1.Nature Chemistry：原位成像揭示SrFeO2從3D變成2D的結構轉變機理含有氧配位的層狀過渡金屬氧化物由于非常強的面內軌道雜化效應，表現獨特的電子結構和磁性。合成這種獨特結構的材料通常需要對氧含量豐富的三維多面體結構的晶相進行動力學控制還原。有鑒于此，韓國能源技術研究所(KENTECH) Sang Ho Oh、釜山大學Jaekwang Lee、成均館大學Woo Seok Choi等通過原位的原子分辨電子顯微鏡表征技術，揭示了SrFeO2.5轉化為層狀SrFeO2的原子機理。1）氧原子的釋放具有極強的各項異性特點，受到晶格取向重排（Fe和O離子的協同位置置換），使得氧能夠快速的釋放到外部。2）隨著氧原子釋放以及FeOx多面體的晶格柔性，氧的結構從三維變成二維。銅酸鹽和鎳酸鹽作為與SrFeO2類似結構，有可能遵循類似的結構變化機理過程。Xing, Y., Kim, I., Kang, K.T. et al. Monitoring the formation of infinite-layer transition metal oxides through in situ atomic-resolution electron microscopy. Nat. Chem. (2024)DOI: 10.1038/s41557-024-01617-7https://www.nature.com/articles/s41557-024-01617-72.Nature Materials：過渡金屬氮化物氧還原活性增強的起源過渡金屬氮化物（TMN-）基材料是堿性介質中氧還原反應（ORR）的非貴金屬電催化劑，然而，由于對氧化物表面缺乏基本了解，對結構-活性關系和合理的催化劑設計了解有限。近日，康奈爾大學Héctor D. Abru?a、David A. Muller、威斯康星大學麥迪遜分校Manos Mavrikakis、埃默里大學Tianquan Lian等人報道了TMN如何決定氧化物表面和由此產生的ORR電催化活性。1) MnN納米立方體的結構表征表明，電催化活性Mn3O4殼在MnN核上外延生長，沿[010]方向向表面Mn3O4產生膨脹應變。MnN核上的應變Mn3O4殼表現出比純Mn3O4高300%以上的固有活性。2) 電化學和計算相結合的研究表明，這種增強源于膨脹應變導致的氧化物表面羥基化程度更高。該工作建立了氮化物/氧化物界面的清晰原子圖，并對TMN中的結構-反應性關系進行了全面理解，這對不同電化學過程的其他催化界面至關重要。
Rui Zeng et.al Origins of enhanced oxygen reduction activity of transition metal nitrides Nature Materials 2024DOI: 10.1038/s41563-024-01998-7https://doi.org/10.1038/s41563-024-01998-73.浙江大學JACS：調節超分子導電網絡增強硝酸鹽還原氨和產氧光電極的實際應用面臨著不少挑戰，比如光生電荷分離態的形成與轉移。傳統的無機光電極概念能夠應用于有機聚合物電極。有鑒于此，浙江大學單冰研究員等報道發展高性能的有機導電網絡材料用于還原NO3-合成NH3。1）這種工作中發展的有機聚合物網絡材料能夠有機供電子作用的光導材料與接受電子的催化劑形成界面，在光照射作用下界面產生載流子，并增強光電催化的電荷分離。2）在光電催化NO3-制備NH3的反應中實現了13 %外量子效率。與BiVO4光陽極串聯構筑體系，能夠進行NO3-還原為NH3和H2O氧化為O2。法拉第效率達到95-98 %，能夠維持光電流和產物產率。通過靜態/時間分辨光譜研究光導電網絡，發現光電極能夠高效率的進行載流子的形成與輸運，從而為高效率的光電催化提供可行。
Feiyang Hong, Xinhao Su, Yanjie Fang, Xinjia He, and Bing Shan*, Manipulating Photoconduction in Supramolecular Networks for Solar-Driven Nitrate Conversion to Ammonia and Oxygen, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09052https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c090524.斯坦福大學JACS：二烯-烯烴交替聚合構筑環己烯聚合物 環己烯由于環缺乏應力，因此難以發生開環聚合反應。理論上，當存在復分解催化劑，單體分子的烴骨架結構熱力學穩定且不易水解，因此聚環己烯由于非常強的熱力學驅動力容易發生解聚合反應。有鑒于此，斯坦福大學夏巖教授等報道通過二烯和烯烴通過交替聚合物反應的方式合成聚環己烷。1）作者發現，乙基氯化鋁能夠在室溫通過自由基引發，實現丁二烯和甲基丙烯酸的膠體聚合反應，形成聚環己烯結構。這個反應能夠以十克量級生成分子量超高（1750 kDa）的聚合物，形成的可能是非規則共聚物具有半結晶性，因此產生非常高的韌性。2）當體系存在少量Grubbs催化劑，生成的環己烯聚合物能夠在室溫下完全解聚合，生成純環己烯。通過這個聚合-解聚策略，能夠在低于環境上限的溫度合成聚合物，并且不必超低溫條件合成或者受到單體-聚合物的熱力學平衡問題的限制。Ke Zheng, Jinghui Yang, Xuyi Luo, and Yan Xia*, High Molecular Weight Semicrystalline Substituted Polycyclohexene From Alternating Copolymerization of Butadiene and Methacrylate and Its Ambient Depolymerization, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09811https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c098115.清華大學Angew：分子篩限域PtIn催化乙烷脫氫亞納米金屬簇具有更多暴露表面位點和豐富的配位不飽和金屬位點以及獨特的電子結構，因此在許多催化反應中比傳統的金屬納米粒子表現更加優異。但是由于亞納米金屬簇在高溫條件的穩定性不足，導致亞納米金屬簇催化劑仍難以用于高溫催化反應（>600 ℃）。有鑒于此，清華大學劉禮晨助理教授等報道PtIn雙金屬限域在分子篩內部，表現了優異的耐燒結性能。1）通過實驗和理論計算結果發現，獨立的In(III)物種能夠作為Pt的螯合位點，從而避免Pt在氧化態和≥650 ℃的條件發生移動或者燒結。2）這種亞納米PtIn簇催化劑在乙烷脫氫反應和反應-重生循環過程中表現長期穩定。
