1.天津大學(xué)Nature Materials：耐熱超分散氧化物增強(qiáng)鋁合金氧化分散強(qiáng)化（ODS）合金是一種高強(qiáng)度材料，可被用于極端環(huán)境，如高溫和耐輻射應(yīng)用。到目前為止，人們已經(jīng)通過化學(xué)處理方法開發(fā)了用于可還原金屬的ODS合金，但通過傳統(tǒng)技術(shù)將氧化物顆粒均勻分散在這些合金中仍極具挑戰(zhàn)性。近日，天津大學(xué)何春年、張翔等人報道了耐熱超分散氧化物增強(qiáng)鋁合金。1) 作者提出了一種策略來實現(xiàn)含有高分散的5?納米MgO納米顆粒，并通過粉末冶金策略，以及使用具有原位生長的類石墨烯涂層納米顆粒，從而大大降低了表面能。2) 在Al基體上密集分散的MgO納米粒子可以實現(xiàn)對界面空位擴(kuò)散的有效抑制，從而產(chǎn)生優(yōu)異的強(qiáng)度（~200?MPa）和高達(dá)500?°C的蠕變阻力。該加工方法能夠?qū)⒊?xì)納米顆粒分散在合金中，并可用于高溫應(yīng)用。Xiangren Bai et.al Heat-resistant super-dispersed oxide strengthened aluminium alloys Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01884-2https://doi.org/10.1038/s41563-024-01884-22.Nature Catalysis綜述：材料-微生物復(fù)合催化轉(zhuǎn)化CO2、N2將合成的材料與生物機(jī)械之間結(jié)合構(gòu)筑的體系為可持續(xù)高效催化提供機(jī)會。但是獨特的材料-生物界面以及多學(xué)科交叉的特點需要不同領(lǐng)域研究人員的合作。 有鑒于此，加州大學(xué)洛杉磯分校劉翀等綜述對N2和CO2兩種分子的固定反應(yīng)作為例子，討論材料-微生物界面的關(guān)鍵性質(zhì)，而且考慮了物理科學(xué)、生物科學(xué)角度對生物復(fù)合體系的影響。1）首先討論評價催化活性的指數(shù)和注意點，并且對材料-生物界面的相互作用以及界面的協(xié)同作用進(jìn)行討論，隨后對生物-非生物復(fù)合催化劑體系的挑戰(zhàn)與機(jī)會深入討論。2）材料-微生物復(fù)合催化劑體系的發(fā)展包括兩個角度。首先對材料-生物界面的性質(zhì)需要深入理解，包括生物部分和非生物部分的空間-時間關(guān)聯(lián)、生物-非生物界面的動力學(xué)以及電子轉(zhuǎn)移-傳質(zhì)轉(zhuǎn)移部分內(nèi)容需要超高分辨率顯微鏡、透射電鏡、多重方法-合成生物學(xué)結(jié)合。通過這些顯微技術(shù)/光譜表征技術(shù)的優(yōu)勢，酶/分子界面的情況能夠更好的表征和追蹤，因此能夠更好的描繪界面的傳質(zhì)和電荷傳輸；其次，生物復(fù)合催化劑體系的發(fā)展需要進(jìn)一步考慮實用性。 Guan, X., Xie, Y. & Liu, C. Performance evaluation and multidisciplinary analysis of catalytic fixation reactions by material–microbe hybrids. Nat Catal (2024).DOI: 10.1038/s41929-024-01151-2https://www.nature.com/articles/s41929-024-01151-23.Nature Chemistry：甲酰化提高分子馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)性能人工分子馬達(dá)和機(jī)器是將單個分子運(yùn)動構(gòu)筑集體分子以及響應(yīng)材料的關(guān)鍵。設(shè)計具有高效率和高選擇性的光驅(qū)動分子馬達(dá)目前仍是個巨大挑戰(zhàn)。有鑒于此，格羅寧根大學(xué)Ben L. Feringa等基于Rieche酰基化發(fā)展了高效的合成方法，顯著增強(qiáng)光異構(gòu)反應(yīng)的量子產(chǎn)率。1）在包括旋轉(zhuǎn)的循環(huán)過程中表現(xiàn)優(yōu)異的選擇性，而且能夠顯著降低競爭的光反應(yīng)。這個分子馬達(dá)能夠達(dá)到接近定量的光化學(xué)轉(zhuǎn)化，而且能夠獲得對映體純狀態(tài)。2）這個分子馬達(dá)能夠進(jìn)一步修飾官能團(tuán)，從而在膽甾醇型液晶材料的手性摻雜分子表現(xiàn)優(yōu)異的性能。Sheng, J., Danowski, W., Sardjan, A.S. et al. Formylation boosts the performance of light-driven overcrowded alkene-derived rotary molecular motors. Nat. Chem. (2024).DOI: 10.1038/s41557-024-01521-0https://www.nature.com/articles/s41557-024-01521-0 4.