工作為碳基材料的雙單原子位點設計和原子構型調控以實現高性能電催化劑鋪平了道路。
Botao Hu, et al, Atomic Co/Ni dual sites with N/P-coordination as bifunctional oxygen electrocatalyst for rechargeable zinc–air batteries, Nano Res., 2022DOI: 10.1007/s12274-021-3535-4https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3535-411. Nano Research：在不銹鋼上原位生長Fe3O4顆粒:一種高效的硝酸還原成氨的電催化劑氨是合成肥料的重要原料。然而，工業規模的NH3合成主要依賴于Haber-Bosch法，該方法存在大量CO2排放和高能耗的問題。電催化NO3還原法是在溫和條件下合成NH3的一種有吸引力的替代方法。由于該反應會產生多種產物，因此對高效、選擇性的電催化劑產生NH3提出了很高的要求。電子科技大學孫旭平教授，山東師范大學Qian Liu，Qingquan Kong報道了在不銹鋼(Fe3O4/SS)上原位生長Fe3O4顆粒作為一種高效的電催化劑，用于NO3 -還原為NH3。在0.1 M NaOH溶液和0.1 M NaNO3溶液中，這種Fe3O4/SS在-0.5 V的條件下達到了91.5%的法拉第效率和10145 μg·h-1·cm-2的NH3產率。此外，它具有良好的結構和電化學穩定性。本工作為擴大金屬氧化物電催化劑合成NH3的范圍提供了有益的指導。通過理論計算，揭示了催化機理。
Xiaoya Fan, et al, In situ grown Fe3O4 particle on stainless steel: A highly efficient electrocatalyst for nitrate reduction to ammonia, Nano Res. 2022, 15(4): 3050–3055DOI: 10.1007/s12274-021-3951-5https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3951-512. Nano Research綜述：基于金屬納米顆粒/金屬有機框架復合材料的先進光催化劑光催化技術將光轉化為有價值的化學物質，是利用取之不盡、用之不竭的太陽能實現人類社會可持續發展的經濟有效途徑。金屬納米顆粒(MNP)/金屬有機框架(MOF)復合材料是一種具有一石二鳥功能的光催化劑，它融合了MNP和MOF各自的優點。此外，由于各組分之間的協同作用，MNP/MOF復合光催化劑通常表現出極大的催化活性、選擇性和長期可回收性。國家納米科學中心Zhiyong Tang，Meiting Zhao首先全面介紹了目前廣泛應用的MNP/MOF復合材料的合成策略，并對其在光催化方面的研究進展進行了綜述，包括光催化制氫、二氧化碳還原、有機轉化反應和光降解污染物等。最后，提出了基于MNP/MOF的光催化研究面臨的挑戰和前景，并討論了該研究領域的進一步發展。
Jun Guo, et al, Advanced photocatalysts based on metal nanoparticle/metal-organic framework composites, Nano Res. 2021, 14(7): 2037–2052DOI: 10.1007/s12274-020-3182-1https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-020-3182-113. Nano Research綜述：無碳單點析氫析氧催化劑的研究進展及展望規模化水制氫的關鍵挑戰在于合理設計和制備高性能和地球資源豐富的電催化劑，以取代貴金屬Pt和IrO2用于析氫反應(HER)和析氧反應(OER)。雖然原子M-N-C材料在多相催化領域得到了廣泛的研究，但碳素底物的抗氧化能力不足阻礙了其在OER中的實際應用。開發高活性、穩定的OER電催化劑是電化學水分解的關鍵。吉林大學Jingqi Guan綜述了無碳單點催化劑的可行設計策略及其在HER/OER和整體水裂解中的應用。詳細討論了HER和OER的結構、組成和催化性能之間的本構關系，為合理構建高性能HER和OER電催化劑提供了重要的見解。對電化學水分解單位點催化劑的研究現狀和未來研究方向進行了展望。
