1.Nature Materials：一種普適性的粉末纖維化方法將粉末以無損的方式加工構筑具有豐富結構和功能的宏觀材料具有不可估量的科學意義和價值，但是這對于傳統的加工技術仍然是一個巨大的挑戰。有鑒于此，浙江農林大學孫慶豐、華中科技大學翟天佑、李會巧等開發了一種通用的粉末材料纖維化方法。這種纖維化方法使用二維纖維素將多種多樣的粉末材料加工成微/納米纖維，二維纖維素能夠為顆粒提供結構支撐，并且保留材料自身的特性和結構。1）研究發現，自收縮力驅動二維纖維素和粉末顆粒發生褶皺并且在滾動的狀態下形成纖維，這個過程的發生條件溫和，從而避免粉末顆粒發生團聚或損壞其結構。我們對120多種纖維樣品進行制備，能夠對各種粉末（不同形態、密度和粒度的元素、化合物、有機物和混合物）進行纖維化處理。2）制備的纖維具有可調節直徑和顆粒含量的特點，并且很容易構建具有各種各樣幾何形狀的高性能宏觀材料，可能應用于多種領域。這種粉末纖維化策略實現了一種通用、強大和非損傷的處理方法，將初級納米顆粒與宏觀尺度的應用連接起來。 Wang, H., Zeng, C., Wang, C. et al. Fibration of powdery materials. Nat. Mater. (2024)DOI: 10.1038/s41563-024-01821-3 https://www.nature.com/articles/s41563-024-01821-32.Nature Chemitry：光誘導硫酰胺分子多個化學鍵的協同旋轉人們在一些生物系統中提出了光誘導能夠產生多個化學鍵的協同旋轉。但是在合成系統中觀察這種現象是個挑戰，特別是表征光誘導多個化學鍵的旋轉。有鑒于此，北海道大學Akira Katsuyama、Satoshi Ichikawa等報道硫族原子取代的苯甲酰胺分子體系在雜原子的化學鍵發現光誘導導致兩個化學鍵旋轉的現象。1）將硫族取代基引入具有空間位阻的苯甲酰胺分子使得分子具有足夠的動力學穩定性和光敏性，從而能夠在光誘導作用下產生化學鍵的協同旋轉。當硫酰胺分子的苯環上存在兩個不同的取代基，因此能夠在光誘導化學鍵旋轉過程中形成一對對映異構體和E/Z異構體。2）使用這四種立體異構體實現了對分子的特定化學鍵的旋轉，監測了硫酰胺衍生物中光誘導的C–N/C–C協同鍵旋轉。研究發現化學鍵的旋轉取決于溫度和光照等外部刺激。作者通過理論計算說明這種選擇性光誘導過程的C-N/C-C化學鍵協同旋轉的機制。 Nagami, S., Kaguchi, R., Akahane, T. et al. Photoinduced dual bond rotation of a nitrogen-containing system realized by chalcogen substitution. Nat. Chem. (2024)DOI: 10.1038/s41557-024-01461-9https://www.nature.com/articles/s41557-024-01461-93.Nature Synthesis：智能原子機器人合成磁性納米石墨烯具有單個化學鍵精度的碳基量子材料的原子規模制造在推進具有非常規性質的定制量子材料方面具有巨大前景，同時對于下一代自旋電子器件和量子信息技術的發展至關重要。表面輔助合成和探針輔助操作等表面化學方法面臨著難以控制反應選擇性的問題，以及面臨著難以進行擴展、生產效率低的局限。有鑒于此，新加坡國立大學呂炯、Chun Zhang、清華大學王笑楠等報道將探針化學技術和人工智能結合，發展了化學家直覺式原子機器人探針（chemist-intuited atomic robotic probe）概念。這種方法能夠進行原子精度的單分子操作，并且合成精度達到單個化學鍵的單分子量子π磁體。1）通 1) 過深度神經網絡將復雜的探針化學過程轉化為機器可操作的任務。同時，通過提取數據的關鍵化學信息，從而能夠以化學家直覺的認識方式理解難以捉摸的反應機制。2）通過實驗和理論的結合研究，發現電壓控制的雙電子激發能夠誘導產生六鍵同步結構轉變，以擴展由苯基C(sp2)-H鍵激活觸發的單分子量子π-磁體的鋸齒形邊緣拓撲，實驗結果與深度神經模型給出的初始推測相互符合。這項研究實現了從自主制造到智能合成的轉變，選擇性和操作的精度比現有合成工具更好，改進了有機量子材料的合成方法，有助于實現在芯片上集成有機量子材料。 