1.Nature Nanotechnology：絲素蛋白作為水性納米加工的表面活性劑水性加工在高科技領域發揮著至關重要的作用，特別是在電子、材料科學和生命科學領域，對開發高效可靠的設備、制造效率、安全性和可持續性具有重要意義。在微觀和納米尺度上，水作為生物和技術系統之間的橋梁具有獨特的優勢。然而，需要開發新方法來克服水中高表面張力帶來的巨大挑戰，這阻礙了潤濕，從而阻礙了生物-納米界面的制造。近日，塔夫茨大學Fiorenzo G. Omenetto等人使用絲素蛋白作為表面活性劑來實現納米級設備的水性加工。1) 即使在微量（例如0.01 w/v%）的情況下，絲素蛋白也能顯著提高表面覆蓋率，并在精確控制水性溶液和疏水表面之間的界面能方面優于商業表面活性劑。這種效應歸因于絲分子的兩親性及其在具有不同表面能基材上的適應性吸附，促進了材料對之間的分子相互作用。2) 作者通過制造從晶體管到光伏電池的水處理納米器件突顯了這種方法的多功能性。其性能與類似的真空處理設備相當，從而突顯了該方法在水性納米制造中的實用性和多功能性。Taehoon Kim et.al Silk fibroin as a surfactant for water-based nanofabrication Nature Nanotechnology 2024DOI: 10.1038/s41565-024-01720-3https://doi.org/10.1038/s41565-024-01720-32.廈門大學Nature Commun：原位表征Fe-N-C催化劑的熱解和形成機理Fe/N/C體系是具有前景的價格便宜和可靠高效ORR電催化劑，但是人們對于熱解過程中，起始材料轉化為Fe-N-摻雜的碳材料的過程相關表征比較少。 有鑒于此，廈門大學廖洪鋼教授、姜艷霞教授等通過大量原位診斷技術（ in-situ diagnostic techniques）研究Fe物種的變化情況，并且揭示Fe-N4位點的形成過程。1）通過原位加熱顯微鏡表征發現首先形成FeOx納米粒子，隨后FeOx納米粒子在碳材料內部移動，當FeOx完全還原后移動停止。納米粒子的移動和分解導致碳層發生結構重構。2）實驗和理論計算結果顯示FeOx的變化與尺寸密切相關，尺寸<7 nm的FeOx納米粒子能夠釋放Fe原子并且生成Fe-N4位點，尺寸>10 nm的FeOx納米粒子容易聚集而且阻礙形成Fe-N4位點。這項工作通過成像表征技術研究Fe/N/C材料的熱解過程，有助于理性設計催化劑。Yin, S., Yi, H., Liu, M. et al. An in situ exploration of how Fe/N/C oxygen reduction catalysts evolve during synthesis under pyrolytic conditions. Nat Commun 15, 6229 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50629-xhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-50629-x3.Nature Commun：電化學實現界面合成石墨烯納米帶在表面合成邊緣官能團修飾的石墨烯納米帶材料受到人們的廣泛關注，但是如何在高真空體系在熱活化的金屬表面大規模生長這種石墨烯納米帶具有非常大的難度和挑戰。這是因為300~500 ℃官能團容易分解，而且單層石墨烯納米帶的生長具有局限性。有鑒于此，京都大學Hiroshi Sakaguchi等發展了使用不對稱結構分子并且在固液界面具有的電化學雙電層內的強電場內進行表面電化學生長石墨烯納米帶。1）在<80℃能夠在電極上層層方式生長強供電子石墨烯納米帶材料，而且這種生長過程不會破壞官能團。作者發現高電壓能夠導致手性二價陽離子物種的聚合反應，這個現象以往未曾發現。 2）通過電化學制備的石墨烯納米帶材料表現迄今為止最強的供電子能力，表現優異的硅蝕刻催化活性，性能比貴金屬更好，而且具有優異的光導電性。這項技術為制備各種各樣的邊緣官能團化修飾的石墨烯納米帶提供可能。Sakaguchi, H., Kojima, T., Cheng, Y. et al. Electrochemical on-surface synthesis of a strong electron-donating graphene nanoribbon catalyst. Nat Commun 15, 5972 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50086-6https://www.nature.com/articles/s41467-024-50086-64.Nature Commun：MOF轉化為晶體多孔碳催化Fenton反應具有調節的納米結構和長程規則結構的納米多孔碳材料能源、環境、催化等領域是具有前景的材料。