Jingqi Guan, et al, Recent progress and prospect of carbon-free single-site catalysts for the hydrogen and oxygen evolution reactions, Nano Res. 2022, 15(2): 818–837DOI: 10.1007/s12274-021-3680-9https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3680-914. Nano Research綜述：電化學CO2還原反應中的串聯催化電化學CO2還原反應(CO2RR)通過將CO2轉化為有價值的化學品和燃料，是關閉人為碳循環和儲存間歇性可再生能源的一種有吸引力的途徑。串聯催化技術被自然界廣泛應用，通過偶聯反應步驟生成多種酶的生物大分子，是提高CO2RR性能的一種有前途的策略。通過串聯催化提高CO2RR的效率是近年來一個令人興奮的研究前沿，并取得了重大進展。天津大學Zhicheng Zhang，天津理工大學Huiling Liu介紹了CO2RR串聯催化的一般原理和設計時應注意的問題。系統綜述了雙金屬合金納米結構、雙金屬異質結構、雙金屬核殼納米結構、雙金屬混合催化劑、金屬-金屬有機框架(MOF)和金屬-金屬配合物、金屬-非金屬雜化納米材料和無銅雜化納米材料等提高CO2RR性能的研究進展。串聯催化CO2RR的研究仍處于早期階段，并對未來研究的挑戰和機遇進行了討論。
Yating Zhu, et al, Tandem catalysis in electrochemical CO2 reduction reaction, Nano Res. 2022DOI: 10.1007/s12274-021-3448-2https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3448-215. Nano Research：嵌入超細CoFe/Co納米顆粒的缺陷富集的空心多孔摻雜Co-N-C作為可充電柔性固體鋅-空氣電池的雙功能氧電催化劑構建和設計高效、廉價的雙功能氧電催化劑替代貴金屬基催化劑，是可充電鋅空氣電池(ZAB)發展的迫切需要。福州大學Niancai Cheng，武漢理工大學木士春教授，西安大略大學孫學良院士采用SiO2包覆的ZIF-67沸石咪唑骨架-67 (ZIF-67)包覆Fe離子，制備了一種基于超細CoFe合金(4-5 nm)的雙功能氧電催化劑，分散在缺陷富集的空心多孔Co-N-摻雜碳中。中空多孔結構不僅暴露了ZIF-67內部的活性位點，而且提供了高效的電荷和傳質。高密度CoFe合金與Co, n摻雜碳中的Co-Nx位之間的強協同耦合，保證了較高的氧還原反應(ORR)和析氧反應(OER)活性。第一性原理模擬結果表明，CoFe合金與Co-N位之間的協同促進作用有效地降低了O*到OH*的生成能。優化后的CoFe-Co@PNC表現出優異的電催化穩定性和活性，在10 mA·cm?2時OER的過電位僅為320 mV, ORR的半波電位為0.887 V，優于最近報道的雙功能電催化劑。以CoFe-Co@PNC為空氣陰極的可充電ZAB顯示出超過200小時的長期循環能力和高功率密度(152.8 mW·cm?2)。柔性固態ZAB以我們的CoFe-Co@PNC作為空氣陰極，具有高達1.46 V的高開路電位(OCP)以及良好的彎曲靈活性。
Zhao Lei, et al, Defects enriched hollow porous Co-N-doped carbons embedded with ultrafine CoFe/Co nanoparticles as bifunctional oxygen electrocatalyst for rechargeable flexible solid zinc-air batteries, Nano Res. 2021, 14(3): 868–878https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-020-3127-816. Nano Research綜述：光催化氮還原成氨:缺陷工程在光催化劑中的作用半導體缺陷工程為提高光催化N2轉化效率提供了一種有效的方案。本文主要綜述了氮氣還原制氨用光催化劑缺陷工程的最新進展。北京化工大學Zhenyu Sun，羅斯托克大學Jennifer Strunk簡要概述了熱催化和光子誘導N2還原的基本原理和機理，包括N2分子的相關性質、反應途徑和NH3的定量方法。隨后，簡要總結了缺陷分類、合成策略和識別技術。介紹了用于N2還原過程缺陷狀態監測的原位表征技術的研究進展。特別強調了各種表面缺陷策略及其在提高N2光還原性能中的關鍵作用，包括表面空位(即陰離子空位和陽離子空位)、雜原子摻雜(即金屬元素摻雜和非金屬元素摻雜)和原子定義的表面位點。最后，展望了缺陷工程光催化劑用于氮還原制氨的未來機遇和挑戰以及進一步發展的前景。本文的研究成果有望為進一步設計具有高活性和穩定性的氮光化學固定缺陷工程催化劑提供深刻的指導意義。
Huidong Shen, et al, Photocatalytic nitrogen reduction to ammonia: Insights into the role of defect engineering in photocatalysts, Nano Res. 2022, 15(4): 2773–2809DOI: 10.1007/s12274-021-3725-0https://www.sciopen.com/article/10.1007/s12274-021-3725-0