西安交通大學(xué)Nature Commun.：空氣plasma-電催化串聯(lián)合成氨電化學(xué)還原N2提供一個符合可持續(xù)發(fā)展前景的制備NH3路徑，電化學(xué)還原N2有助于解決Haber-Bosch催化反應(yīng)的排放和高能源問題。但是電催化還原N2反應(yīng)需要解決活化N2以及競爭性HER反應(yīng)的挑戰(zhàn)。有鑒于此，西安交通大學(xué)楊貴東教授等發(fā)展了空氣-NOx-NOx--NH3串聯(lián)催化體系合成氨。1）這個串聯(lián)電催化體系結(jié)合了非熱plasma N2氧化反應(yīng)與Ni(OH)x/Cu進(jìn)行電催化NOx-還原串聯(lián)，以3 mmol h-1 cm-2速率制備NH3，在0.25 V的法拉第效率達(dá)到92 %。2）構(gòu)筑非熱力學(xué)plasma和NOx-電解結(jié)合的流動相催化體系，在100 h的電催化反應(yīng)過程中，使用純空氣作為原料時穩(wěn)定的NH3產(chǎn)率達(dá)到1.25 mmol h-1 cm-2。反應(yīng)機(jī)理研究說明Cu表面的無定形Ni(OH)x能夠與K+之間產(chǎn)生非共價相互作用，從而加快水分子的活化，導(dǎo)致界面吸附氫物種的濃度增加，有助于吸附氫與氮中間體反應(yīng)。通過原位光譜和DFT理論計算，說明Ni(OH)x/Cu表面的NOx-吸附以及NOx-的加氫得到優(yōu)化，這項研究為空氣作為原料在溫和條件電催化制備NH3提供機(jī)會。 Liu, W., Xia, M., Zhao, C. et al. Efficient ammonia synthesis from the air using tandem non-thermal plasma and electrocatalysis at ambient conditions. Nat Commun 15, 3524 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-47765-9https://www.nature.com/articles/s41467-024-47765-95.江南大學(xué)Nature Commun.：手性無機(jī)納米材料用于對映選擇性催化的新趨勢近幾十年來，由于生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)藥、化學(xué)和食品工業(yè)對手性有機(jī)化合物的廣泛需求，不對稱轉(zhuǎn)化和合成引起了人們的極大興趣。鑒于此，來自江南大學(xué)Chuanlai Xu、Liguang Xu、Xinxin Xu等人通過研究探討了這一動態(tài)和新興領(lǐng)域的最新進(jìn)展。 1) 該研究表明，手性無機(jī)催化劑因其對不對稱有機(jī)轉(zhuǎn)化的貢獻(xiàn)而引起人們的極大興趣，該領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，并成為一個極具創(chuàng)新性的研究領(lǐng)域；2) 該研究通過全面了解手性無機(jī)納米催化劑的進(jìn)展，可以促進(jìn)不對稱催化的進(jìn)一步進(jìn)展。Li, S., Xu, X., Xu, L. et al. Emerging trends in chiral inorganic nanomaterials for enantioselective catalysis. Nat. Commun.(2024).DOI：10.1038/s41467-024-47657-y https://doi.org/10.1038/s41467-024-47657-y
6.Angew：表面磷酸鹽物種增強(qiáng)電催化還原CO2制備甲酸電化學(xué)還原CO2是符合可持續(xù)發(fā)展要求的制備燃料和化學(xué)品的途徑，但是電化學(xué)還原CO2面臨著CO2活化反應(yīng)和切斷水分子非常緩慢。有鑒于此，香港城市大學(xué)劉彬教授、武漢大學(xué)翟月明教授、郭宇錚教授、華中科技大學(xué)楊旋教授等報道(P-O)δ-修飾催化劑，在電催化還原CO2制備甲酸的反應(yīng)表現(xiàn)高活性和高選擇性。1）通過原位表征和動力學(xué)分析，說明(P-O)δ-修飾與K+(H2O)n之間強(qiáng)相互作用，這種強(qiáng)相互作用能夠加快水分子分解和產(chǎn)生質(zhì)子。原位ATR-SEIRAS表征結(jié)合DFT理論計算說明(P-O)δ-修飾能夠提高In催化活性位點的價態(tài)，促進(jìn)CO2的活化，促進(jìn)生成HCOO*，阻礙競爭性HER反應(yīng)。