Su, J., Li, J., Guo, N. et al. Intelligent synthesis of magnetic nanographenes via chemist-intuited atomic robotic probe. Nat. Synth (2024)DOI: 10.1038/s44160-024-00488-7https://www.nature.com/articles/s44160-024-00488-74.Chem. Rev.：原位紫外-可見-近紅外吸收光譜與催化紫外-可見-近紅外的光子能量范圍包括4000–50000 cm–1之間的波數或200–2500 nm之間的波長。近日，魯汶大學Robert A. Schoonheydt、Bert F. Sels、斯坦福大學Edward I. Solomon綜述研究了催化中的原位紫外-可見-近紅外光譜。 1) 1) 作者討論了確定反應機理、動力學和結構性質的各種實驗技術。在光催化中，作者討論了通過瞬態吸收進行的飛秒和納秒分辨測量，以跟蹤激發態。紫外-可見-近紅外吸收光譜可用于結構表征，特別是用于Cu和Fe交換的沸石和金屬酶。2) 紫外-可見-近紅外吸收光譜可以在過渡金屬催化劑上跟蹤多種現象，包括氧化態、吸附、反應、載體相互作用、表面等離子體共振和帶隙變化。此外，紫外-可見-近紅外吸收受到寬吸收帶的影響，其可以跟蹤酸性沸石上的焦化反應。Max L. Bols et.al In Situ UV–Vis–NIR Absorption Spectroscopy and Catalysis Chem. Rev. 2024DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00602https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00602在過去的十年間人們見證了凝聚態物理學領域的不平凡能帶拓撲結構，而且發現了奇異的拓撲材料。最近拓撲物理學的概念拓展到化學領域，并且促使提出拓撲催化概念。理論上拓撲效應應該可以在催化反應中被探測，但是目前還不曾出現拓撲催化現象的報道。有鑒于此，中國科學技術大學曾杰、王征飛等報道通過控制Bi2Se3納米片的厚度和調節施加磁場，能夠精確的控制Bi2Se3的拓撲表面態（topological surface state），并且在Bi2Se3電催化還原CO2的實驗中直接觀測發現拓撲催化現象，這種拓撲催化現象能夠影響產物的分布和電催化反應的法拉第效率。1）當電催化反應中存在拓撲表面態的作用，CO2電催化還原反應以較高的法拉第效率（-1.1 V 過電勢的法拉第效率達到90%）生成液體產物（HCOOH和H2C2O4）；當電催化反應不在拓撲表面態的作用，以非常低的法拉第效率生成CO。 2）理論計算結果說明產物的不同和法拉第效率的區別來自于拓撲表面態影響關鍵中間體物種的吸附，以及影響了電勢決定步驟的能壘。這項研究說明能帶拓撲結構和電催化反應之間存在著密切關系，這為設計高性能電催化劑提供新方法和可能。Xiangdong Kong, Zhao Liu, Zhigang Geng, An Zhang, Ziyang Guo, Shengtao Cui, Chuan Xia, Shijing Tan, Shiming Zhou, Zhengfei Wang*, and Jie Zeng*, Experimental Demonstration of Topological Catalysis for CO2 Electroreduction, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11088https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c110886.Nature Commun.：鋯和鉿催化的碳碳單鍵硼氫化C-C單鍵的選擇性斷裂和隨后的功能化是合成有機化學中的一個基本挑戰。傳統上，使用化學計量的過渡金屬配合物實現C-C單鍵的活化。最近，開發了使用貴金屬的催化過程的例子。然而，使用廉價和地球上豐富的第四族金屬進行催化C-C單鍵斷裂在很大程度上還不發達。中國科學院蘭州化學物理研究所吳立朋等報道了鋯催化的C-C單鍵斷裂和隨后的硼氫化反應是使用Cp2ZrCl2作為催化體系實現的。1）各種γ-硼化胺的一系列結構很容易獲得，否則很難獲得。機理研究揭示了N–ZrIV物種的形成，然后β-碳消除途徑導致C–C單鍵活化。除了鋯之外，鉿在這種轉變中也表現出類似的性能。