1.蘇州大學JACS：CeO2調控亞穩態IrO2的應力控制OER反應機理調節應力對于設計高性能催化劑非常重要，但是如何控制亞穩定態二維材料的應力具有非常大的困難。有鑒于此，蘇州大學邵琪等報道通過原位生長方法通過CeO2調控亞穩態1T晶相1T-IrO2。1）發現修飾5 % CeO2能夠在1T-IrO2產生8 %壓縮應力，從而在三電極體系實現194 mV過電勢（10 mA cm-2）。而且在組裝的1.8 V電池能夠達到900 mA cm-2電流密度進行穩定的工作400 h。2）FTIR表征和DFT理論計算結果說明CeO2導致1T -IrO2產生應力，并且導致*O-*O自由基偶聯產生O2，這個過程與傳統1T-IrO2的吸附轉化機理不同。這些研究說明應力調控對于調節和優化催化反應路徑的方式得到優異電催化性能的重要意義。 Hao Yu, Yujin Ji, Chenchen Li, Wenxiang Zhu, Yue Wang, Zhiwei Hu, Jing Zhou, Chih-Wen Pao, Wei-Hsiang Huang, Youyong Li, Xiaoqing Huang, and Qi Shao*, Strain-Triggered Distinct Oxygen Evolution Reaction Pathway in Two-Dimensional Metastable Phase IrO2 via CeO2 Loading, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c05204https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c052042.中南大學Angew：SnS2硫缺陷修飾碳量子點用于鋰電池填充物固體聚合物電解質的實用受到Li+離子電荷傳輸數目較少、離子導電性低、界面穩定性差的局限，這些缺點嚴重損害聚合物電解質的局部微環境。功能性填充物有助于解決這些問題和挑戰。有鑒于此，中南大學侯紅帥教授等報道基于DFT理論計算發現填充物的陰離子空穴能夠用于結合Li鹽陰離子因此顯著增加電解質的Li+離子遷移數目。1）通過官能團化修飾的碳量子點制備了具有豐富硫缺陷位點的花狀SnS2填充物，這種修飾在SnS2表面的碳量子點具有豐富的有機官能團，從而作為連接試劑增強填充物和聚合物之間的兼容，因此得到優異的力學性能和快速離子傳輸。2）Li金屬和電解質界面原位生成的Li2S/Li3N有助于促進Li+擴散和均勻沉積，緩解Li枝晶問題。組裝的鋰金屬電池具有優異的循環穩定性，并且說明碳量子點修飾的缺陷無機填充物策略對于鋰金屬電池的優勢。 Huaxin Liu, Yu Ye, Fangjun Zhu, Xue Zhong, Dingzhong Luo, Yi Zhang, Wentao Deng, Guoqiang Zou, Hongshuai Hou, Xiaobo Ji, Optimizing the Microenvironment in Solid Polymer Electrolytes by Anion Vacancy Coupled with Carbon Dots, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202409044https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024090443.Angew：機械化學合成得到獨特的次表面層單原子 單原子催化劑具有優異的原子利用率和獨特的性質，因此受到廣泛的關注。但是單原子催化劑面臨著燒結導致的穩定性問題和氣體吸附導致單原子位點毒化的問題，這阻礙了單原子催化劑走向實際應用。有鑒于此，帝國理工學院王峰（Feng Ryan Wang）教授、武漢大學郭宇錚教授、近畿大學/京都大學Hiroyuki Asakura等通過機械化學方法將Cu單原子修飾到Fe2O3載體的次表面，發現調節單原子的位置在表面或者次表面能夠表現不同的吸附性質和反應機理。1）發現Fe2O3載體的次表面Cu原子在氧化環境和還原環境中都保持在獨立的狀態，但是表面Cu原子在還原環境中發生燒結的現象。2）這種獨特的次表面單原子有助于理解和設計新型催化劑。 