1.Adv Mater：雙原子催化CO2電化學合成尿素
硝酸鹽和CO2電催化合成尿素能夠實現可持續和高效率合成尿素。有鑒于此，蘭州交通大學褚克教授、昆明理工大學鮑瑞教授、廣西大學劉熙俊教授等報道通過理論設計，將Pd和Rh單原子修飾在Cu基底上，構筑雙原子合金催化劑（CuPd1Rh1-DAA）。實驗驗證發現這種理論設計的Cu-Pd1Rh1-DAA催化劑在硝酸鹽和CO2電催化合成尿素的反應中具有選擇性和高催化活性。(1) 通過理論計算和原位光譜表征，說明Pd1-Cu和Rh1Cu催化活性位點之間通過串聯催化的協同作用促進硝酸鹽和CO2電催化合成尿素。Pd1-Cu能夠引發C-N偶聯，促進*CO2NO2轉化為*CO2NH，Rh1-Cu有助于*CO2NH2轉化為*COOHNH2并且生成尿素。
(2) CuPd1Rh1-DAA催化劑結合流動相電解槽，在-0.5 V過電勢進行電催化合成尿素，法拉第效率達到72.1 %，產率達到53.2 mmol h-1 g-1，這個產率是目前報道的最好結果。
參考文獻
Kai Chen, Danyang Ma, Ying Zhang, Fuzhou Wang, Xing Yang, Xiaomei Wang, Hu Zhang, Xijun Liu, Rui Bao, Ke Chu, Urea Electrosynthesis from Nitrate and CO2 on Diatomic Alloys, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202402160
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202402160
2.ACS Catal：原子級Pt/MXenes催化CO2丙烷脫氫
中國科學院上海高等研究院李圣剛教授、中國石油大學藍興英教授、青島科技大學何燕教授等報道DFT理論計算和微動力學模擬研究MXene擔載原子分散Pt1催化劑的CO2丙烷氧化脫氫催化反應機理和性能。
本文要點
(1)Pt單原子能夠促進丙烷分子切斷兩個C-H化學鍵，從而通過丙烷脫氫反應直接生成丙烯(DDHP)，Pt-MXene界面能夠切斷CO2分子的C-O化學鍵，通過RWGS反應將O*加氫生成H2O。
(2)通過反應速率和BEP研究說明C3H7*與Pt的結合強度決定丙烷脫氫（DDHP）反應的性能，MXene與O*的結合強度決定了RWGS反應性能。DDHP反應的性能與Pt單原子的d能帶中心位置以及Pt1@MXene界面的功函密切相關。微動力學建模結果顯示結合在Mo2CO2和W2CO2的Pt單原子DDHP性能比Pt(111)表面更好。此外，Pt1@Mo2CO2的深度脫氫反應能壘和C-C化學鍵裂解的能壘更高，因此Pt1@Mo2CO2具有更好的耐積碳性能。這些研究結果說明，Pt1@Mo2CO2具有是具有前景的CO2-ODHP催化劑。
參考文獻
Changqing Chu, Baoyu Chen, Yan He, Guiyuan Jiang, Xingying Lan, Shenggang Li, Changning Wu, and Daofan Cao, CO2-Assisted Dehydrogenation of Propane by Atomically Dispersed Pt on Mxenes，ACS Catal. 2024, 14, 9662–9677
DOI: 10.1021/acscatal.4c01473
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c01473
3.Nature Commun：有機半導體光催化全分解水
如何使用全有機半導體光催化劑材料直接使用太陽能將純水轉化為氫氣目前仍沒有得到清楚的理解。這個過程的挑戰有兩點：太陽能光譜的低能量光子無法形成S1激發態用于分解水，有機半導體光催化劑H+→H2反應的過電勢非常高。有鑒于此，江蘇大學袁壽其院士、閆研教授、中國科學院化學所馬萬紅教授等報道通過自旋開殼層的:PDI2-與自旋閉殼層PDI2-之間自組裝構筑有機分子晶體納米帶。(1)自組裝:PDI2-/PDI2-晶體納米帶的自旋激發被改變，在可見光區間（420-700 nm）區間產生S0S1→1(TT)→T1+T1，在近紅外光區間（700-1100 nm）產生自旋禁阻S0→T1。(2)由于三重態-三重態湮滅上轉換效應能夠產生S1激發態，因此H+還原能夠通過親水性的電子轉移過程，在可見光和近紅外光區間光催化制氫的表觀量子產率達到1.5 %。
參考文獻
