電催化還原硝酸鹽制備NH3是具有前景和環境友好的制氨技術。但是電催化還原硝酸鹽為8電子過程，反應動力學非常緩慢，而且人們對于反應機理并不清楚。有鑒于此，蘇州大學晏成林、路建美等報道通過一系列Pd合金屬烯（PdM, M=Fe, Co, Ni, Cu）研究催化劑的電催化還原硝酸鹽制氨的催化劑結構-性能關系。1）超薄的金屬烯暴露豐富的催化活性位點，過渡金屬摻雜打破電子結構，并且提高d能帶中心的位置，從而改善中間體吸附。2）這些催化劑的各向異性電子結構使得催化劑的規律為PdCu>PdCo≈PdFe>PdNi>Pd，PdCu的中性電催化生成NH3的產率達到紀錄的295 mg h-1 mgcat-1，法拉第效率達到90.9 %。詳細的研究結果說明適中的氮吸附（*NO3和*NO2），增強的*NO活化能力，更低的HER催化活性有助于生成NH3。作者認為這些研究結果有助于設計NO3還原電催化劑。 Yuanbo Zhou, Lifang Zhang, Zebin Zhu, Mengfan Wang, Najun Li, Tao Qian, Chenglin Yan, Jianmei Lu, Optimizing Intermediate Adsorption over PdM (M = Fe, Co, Ni, Cu) Bimetallene for Boosted Nitrate Electroreduction to Ammonia, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202319029https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2023190292.Angew：設計芳基多孔材料光催化制備H2O2發展穩定高效率的光催化制備H2O2的光催化劑非常重要，但是存在非常大的挑戰。有鑒于此，東北師范大學朱廣山、譚華橋、陶鑫等合成了D-A交替排列的基于環八四噻吩(cyclooctatetrathiophene)光活性多孔芳烴骨架材料PAF（porous aromatic frameworks），實現了優異的光催化制備H2O2性能。1）通過與三嗪電子受體結合構筑的PAF-363表現優異的可見光催化合成H2O2性能，在犧牲試劑存在下的光催化合成H2O2速率達到11733 μmol g-1 h-1，沒有犧牲試劑時的光催化合成H2O2速率達到3930 μmol g-1 h-1。2）實驗和理論計算結果說明PAF-363的電荷轉移和O2吸附位點都位于COTh結構，這能夠促進ORR反應生成H2O2。這項工作說明通過D-A結構的設計取向、優化電荷轉移位置、O2吸附位點方式設計的COTh-PAF能夠實現優異的光催化制備H2O2。Linzhu Cao, Cong Wang, He Wang, Xinmeng Xu, Xin Tao, Huaqiao Tan, Guangshan Zhu, Rationally Designed Cyclooctatetrathiophene-Based Porous Aromatic Frameworks (COTh-PAFs) for Efficient Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202402095https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024020953.JACS：陽離子和催化劑結構在調節Pt電極堿性析氫過程中的協同作用堿性介質中析氫反應 (HER) 的動力學是堿性水電解槽的核心反應，傳統的基于吸附的活性描述符無法準確捕獲。因此，減水或 HER 速率的確切機制和主要驅動力仍然存在激烈爭論。在這里，萊頓大學Marc T. M. Koper報道了在堿性條件下對 Pt 單晶電極上的 pH 和陽離子依賴性 HER 速率進行了廣泛的動力學測量。1）研究發現與 Pt 階梯位點相互作用的陽離子控制 HER 活性，而它們僅與 Pt(111) 和 Pt(100) 階地相互作用較弱，因此，陽離子不會影響階地位點上的 HER 動力學。這通過階梯式 Pt 表面與不具有階梯特征的 Pt 表面（例如 Pt(111)）上的 pH 和陽離子濃度的函數不同的活性趨勢反映出來。 2）研究表明，通過選擇性吸附原子沉積來合理調整這些階梯-陽離子相互作用并選擇最佳電解質組成，可以優化 HER 活性。因此，研究工作表明，催化劑和電解質必須結合定制才能實現盡可能高的 HER 活性。Akansha Goyal, et al, Alkaline Hydrogen Evolution on Pt Electrodes, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11866https://doi.org/10.1021/jacs.3c118664.JACS: 一種籠狀金屬有機框架用于增強 C2H2/CO2 和 C2H2/C2H4 分離由于 C2H2 與 CO2 和 C2H4 具有相似的物理和化學性質，因此在石化工業中將 C2H2 與 CO2 和 C2H4 分離非常重要，但也極具挑戰性。在此，福建理工大學張磊，中山大學陳成俠，北德克薩斯大學馬勝前教授基于網狀化學，通過縮小吡啶和羧酸官能化連接體的尺寸并引入氟化物和硫酸鹽橋接鈷簇，完成了籠狀混合配體MFOF-1的孔納米空間工程策略。1）與原型MFOF-1相比，具有相同拓撲結構的FJUT-1由于籠腔尺寸減小、孔表面功能化和適當的孔體積而顯著提高了C2H2吸附能力和選擇性C2H2分離性能。2）氟化物和硫酸鹽橋接立方烷型四核鈷簇的引入，使FJUT-1在惡劣條件下具有優異的化學穩定性，同時提供多個潛在的C2H2結合位點，從而為實際的C2H2分離應用提供了足夠的能力，這一動態穿透證實了這一點在干燥和潮濕條件下進行實驗。3）理論計算表明了獨特的結合機制，其中涉及CH·O、C·H·F和其他范德華力的多重超分子相互作用在選擇性C2H2分離中發揮著關鍵作用。