2）作者的工作為C-C單鍵硼氫化反應提供了另一種催化方法，并建立了鍵活化模型和IV族過渡金屬的催化應用。Li, S., Jiao, H., Shu, XZ. et al. Zirconium and hafnium catalyzed C–C single bond hydroboration. Nat Commun 15, 1846 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45697-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-45697-y7.Angew：異質結內建電場調節氫氧中間體吸附增強電催化分解水 堿性電解水是氫能經濟成為現實的關鍵，設計和發展高效穩定的HER-OER雙功能電催化劑是得到高效率堿性電解水的重要一步。有鑒于此，南開大學焦麗芳、青島大學龍云澤、楊磊等設計合成了一種催化劑，這種催化劑是WC1-x/Mo2C納米粒子嵌入碳納米纖維，因此具有豐富的界面，并且實現了優異的HER、OER電催化活性和穩定性。1）由于Mo2C能夠向WC1-x發生電子轉移，因此WC1-x/Mo2C@CNF催化劑實現了優異的HER和OER電催化活性。將WC1-x/Mo2C@CNF用于膜電解槽的陽極和陰極電催化劑表現優異的催化活性和穩定性，在200 mA cm-2較高的電流密度能夠穩定工作100 h。2）通過實驗表征和理論計算模擬結果說明因為功函的區別產生內建電場，內建電場產生不對稱的電荷分布，因此WC1-x/Mo2C@CNF催化劑的d能帶中心的位置得到調控，改善氫/氧中間體物種的吸附強度，促進全分解水的反應動力學。這項工作有助于發展和設計高活性的電催化劑。 Wenjie Zhang, Lei Yang, Zhi Li, Guangzhi Nie, Xuejie Cao, Zizheng Fang, Xiaojun Wang, Seeram Ramakrishna, Yunze Long, Lifang Jiao, Regulating Hydrogen/Oxygen Species Adsorption via Built-in Electric Field -Driven Electron Transfer Behavior at the Heterointerface for Efficient Water Splitting, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202400888https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024008888.ACS Nano：超疏氧/超親水多維電極系統用于高電流密度水電解水電解法是一種具有代表性和可靠性的清潔能源--氫氣的綠色生產，是一種很有發展前途的可再生能源。從經濟和工業的角度來看，開發富含稀土的非貴金屬基雙功能催化劑，同時表現出對析氫反應(HER)和析氧反應(OER)的高催化活性和穩定性是至關重要的；然而，到目前為止，這些類型的催化劑還沒有被構建出來，特別是用于工業水平的大電流密度水電解。近日，高麗大學Hyesung Park，成均館大學Jeong Min Baik，東國大學Young-Kyu Han以異質結構零維(0D)?一維(1D)PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ(PbSCF)-Ni3S2為研究對象，通過界面和形態工程的方法制備了一種自支撐催化電極。1）PbSCF-Ni3S2體系的這種獨特的多維納米結構顯示出超疏氧/超親水特性，并最大限度地暴露了高活性的異質界面，使PbSCF-Ni3S2電極在HER和OER中都具有出色的電催化性能，并在高電流密度(500 mA cm?2,500h)下的整體水電解過程中具有出色的操作穩定性。這項研究為高效穩定的大規模制氫系統的催化電極的開發提供了重要的啟示。Seulgi Jeong, et al, Superaerophobic/Superhydrophilic Multidimensional Electrode System for HighCurrent-Density Water Electrolysis, ACS Nano, 2024DOI: 10.1021/acsnano.3c12533 https://doi.org/10.1021/acsnano.3c12533
