1.東南大學Angew：構筑Cu(0)/Cu(I)界面電催化還原CO2制備C2Cu2O作為還原CO2的電催化劑面臨的一個問題和挑戰是Cu(I)物種發生還原，導致產物選擇性低，并且催化劑容易失活。有鑒于此，東南大學張一衛、余慧軍等首次通過自下而上的方法構筑Cu(0)/Cu(I)凸面界面，Cux@Cu2O凸面球，在電催化還原CO2表現優異的性能。1）通過調節水熱反應的時間，界面能夠動態調節，并且導致CO2電催化反應的產物能夠在C1和C2之間變化。其中，水熱反應4 h得到Cu0.25@Cu2O凸面球形成Cu(0)/Cu(I)界面，從而得到最高的C2產物選擇性（90.5 %）。2）原位FTIR光譜表征以及DFT理論計算結果說明Cu(0)/Cu(I)界面能夠降低生成乙烯或乙醇的反應能壘，增加*CO吸附物種的覆蓋度，從而提高*CO二聚反應的機會。這項工作發展了如何合理的將價態敏感電催化劑實現制備高附加值產物。 Huan Liu, Chenghan Yang, Tong Bian, Huijun Yu, Yuming Zhou, Yiwei Zhang, Bottom-up Growth of Convex Sphere with Adjustable Cu(0)/Cu(I) Interfaces for Effective C2 Production from CO2 Electroreduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202404123https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202404123 2.化學所Angew：TEMPOL調控自旋增強CO2電催化CO2還原生成多碳產物的選擇性與相鄰催化活性位點之間自旋結構的排列情況有關，通常自旋催化劑需要相鄰位點能夠進行自旋相反的方式進行電子轉移。有鑒于此，中國科學院化學所王德先、張闖、盛樺等報道含有自由基的自旋催化劑TEMPOL@HKUST-1在CO2電催化還原反應中表現增強的C-C偶聯。1）TEMPOL@HKUST-1催化劑的相鄰催化位點含有自旋無序（SDO）相和自旋有序（SO）相，從而在相鄰的催化活性位點形成不對稱的自旋結構。通過將軸配位H2O分子替換為TEMPOL自由基，從而在Cu(II)位點之間產生自旋-自旋相互作用并且形成局域自旋有序（SO）相，這與H2O配位時產生的自旋無序（SDO）不同。2）TEMPOL@HKUST-1催化劑在1.8 V進行電催化還原CO2的性能比HKUST-1提高2倍，通過原位ATR-SEIRAS表征說明不對稱SO/SDO自旋結構顯著降低*CO中間體二聚生成乙烯的反應能壘。通過在磁場進行電催化反應，進一步說明這種自旋催化劑的性能得以提高，最大乙烯的選擇性達到50 %。通過研究CO2電催化還原催化劑的自旋動力學有助于發展新型高性能自旋電催化劑。 Baipeng Yin, Can Wang, Shijie Xie, Jianmin Gu, Hua Sheng, De-Xian Wang, Jiannian Yao, Chuang Zhang, Regulating Spin Density using TEMPOL Molecules for Enhanced CO2-to-Ethylene Conversion by HKUST-1 Framework Derived Electrocatalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202405873https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024058733.同濟大學Angew：插層結構FeOCl/MXene脫氯水處理由于FeOCl非常容易分解，導致FeOCl的電化學應用受到嚴重阻礙。理性的設計柔性-剛性界面能夠緩解應力導致電池充放電過程的材料分解。有鑒于此，同濟大學馬杰等人報道基于軟-硬界面理念構筑FeOCl/MXene界面，應用于電化學脫氯。1）通過靜電自組裝作用進行層層自組裝，將FeOCl組裝在Ti3C2Tx MXene納米片內，從而得到軟-硬多級結構。Ti3C2Tx能夠作為柔性緩沖層，緩解Cl-插嵌/脫除過程中產生的體積改變，而且構筑導電網絡促進電荷的快速傳輸。2）通過FeOCl/Ti3C2Tx構筑的脫氯體系實現了優異的Cl-吸附能力（158±6.98 mg g-1），Cl-吸附速率（6.07±0.35 mg g-1 min-1），穩定性（30圈循環后容量仍高達94.49 %），可觀的能量回收（21.14±0.25 %）。