2）這種(P-O)δ-修飾的In氧化物電催化劑在較寬的電化學(xué)窗口具有非常高的甲酸法拉第效率（92.1 %），在-1.2 V的堿性電解條件中，部分電流密度達(dá)到~200 mA cm-2。 Bin Liu, Zhiming Wei, Jie Ding, Ziyi Wang, Anyang Wang, Li Zhang, Yuhang Liu, Yuzheng Guo, Xuan Yang, Yueming Zhai, Enhanced Electrochemical CO2 Reduction to Formate over Phosphate‐Modified In: Water Activation and Active Site Tuning, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202402070https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024020707.JACS：通過pH和過電勢調(diào)控Fe單原子的電催化NO還原選擇性電催化還原氮氧化物（NOxRR）是能夠維持氮循環(huán)平衡的方法。但是，如何實現(xiàn)NOxRR的利用是個挑戰(zhàn)。這其中的部分原因是NOxRR的反應(yīng)機(jī)理非常復(fù)雜，而且受到實驗條件（pH和電極電勢）的影響。有鑒于此，清華大學(xué)李雋教授、南方科技大學(xué)王陽剛教授等對擬酶結(jié)構(gòu)的鐵單原子催化劑（Fe–N4–C）進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)NOxRR催化反應(yīng)的選擇性來自一氧化氮還原的第一步。1）通過約束分子動力學(xué)（MD）模擬與準(zhǔn)平衡近似進(jìn)行結(jié)合，在模擬計算的過程中考慮電極電勢和pH對反應(yīng)自由能的影響，并對這種影響提出定量的預(yù)測。而且，進(jìn)一步開發(fā)在較寬pH勢窗口的含氮產(chǎn)物和N–N偶聯(lián)產(chǎn)物之間選擇性的系統(tǒng)熱圖（Systematic heat map），該熱圖和NOxRR的實驗觀察結(jié)果相符。2）這項研究能夠?qū)﹄姶呋缑娴恼鎸嵡闆r進(jìn)行模擬，而且定量的對界面效應(yīng)進(jìn)行評估。這項研究的結(jié)果為設(shè)計實驗從而將NOx選擇性的還原為目標(biāo)產(chǎn)物提供有價值的幫助與指導(dǎo)。Sheng?Jie Qian, Hao Cao, Yang?Gang Wang*, and Jun Li*, Controlling the Selectivity of Electrocatalytic NO Reduction through pH and Potential Regulation on Single-Atom Catalysts, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c00827https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c008278.復(fù)旦大學(xué)Joule：硫利用率達(dá)到96 %的K-S溶液電池K-S電池具有價格優(yōu)勢和高容量的優(yōu)勢，是具有前景的能源存儲技術(shù)。但是由于K2Sn動力學(xué)，如何保證較高的S氧化還原利用率是個較大的挑戰(zhàn)。有鑒于此，復(fù)旦大學(xué)晁棟梁教授等首次報道溶液相K+-S電化學(xué)能夠增強(qiáng)水相的K2Sn轉(zhuǎn)化動力學(xué)。 1）通過調(diào)節(jié)K2S溶解性得到穩(wěn)定的2e-轉(zhuǎn)移，光譜表征以及分子動力學(xué)模擬的結(jié)果說明獨特的固-液-固轉(zhuǎn)化過程（(S ? K2S4 ? K2S），這能夠避免溶解K2S的穿梭。2）這種方式得到優(yōu)異的K+存儲容量（1619 mAh g-1，對應(yīng)于96 %的硫利用率），穩(wěn)定循環(huán)500圈，而且保持95 %的庫倫效率，能量密度高達(dá)392 Wh kgS+Zn-1。這些研究結(jié)果有助于設(shè)計安全的高能溶液電池。Boya Wang, Wanhai Zhou, Yanyan Zhang, Tengsheng Zhang, Xinran Li, Yutong Feng, Ruizheng Zhao, Wei Li, Ahmed Elzatahry, Yasser Hassan, Dongyuan Zhao, Dongliang Chao, An energetic K+-S aqueous battery with 96% sulfur redox utilization, Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.03.021https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542435124001569