Lei Zhang, et al, Isoreticular Contraction of Cage-like Metal?Organic Frameworks with Optimized Pore Space for Enhanced C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 Separations, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.3c120325.JACS：d-π 共軛聚合物的自旋磁效應增強水氧化中的 O-H 裂解深入了解自旋磁效應對 O?H 裂解的作用機制對于開發新型水氧化催化劑至關重要。有鑒于此，北京師范大學Liu Lin，Zemin Sun，南開大學Zhenhua Yan設計并合成了晶體Fe-DABDT和Co-DABDT（DABDT = 2,5-二氨基苯-1,4二硫醇）并優化了有效磁矩，以探索自旋磁效應在水氧化調節中的作用活動。可以發現催化劑的OER活性與其有效磁矩呈正相關。1）在外磁場作用下，具有更多自旋單電子的Fe-DABDT比Fe/Co-DABDT和Co-DABDT對水氧化具有更強的自旋磁響應。Fe-DABDT的OER電流增加量比Co-DABDT高近2倍。2）實驗和密度泛函理論研究表明，磁化的Fe位點可以實現親核反應，加速電子自旋態的極化，促進OH的極性分解和O?O鍵的形成。這項研究為析氧反應的自旋磁效應提供了機理見解，并進一步了解催化活性的自旋起源，有望提高制氫的能源效率。Liu Lin, et al, Spin-Magnetic Effect of d?π Conjugation Polymer Enhanced O?H Cleavage in Water Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.3c119076.JACS：14.8% 量子效率磷化鎵光催化劑用于析氫磷化鎵是一種成熟的用于從水中析出 H2 或 O2 的光電極材料，但用于析氫的顆粒基 GaP 光催化劑非常罕見。為了了解其原因，加州大學戴維斯分校Frank E. Osterloh研究了懸浮 n 型 GaP 顆粒的光催化析氫反應 (HER)，以碘化物、亞硫酸鹽、鐵氰化物、亞鐵離子和氫硫化物作為犧牲電子供體，并使用 Pt、RhyCr2?yO3 和 Ni2P HER助催化劑。 1）在去除 GaP 表面的鎵和氧化物電荷俘獲態、添加 Ni2P 助催化劑以降低質子還原過電勢、降低 GaP?助催化劑界面處的肖特基勢壘、調節GaP-液體界面耗盡層的極性，并優化電子供體的電化學勢。這項工作不僅展示了控制懸浮光催化劑中電荷分離的主要因素，而且還解釋了為什么文獻中大多數已知的 HER 光催化劑都是基于 n 型而不是 p 型半導體。Kathleen Becker, et al, 14.8% Quantum Efficient Gallium Phosphide Photocatalyst for Hydrogen Evolution, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c14545https://doi.org/10.1021/jacs.3c145457.Nature Commun.：無線無電池的眼調節貼片用于治療高度近視適當的眼軸長度是實現正視的關鍵。有鑒于此，電子科技大學薛欣宇教授、鐘捷研究員等人開發了一種無線無電池的眼調節貼片，并將其用于矯正高度近視和防止復發。1）該貼片由壓電換能器、電化學微驅動器、藥物微針陣列、μ-LED、柔性電路和具有生物相容性的封裝材料所組成。研究發現，外部超聲可對該系統進行無線供電和控制。電化學微驅動器則能夠驅動后鞏膜向內，因此其在精準縮短眼軸長度的過程中具有重要作用，可確保在視網膜上實現精確的場景成像。2）與此同時，藥物微針陣列可將核黃素遞送到后鞏膜，并且μ-LED的藍光能夠誘導膠原交聯，以增強鞏膜的強度。體內實驗結果表明，該貼片可成功地縮短兔眼的眼軸長度（約1217 μm），并顯著提高鞏膜強度（387%）。此外，該系統也可在無需電池的情況下實現有效的體內運行。綜上所述，該研究構建的貼片有望為臨床治療高度近視提供一個新的途徑。 Tianyan Zhong. et al. A wireless battery-free eye modulation patch for high myopia therapy. Nature Communications. 2024https://www.nature.com/articles/s41467-024-46049-68.Nature Review Mater：高熵材料在能源和電子學領域的應用高熵材料HEM（High-entropy materials）能夠通過選擇特定元素或者調節各種元素化學計量比調節材料，因此高熵材料的性質非常容易調控，從而使得高熵材料具有廣泛的應用前景。有鑒于此，卡爾斯魯厄理工學院Ben Breitung、Torsten Brezesinski、Jasmin Aghassi-Hagmann、Horst Hahn等總結高熵材料在能源和電子學領域的發展前景。1）作者重點總結介紹2015年開始出現的離子/共價陶瓷材料。目前這種離子/共價陶瓷材料的發現仍處于初期，作者對高熵材料改善材料和器件性能的一些研究進行總結討論。2）對于未來高熵材料研究領域的材料性質、主體、影響之間的關系進行總結。對高熵材料的雞尾酒效應（cocktail effects）、晶格畸變、組分自由度等以上角度進行總結，并且將這些效應與材料性質改變的關系進行總結。Schweidler, S., Botros, M., Strauss, F. et al. High-entropy materials for energy and electronic applications. Nat Rev Mater (2024)DOI: 10.1038/s41578-024-00654-5https://www.nature.com/articles/s41578-024-00654-5