這種優異的脫氯性能是因為Fe2+/Fe3+拓撲變換以及Ti3C2Tx的變形能力導致。這種界面設計策略實現了軟-硬材料集成，有助于解決電極膨脹問題。 Jingjing Lei, Xiaochen Zhang, Junce Wang, Fei Yu, Mingxing Liang, Xinru Wang, Zhuanfang Bi, Guangyi Shang, Haijiao Xie, Jie Ma, Interlayer Structure Manipulation of FeOCl/MXene with Soft/Hard Interface Design for Safe Water Production Using Dechlorination Battery Deionization, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202401972https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024019724.哥倫比亞大學Angew：CO2和乙烷制備碳納米管為了緩解向大氣排放CO2導致的環境問題，促使人們發展CO2還原技術。有鑒于此，哥倫比亞大學陳經廣報道在Fe、Co、Ni金屬作為催化劑，在750 ℃將CO2和乙烷轉化為碳納米管。1）這種方法有助于通過制備高附加值碳納米管的方式解決碳存儲問題，而且能夠制備不同比例的合成氣CO/H2副產品。當沒有CO2的時候，直接熱解乙烷導致快速失活。2）加入CO2不僅能夠提高催化劑的持久性，而且提升30 %碳納米管產量，為處理CO2提供一種可行的解決方案。生成的碳納米管形貌與使用的催化劑有關，使用Co或Ni催化劑生成直徑20 nm長度達到微米的碳納米管，使用Fe作為催化劑生成竹子結構碳納米管。這項工作展示了CO2和乙烷制備碳納米管。 Yong Yuan, Erwei Huang, Sooyeon Hwang, Ping Liu, Jingguang G. Chen, Converting Carbon Dioxide into Carbon Nanotubes by Reacting with Ethane, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202404047https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024040475.湖南大學JACS：合理設計的NIR-II G-四鏈體熒光探針用于腫瘤轉移的精準活體成像對G-四鏈體(G4)進行精準活體成像對于理解G4相關疾病(如癌癥)的發生和進展而言至關重要。現有的活體G4熒光探針主要為近紅外一區(NIR-I)探針，發射波長較短，導致其應用的準確性不夠理想。近紅外二區(NIR-II)熒光成像能夠顯著減少自身熒光干擾和實現更深的組織穿透，可進一步提高活體成像的準確性。然而，由于缺乏有效的探針設計策略，因此NIR-II G4探針的發展仍面臨著很大的阻礙。有鑒于此，湖南大學張曉兵教授和任天兵教授通過循序漸進的合理設計方法，成功地開發了首個具有NIR-II發射、可用于體內G4檢測的小分子熒光探針（NIRG-2）。1）分子對接計算表明，NIRG-2能夠與G4結構形成穩定的氫鍵和強π-π相互作用，有效抑制扭曲的分子內電荷轉移(TICT)，從而選擇性地闡明G4結構。由于其具有NIR-II發射(940 nm)，大的Stokes位移(90 nm)和高選擇性，因此NIRG-2可實現高達47倍的熒光增強和5 mm的組織成像深度，以用于活體G4檢測，其性能也顯著優于現有的G4探針。利用NIRG-2，研究者首次通過淋巴結實現了對腫瘤轉移的高對比度可視化成像以及精準的腫瘤切除。2）實驗結果表明，NIRG-2在評估腫瘤淋巴轉移模型的手術和藥物治療效果方面具有高度的有效性和可靠性。綜上所述，該研究構建的NIRG-2探針可作為深入了解體內G4相關疾病的重要分子工具，有望為開發G4激活的臨床NIR-II探針提供一個新的策略。Ren-Xuan Wang. et al. Rational Design of NIR-II G-Quadruplex Fluorescent Probes for Accurate In Vivo Tumor Metastasis Imaging. Journal of the American Chemical Society. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c13851https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c138516.Nature Review Chemistry：通過鹵化物構筑電池由鹵元素提供能量的電池在能量存儲應用領域得到蓬勃發展，這種鹵電池屬于二次非液流電池，其通過鹵素化學價態的可逆變化實現電子轉移，這是與傳統搖椅電池的主要區別。目前發展的鹵素電池包括有機鹵化物、鹵鹽、含鹵無機物、有機-無機雜化鹵化物等。除此之外，通過多個電子的轉移和各種反應路徑，人們發現了多種氧化還原機理，這些發現有助于改善HSCB電池的電化學性能。 有鑒于此，香港城市大學支春義、鄭州大學李新亮等綜述目前HSCB電池的發展情況，以及HSCB電池的電化學機理-電化學性能之間的關系。1）首先詳細總結HSCB電池的氧化還原機理、熱力學、轉化和催化、傳質和電子轉移等。對HSCB電池面臨的挑戰和難點進行展望，討論將高能量密度的鹵化物電極進行實際應用的機會。2）討論了鹵化物的物理化學性質和鹵化物的電化學性質，對具有活性的鹵化物的發現和成功案例進行總結，并且從活性-穩定性之間均衡角度考慮HSCB電池的設計。總結了HSCB的發展歷程，其中特別關注于各種電解液和各種陽極的發展情況。從實用角度對關鍵挑戰和優化方法進行總結，從而為設計高性能的HSCB電池提供幫助。 Li, X., Xu, W. & Zhi, C. Halogen-powered static conversion chemistry. Nat Rev Chem (2024).DOI: 10.1038/s41570-024-00597-zhttps://www.nature.com/articles/s41570-024-00597-z7.Nature Review Chemistry：高熵材料高熵材料的出現追溯到2004年，最初的報道是高熵合金材料。隨后高熵材料快速的從高熵合金發展出中熵合金，以及陶瓷、聚合物、復合材料等領域。2006年人們提出高熵材料的四個關鍵效應：高熵、晶格畸變、緩慢擴散、雞尾酒效應，將這些效應應用于描述和解釋高熵材料出現的各種現象。在這些年間，這些效應被人們認真的研究，并且得以驗證這些效應。有鑒于此，臺灣清華大學葉均蔚（Jien-Wei Yeh）綜述報道對高熵材料的四個關鍵效應的基本原理的理解和認識，并且對如何增強這些效應提供幫助和指導。1）高熵材料的研究目前得到快速的發展，人們發現中熵合金、高熵合金材料具有優異的性能，包括優異的力學性能、熱力學性能，抗氧化、抗損耗、抗腐蝕等特點。2）通過這些研究有助于深入理解低熵-高熵材料以及進行材料的設計，以及研究新組分或者探索其應用。Hsu, WL., Tsai, CW., Yeh, AC. et al. Clarifying the four core effects of high-entropy materials. Nat Rev Chem (2024).DOI: 10.1038/s41570-024-00602-5 https://www.nature.com/articles/s41570-024-00602-58.Nature Commun：Ir@CeO2-x催化甲烷干重整甲烷干法重整能夠將溫室氣體（CH4和CO2）轉化為高附加值的合成氣，從而解決碳循環和環境問題。大那是如何發展高性能催化劑是個巨大的挑戰。有鑒于此，北京化工大學衛敏、楊宇森、中國石油大學崔國慶等報道金屬-載體結構的0.6 % Ir/CeO2-x催化劑，實現了較高的轉化率。在700 ℃進行干法重整催化，在100 h內穩定催化，CH4的轉化率達到72 %，CO2的轉化率達到82 %，CH4的反應速率達到973 μmol CH4 gcat-1 s-1。1）這個催化劑的性能與目前最好的催化劑性能非常接近，通過原位光譜表征與理論計算的結合，發現這種催化劑的界面在催化反應中起到的重要作用。2）界面能夠作為促進CH4分解（決速步驟）和CH2*氧化為CH2O*的本征催化活性位點，該催化位點免于生成積碳，從而保證催化劑的長壽命。這項研究的催化劑有可能在高效利用碳資源領域提供幫助。 Wang, H., Cui, G., Lu, H. et al. Facilitating the dry reforming of methane with interfacial synergistic catalysis in an Ir@CeO2?x catalyst. Nat Commun 15, 3765 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-48122-6https://www.nature.com/articles/s41467-024-48122-6