但是目前的合成方法難以設計控制局部結構。有鑒于此，馬克思·普朗克膠體與界面研究所Yang Wang等報道鹽輔助策略能夠通過MOF熱解得到納米碳晶體。1）通過鹽輔助熱解策略生成的納米碳晶體材料具有由于的2D堆疊結構，生成的這種結構與高溫熱解法生成的納米多孔碳具有明顯區別。2）MOF熱解生成的晶體納米碳材料具有較高程度的N和C原子作為終止原子，在催化Fenton反應凈水應用中表現優異的性能。這種制備晶體多孔碳材料說明開發其他雜原子摻雜碳材料通過設計有機前驅分子和模板反應的前景和機會。Lian, T., Xu, L., Piankova, D. et al. Metal-organic framework derived crystalline nanocarbon for Fenton-like reaction. Nat Commun 15, 6199 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50476-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-50476-w5.JACS：CNT@MO2–x (M = Sn, Ce)界面Pt的局部環境調控增強堿性HERPt催化劑是前景最廣泛的HER電催化劑，但是Pt催化劑仍然面臨著緩慢的堿性體系反應動力學和昂貴的價格。有鑒于此，清華大學王定勝教授、四川大學岳海榮教授等通過優化Pt物種的局部環境以及構筑金屬氧化物界面，從而改善堿性HER電催化反應動力學。1）PtRu雙金屬簇催化劑與相鄰MO2-x（M=Sn和Ce）修飾在碳納米棒表面（PtRu/CNT@MO2-x）表現具有前景的堿性HER，在1 M KOH電解液進行電催化HER，75 mV就達到100 mA cm-2電流密度。PtRu/CNT@MO2-x在70 mV過電勢的質量活性達到12.3 mA μg-1Pt+Ru，比活性達到32.0 mA cm-2ECSA。其質量活性和比活性分別達到Pt/C催化劑的56倍和64倍。2）實驗和理論計算結果顯示，Pt簇和Mo2-x的界面能夠促進H2O吸附和活化，通過修飾Ru能夠進一步優化H吸附和H2O分子的解離能壘。由于反應基元步驟之間的反應動力學能夠相互匹配能夠加快反應速率，因此得到優異的堿性電催化反應活性。這項工作為調節催化劑的局部環境，優化反應基元步驟并且得到優異的堿性HER性能。 Chang-An Zhou, Kui Ma, Zechao Zhuang, Meiling Ran, Guoqiang Shu, Chao Wang, Lei Song, Lirong Zheng, Hairong Yue*, and Dingsheng Wang*, Tuning the Local Environment of Pt Species at CNT@MO2–x (M = Sn and Ce) Heterointerfaces for Boosted Alkaline Hydrogen Evolution, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c04189https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c041896.Angew綜述：原位TEM表征金屬載體相互作用精確控制載體表面金屬催化劑的微結構以及調節金屬-載體相互作用是得到高性能異相催化劑的關鍵。較強的金屬-載體相互作用（SMSI）不僅能夠穩定金屬納米粒子，而且改善金屬催化劑位點的耐燒結，調節金屬和載體之間的電子相互作用，優化催化活性和選擇性。因此理解SMSI的形成機理以及化學反應過程的SMSI動態變化對于設計載體金屬催化劑的結構以及性能優化非常重要。近期原位TEM表征技術探索了這種復雜的現象，從而有助于更好的理解SMSI動態變化。 有鑒于此，北京科技大學王榮明教授、段嗣斌副教授等報道總結原位TEM表征技術研究異相催化劑的SMSI相互作用。1）對原位TEM關于異相催化劑的SMSI效應的研究進行總結，包括SMSI的動態形成、催化反應過程的結構變化、調節SMSI的方法。此外總結原位TEM技術用于研究SMSI的進展。2）對于原位TEM表征研究面臨的挑戰和發展方向進行總結。 