Lin, X., Hao, Y., Gong, Y. et al. Solar overall water-splitting by a spin-hybrid all-organic semiconductor. Nat Commun 15, 5047 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-49511-7https://www.nature.com/articles/s41467-024-49511-7
4.Angew：調節催化活性位點重構增強電催化尿素轉化
目前人們開發了調節電催化劑并且構筑豐富Ni活性位點用于尿素電催化氧化的技術，但是通常的電催化反應過程中，人們為了避免尿素被高價態Ni過度氧化，通常更多的關注于生成價值比較低的氮氣產物，能夠避免生成具有毒性的亞硝酸鹽。有鑒于此，倫敦大學學院何冠杰教授、Ivan P. Parkin、武漢理工大學麥立強教授等提出介導策略，顯著提高生成亞硝酸鹽。(1)這項策略使用Pt-Ni2P催化劑，電催化生成亞硝酸鹽的速率達到0.82 mol kWh-1 cm-2，構筑的Zn-尿素-空氣電池體系能夠穩定工作66 h。當構筑膜電解槽電催化體系，能夠同時制備亞硝酸鹽和氫氣，電流密度達到200 mA cm-2，時間達到135 h。(2)通過原位光譜表征和理論計算說明Ni3+催化活性位點促進尿素氧化反應的動力學，從而增強“氰酸鹽”路徑。進一步的研究結果說明，*NOO脫附是電催化反應的決速步。
參考文獻
Jichao Zhang, Jianrui Feng, Jiexin Zhu, Liqun Kang, Longxiang Liu, Fei Guo, Jing Li, Kaiqi Li, Jie Chen, Wei Zong, Mingqiang Liu, Ruwei Chen, Ivan P. Parkin, Liqiang Mai, Guanjie He, Regulating reconstruction-engineered active sites for accelerated electrocatalytic conversion of urea, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202407038https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202407038
5.Adv Mater：調節MoNi4/MnO2缺陷增強電催化HER
通過電解水的節能方式制備綠氫能夠實現將氫能技術變成現實，雖然Pt基催化劑具有優異的HER電催化活性，但是Pt催化劑的價格高昂、儲量稀缺，這對于經濟和可持續發展而言是個挑戰。有鑒于此，墨爾本大學Yuan Wang、悉尼大學Hamidreza Arandiyan、新南爾威士大學趙川等通過化學合成和熱還原之間結合，合成MoNi4/MoO2納米片并且修飾大量的堆垛層錯缺陷，將其命名為d-MoNi，研究發現堆垛層錯缺陷顯著提高HER電催化活性。(1)d-MoNi催化劑在1 M KOH電解液進行HER電催化反應，達到500 mA cm-2和1000 mA cm-2電流密度所需的過電勢分別為78 mV和121 mV。富含缺陷的d-MoNi催化劑的催化TOF比Pt/C高4倍，而且穩定性達到>100 h，因此這種d-MoNi催化劑是迄今為止性能最好的非鉑HER催化劑之一。(2)實驗與理論計算結果說明d-MoNi催化劑豐富的堆垛層錯缺陷產生壓縮應力，降低質子吸附能，增強HER電催化活性。這項工作展示了通過調控金屬以及合金的缺陷調節電化學能源轉化和存儲應用的技術方法。
參考文獻
Yuan Wang, Hamidreza Arandiyan, Sajjad S. Mofarah, Xiangjian Shen, Stuart A. Bartlett, Pramod Koshy, Charles C. Sorrell, Hongyu Sun, Cristina Pozo-Gonzalo, Kamran Dastafkan, Sylvia Britto, Suresh K. Bhargava, Chuan Zhao, Stacking Fault-Enriched MoNi4/MoO2 Enables High-Performance Hydrogen Evolution, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202402156https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202402156
6.Adv Mater：Y和Co雙摻雜增強CeO2的堿性HER