Dr. Chaofeng Zhu, Wenying Li, Dr. Tianxiang Chen, Zhe He, Dr. Eduardo Villalobos, Dr. Carlo Marini, Dr. Jian Zhou, Prof. Benedict Tsz Woon Lo, Prof. Hai Xiao, Prof. Lichen Liu, Boosting the Stability of Subnanometer Pt Catalysts by the Presence of Framework Indium(III) Sites in Zeolite, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202409784https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024097846.南京大學Angew：構筑鋰選擇性通道的柔性薄膜實現海水提鋰 海水具有豐富的Li儲量，通過提取海水中的Li金屬有可能緩解電動汽車發展面臨的Li短缺問題，也可以作為陽極提供電能。但是海水提鋰具有非常大的挑戰，比如反應條件苛刻，海水溶解的Li濃度較低。有鑒于此，南京大學周豪慎教授、何平教授等提出單一通道的柔性規模化鋰離子篩選薄膜能夠高效率的提鋰。1）作者發展的復合膜對Li/Na的分離因子（βLi/Na）達到2.87×107，模的離子導電性達到6.2×10-5 S cm-1。通過混合電解液體系進行海水提鋰，在200 μA cm-2電流密度能夠實現98.04 %的庫倫效率，能量消耗僅為17.4 kWh kgLi-1。2）提取的鋰能夠直接用于Li-S電池，實現395 Wh kg-1的輸出能量。此外，使用提取的鋰制備Li金屬，構筑袋裝電池，說明這種方法的工業化應用。這項研究展示了能夠緩解Li資源枯竭的擔憂，促進鋰儲能體系的可持續發展。
Jingui Yang, Yigang Wang, Menghang Zhang, Pengfei Wang, Xuewei He, Haoshen Zhou, Ping He, Lithium Metal Recovery from Sea Water by a Flexible and Scalable Membrane with Lithium-Ion Exclusive Channels, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202411957https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024119577.Nature Commun：Zr-ZrO2納米粒子的金屬-氧化物界面與塊體材料相比，金屬-氧化物界面具有許多獨特的性質，能夠用于催化、電池、電子學等。但是，由于金屬-氧化物界面的結構非常復雜，并且傳統的二維成像技術具有局限性，導致人們對于金屬-氧化物界面的三維原子成像缺乏認識。有鑒于此，北京大學周繼寒教授、松山湖材料實驗室柯海波研究員等通過原子分辨率的電子斷層掃描技術研究Zr-ZrO2的金屬-氧化物界面。1）通過原子斷層掃描技術定量分析原子的濃度以及原子的氧化，發現界面處的相關性和平移對稱性被打破。界面原子的結構有序性較低，配位數目低，而且化學鍵的鍵長增加。此外，作者發現Zr空位和納米孔等孔狀結構，并且對這種空位和納米孔的分布進行研究。2）這項研究從實驗中清楚的揭示了金屬-氧化物界面的三維原子圖像。這項工作有助于理解氧化的基本問題，包括半導體材料的界面結構以及氧化過程中界面原子的運動。 Zhang, Y., Li, Z., Tong, X. et al. Three-dimensional atomic insights into the metal-oxide interface in Zr-ZrO2 nanoparticles. Nat Commun 15, 7624 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-52026-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-52026-w8.同濟大學Nature Commun：環[12]碳、環[20]碳的界面合成和表征環狀[n]碳化合物（Cyclo[n]carbons）目前受到人們的廣泛關注，凝聚態的環[n]碳的幾何結構和電子結構目前仍缺乏深入研究。有鑒于此，同濟大學許維教授等報道研究兩種反芳香性的環碳分子C12和C20。1）通過設計兩種含有4個環的全鹵化反應物分子，并且通過界面上的Bergman開環反應，合成了C12和C20化合物。通過化學鍵分辨率的原子力顯微鏡表征C12和C20的9重（polyynic）對稱性。2）當C20分子放置在Cl團簇形成的原子圍欄內，通過實驗表征C20分子的前線分子軌道，通過掃描隧道顯微鏡表征發現能帶為3.8 eV。這項工作發展了一種非常簡便的通過界面反向Bergman開環反應，合成環[n]碳化合物的方法。 Sun, L., Zheng, W., Kang, F. et al. On-surface synthesis and characterization of anti-aromatic cyclo[12]carbon and cyclo[20]carbon. Nat Commun 15, 7649 (2024) DOI: 10.1038/s41467-024-52115-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-52115-w