Xuze Guan, Rong Han, Hiroyuki Asakura, Bolun Wang, Lu Chen, Jay Hon Cheung Yan, Shaoliang Guan, Luke Keenan, Shusaku Hayama, Matthijs A. van Spronsen, Georg Held, Jie Zhang, Hao Gu, Yifei Ren, Lun Zhang, Zhangyi Yao, Yujiang Zhu, Anna Regoutz, Tsunehiro Tanaka, Yuzheng Guo, Feng Ryan Wang, Subsurface Single-atom Catalyst Enabled by Mechanochemical Synthesis for Oxidation Chemistry, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202410457https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024104574.Angew：電解質設計使 LiFePO4/石墨電池可在 ?80°C 至 80°C 的溫度下充電 磷酸鐵鋰(LFP)/石墨電池長期主導著儲能電池市場，并有望成為全球動力電池市場的主導技術。然而，LFP/石墨電池較差的快速充電能力和低溫性能嚴重阻礙了它們的進一步推廣。這些限制與界面鋰(Li)離子傳輸密切相關。在這里，清華大學張強教授，北京理工大學閆崇等人報道了一種寬溫度范圍的酯基電解質，它通過調節鋰鹽的陰離子化學性質表現出高離子電導率、快速界面動力學和優異的成膜能力。1）研究人員通過采用三電極系統和弛豫時間分布技術定量地揭示了電池的界面屏障。還系統地研究了所提出的電解質在防止Li0電鍍和維持均勻穩定的界面方面的優越作用。2）LFP/石墨電池在?80至80 °C的超寬溫度范圍內表現出可充電性和出色的快速充電能力，而不會影響使用壽命。具體來說，實用的LFP/石墨軟包電池在25 °C下經過1200次循環（2 C）和10分鐘充電至89%（5 C）后容量保持率為80.2%，即使在-80 °C下也能提供可靠的電力。 Zeheng Li, et al, Electrolyte Design Enables Rechargeable LiFePO4/Graphite Batteries from ?80°C to 80°C, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202409409DOI: 10.1002/anie.202409409https://doi.org/10.1002/anie.2024094095.Angew：通過缺陷修飾Ru1單原子構筑紅磷光催化劑人們發現紅磷晶體可能具有光催化性質，但是紅磷的缺陷位點具有本征的深電荷阱以及電荷復合效應，導致紅磷在光催化反應中面臨挑戰。有鑒于此，香港城市大學Yun Hau Ng、北京工業大學敬林教授等報道將Ru1單原子位點組裝到紅磷晶體，能夠修復本征缺陷位點，而且能夠作為均勻分布的螯合位點可控的生長Ru納米粒子。 1）修飾Ru1和RuNP位點的紅磷晶體光催化劑具有調控的電子結構，改善的界面電荷轉移。作者通過先進的表征技術說明Ru1位點起到非常重要的作用，通過調節缺陷位點能夠減小較深的電荷捕獲阱，因此增加電荷的壽命。由于RuNP位點能夠在Ru1位點生長，從而構筑了Ru1位點能夠作為連接紅磷晶體和RuNP的橋梁，促進界面電荷轉移。2）通過Ru1位點構筑的Ru1-NP/CRP光催化劑實現了優異的光催化制氫性能（3175 μmol h-1 g-1），從而成為目前最具前景的單質光催化劑。這項研究揭示了預先在缺陷位點修飾單原子位點能夠增強催化劑的制氫性質。Junwei Bian, Wei Zhang, Yun Hau Ng, Zhuofeng Hu, Zhen Wei, Yuxi Liu, Jiguang Deng, Hongxing Dai, Lin Jing, Transforming Red Phosphorus Photocatalysis: Dual Roles of Pre-Anchored Ru Single Atoms in Defect and Interface Engineering, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202409179https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024091796.Angew綜述：原位3電子生成OH自由基反應在水處理領域的前景電化學芬頓反應是先進的氧化反應，但是電化學芬頓反應的發展存在一定的局限（生成H2O2、活化H2O2）。通過電化學3電子生成·OH的反應（而不是電化學兩電子氧還原反應ORR）能夠直接將O2分子活化生成·OH自由基，因此能夠打破傳統電化學芬頓反應的限制，并且實現了發展綠色水處理的新方法。有鑒于此，同濟大學趙國華教授等綜述報道3e- ORR還原反應的發展現狀，尤其是總結了3e- ORR反應的特點和機理，對3e- ORR反應的基本原理以及原位表征、通過調節反應路徑的方式發展高效率利用·OH的最新發展。