Jie Dai, Yifei Sun, Zhewei Liu, Yiyuan Zhang, Sibin Duan, Rongming Wang, Using In-situ Transmission Electron Microscopy to Study Strong Metal-Support Interactions in Heterogeneous Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202409673https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024096737.Angew：Cu分子篩催化甲烷氧化制備甲醇的活性位點性質具有不同Si/Al比例和不同Cu擔載量的Cu修飾的菱沸石分子篩受到CH4催化氧化的廣泛研究，人們發現Si/Al比例和Cu擔載量導致催化活性不同，是由于形成活性中心位點具有區別。 有鑒于此，蘇黎世理工大學Jeroen A. van Bokhoven、瑞士保羅謝勒研究所Vitaly L. Sushkevich等通過塞流反應器試驗、原位FTIR、XAS表征說明Cu擔載量降低，導致反應活性和氧化還原朝向更高的溫度區間，而且能夠增加CH3OH的選擇性，提高Cu的利用效率。1）原位ESR、Raman、UV-Vis、PL光譜等表征說明催化活性變化的趨勢與單個Cu原子的活性位點有關，結構為Cu2+和[CuOH]+，在比較低的Si/Al比例和較低的Cu擔載量。2）在比較高的Si/Al比例或者更高的Cu擔載量，能夠形成兩種[Cu2(μ-O)]2+位點，導致趨勢朝著相反的方向變化。原位ESR和UV光譜表征說明，隨著Si/Al比例增加，單個Cu原子位點的表觀活化能降低，但是雙原子Cu位點并不受到影響。 Andreas Brenig, J?rg W. A. Fischer, Daniel Klose, Gunnar Jeschke, Jeroen A. van Bokhoven, Vitaly L. Sushkevich, Redox and Kinetic Properties of Composition-Dependent Active Sites in Copper-Exchanged Chabazite for Direct Methane-to-Methanol Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202411662https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024116628.東華大學Adv Mater：硼摻雜Pd電催化塑料轉化為乙醇酸聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）通過電化學重整制備高附加值化學品的路徑能夠在溫和條件利用廢物資源，因此受到人們的廣泛關注。但是，目前人們發現如何在Pd電催化劑上進行PET水解產物內的乙二醇氧化制備高附加值C2化學品仍然具有非常大的難度和挑戰。Pd與*CO中間體之間的強相互作用導致過度氧化反應，并且導致Pd位點中毒。這個現象阻礙高效生成C2產物。 有鑒于此，東華大學楊建平研究員等報道非金屬合金策略構筑Pd-B合金氣溶膠催化劑，其中通過引入B原子陶杰Pd的電子結構和表面親氧性。1）這個方法得到的PdB氣溶膠催化劑在電解PET的反應過程實現了6.71 A mgPd-1的質量活性，乙醇酸的法拉第效率達到93.8 %，實現了100 h穩定電解。2）原位實驗以及DFT理論計算的結果說明B插入Pd的晶格有助于高效率乙二醇轉化為乙醇酸。B摻雜導致提高的表面親氧性以及調控電子結構降低*CO中間體的吸附，增強羥基物種的親和性，加快*OH吸附物種氧化，因此實現避免過度氧化和合成乙醇酸的雙重作用。這項工作展示了親氧性B策略進行理性設計制備乙醇酸的高活性催化劑。 Junliang Chen, Miaomiao Jiang, Fangzhou Zhang, Li Wang, Jianping Yang, Interstitial Boron Atoms in Pd Aerogel Selectively Switch the Pathway for Glycolic Acid Synthesis from Waste Plastics, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202401867https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202401867