儲量豐富的金屬氧化物通常具有穩定性，但是氧化物沒有合適的氫中間體的吸附，因此氧化物對于HER反應是惰性的。有鑒于此，河北工業大學李敬德教授、劉桂華副教授等通過質量比較重的稀土和過渡金屬雙摻雜策略，在CeO2內產生晶格應力，并且穩定氧空穴位點，從而顯著提高CeO2的堿性HER。(1)稀土元素Y和過渡金屬Co雙摻雜能夠產生壓縮晶格應力，并且提高氧空穴位點的密度，能夠增強水分子在氧空穴位點解離，改善氧空穴相鄰位點的氫吸附，因此顯著增強HER電催化動力學。(2)稀土元素Y摻雜的Y-O化學鍵比Ce-O化學鍵更強，因此Y摻雜能夠穩定氧空穴位點，實現優異的穩定性。Y,Co-CeO2雙摻雜氧化物電催化劑具有超低的HER過電勢（27 mV, 10 mA cm-2）和Tafel斜率（48 mV dec-1），性能超過了Pt電催化劑。當使用Y,Co-CeO2構筑陰離子交換膜電解槽，能夠在600 mA cm-2電流密度穩定工作500 h。這種晶格應力調控和氧空穴穩定的協同策略有助于理性設計高效率且穩定的氧化物HER電催化劑。
Xiaojing Liu, Shuaichong Wei, Shuyi Cao, Yongguang Zhang, Wei Xue, Yanji Wang, Guihua Liu, Jingde Li, Lattice Strain with Stabilized Oxygen Vacancies Boosts Ceria for Robust Alkaline Hydrogen Evolution Outperforming Benchmark Pt, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202405970https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202405970
7.Chem. Rev.：空間受限微電池：TMD催化劑設計的一條途徑
二維過渡金屬二硫族化合物（TMD）具有廣泛暴露的活性位點，已成為一類極具應用前景的電催化材料。最近，電化學微電池以其獨特的空間限制能力使人們能夠理解單一材料上的催化行為，從而大大促進這一領域的發展。近日，南洋理工大學劉政、湖南大學何勇民綜述研究了基于微電池的TMD電催化劑研究的最新進展。
本文要點：
1) 作者首先介紹了TMD材料的結構特征，并討論了它們用于電催化的工程策略。隨后，作者全面描述了兩種不同類型的微電池：窗口限制芯片上電化學微電池（OCEM）和液滴限制掃描電化學電池顯微鏡（SECCM），并分別詳細闡述了它們的結構、工作原理和裝置。
2) 此外，作者總結了TMD催化劑中OCEM和SECCM的最新研究進展，如活性位點識別和成像、位點監測、電荷注入和傳輸調制以及靜電場門控。最后，作者討論了當前研究中的挑戰，并對電化學微電池的未來研究進行了展望。
參考文獻
Shasha Guo et.al Spatially Confined Microcells: A Path toward TMD Catalyst Design Chem. Rev. 2024
DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00711
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00711
8.Nano Lett：DNA介導的磁-二聚體組裝用于對腫瘤進行無錯超高場磁共振成像
超高場(UHF)磁共振成像(MRI)是一項重要的生物醫學成像技術，但其仍難以避免錯誤的成像信號的產生。盡管雙模態造影劑能夠改善常規MRI的性能，但高磁矩也會導致其在UHF中的應用效果不夠理想，使其T1弛豫值降低，T2弛豫值發生過度增強。有鑒于此，上海交通大學凌代舜教授和李方園研究員制備了一種DNA介導的磁-二聚體組裝(DMA)的氧化鐵納米粒子，其可利用為UHF定制納米磁性實現無錯UHF-MRI。
本文要點：
（1）DMA在9 T磁場中的縱向弛豫率為4.42 mM?1·s?1，橫向弛豫率為26.23 mM?1·s?1，是一種典型的T1-T2雙模態UHF-MRI造影劑。
（2）實驗結果表明，DMA可利用T1-T2雙模態圖像融合實現無偽影的乳腺癌可視化，能夠以極高的精度有效地過濾來自百微米級假陽性信號的干擾。綜上所述，這種為UHF定制的T1-T2雙模態造影劑DMA有望進一步提高MRI在疾病診斷應用中的準確性。
Xun Liu. et al. DNA-Mediated Magnetic-Dimer Assembly for Fault-Free Ultra-High-Field Magnetic Resonance Imaging of Tumors. Nano Letters. 2024
DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01389
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c01389