1)對3e- ORR反應的催化劑設計、機理研究、水處理的實際應用情況進行總結。對未來如何發展高效率穩定大規模制備利用·OH的發展前景以及面臨的挑戰進行總結。2)作者討論了如何通過3e- ORR反應高效率產生·OH，并且總結并提出如何優化反應環境、如何改善效率和選擇性。探討了3e- ORR活性位點的構筑以及催化劑的穩定性。深入討論3e- ORR反應如何在實際情況進行環境修復領域。此外，對于3e- ORR反應的進一步發展進行展望，總結了如何將3e- ORR反應與其他技術結合。 Zhiming Wang, Nan Hu, Lan Wang, Hongying Zhao, Guohua Zhao, In situ Production of Hydroxyl Radicals via Three-Electron Oxygen Reduction: Opportunities for Water Treatment, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202407628https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024076287.南京大學Science Advances：封裝的 Cu 催化劑自增強局部堿度實現在中性電解質中高性能電催化還原硝酸鹽/亞硝酸鹽為 NH3從熱力學角度來看，硝酸鹽/亞硝酸鹽還原反應（eNOx?RR）生成氨（NH3）比引人注目的氮（N2）電還原更有利。迄今為止，高eNOx?RR到NH3活性僅限于強堿性電解質，而無法在經濟且可持續的中性/近中性電解質中實現。在這里，南京大學胡征教授，吳強，楊立軍等人構建了一個封裝在親水性分級氮摻雜碳納米籠（Cu@hNCNC）內的銅（Cu）催化劑。1）在eNOx?RR過程中，hNCNC殼阻礙了產生的OH?離子向外擴散，從而在內部Cu納米顆粒周圍形成了自增強的局部高pH環境。2）實驗結果顯示，Cu@hNCNC催化劑在中性電解質中表現出優異的eNOx?RR到NH3活性，相當于強堿性電解質中固定在hNCNC外表面（Cu/hNCNC）的Cu催化劑，但前者的穩定性要好得多。最佳NH3產率達到4.0摩爾/小時/克，法拉第效率高達99.7%。強堿性優勢促進了Cu@hNCNC催化劑的實用性，如在等離子體驅動的N2氧化與eNOx?RR-to-NH3的耦合中得到證實。Zhen Shen, et al, Self-enhanced localized alkalinity at the encapsulated Cu catalyst for superb electrocatalytic nitrate/nitrite reduction to NH3 in neutral electrolyte, Sci. Adv. 10, eadm9325 (2024)DOI: 10.1126/sciadv.adm9325https://www.science.org on July 13, 20248.Science Advances：調節混合基質膜中 MOF/聚合物界面孔隙幾何形狀以提升 CO2 分離性能目前，人們主要考慮控制 MOF/聚合物界面以實現兩種組分之間的良好兼容性，從而確保制造連續混合基質金屬有機骨架 (MMMOF) 膜。在這里，蒙彼利埃大學Guillaume Maurin，阿卜杜拉國王科技大學Mohamed Eddaoudi等人揭示了界面孔形狀納米結構對最佳分子傳輸的關鍵作用。1）研究人員原型超小孔 AlFFIVE-1-Ni MOF 與聚合物 PIM-1 組裝在一起，設計出一種復合材料，其孔從 MOF 入口到 MOF/聚合物界面區域逐漸擴大。2）濃度梯度驅動的分子動力學模擬表明，這種孔納米結構為 MOF/聚合物界面處的氣體分子提供了最佳引導路徑，從而決定性地導致整個 MMMOF 膜上的分子傳輸加速。3）該數值預測成功制造了[001]取向納米片AlFFIVE-1-Ni/PIM-1 MMMOF膜，該膜表現出優異的CO2滲透性，優于許多MMM，并且理想情況下與足夠高的CO2 / CH4選擇性相關，這使得該膜非常有希望用于天然氣/沼氣凈化。Aydin Ozcan, et al, Tuning MOF/polymer interfacial pore geometry in mixed matrix membrane for upgrading CO2 separation performance, Sci. Adv. 10, eadk5846 (2024)DOI: 10.1126/sciadv.adk5846https://www.science.org on July 13, 2024
