1.中科大Angew：Cu/Cu2O異質結增強過電勢較低的C-N偶聯電催化合成尿素性能CO2和NO3-電催化C-N偶聯合成尿素能夠替代傳統Bosch-Meiser方法，作為尿素的可持續合成方法。但是由于共同還原反應過程存在復雜的中間體，導致獲得較高的尿素法拉第效率非常困難。有鑒于此，中國科學技術大學章根強教授等報道通過原位Cu2O電化學還原方法合成了Cu/Cu2O Mott-Schottky催化劑，在電催化制備尿素的反應中，在0~-0.3V較寬的電化學窗口，實現了32.6~47.0%的法拉第效率，尿素的產率達到6.08~30.4μmol h-1 cm-2。1）通過原位同步輻射紅外表征（SR-FTIR）發現*CO中間體和C-N化學鍵的形成，通過DFT理論計算發現Cu/Cu2O異質結能夠調節*CO吸附，顯著改善*CO和*NOH之間的C-N偶聯的反應動力學。2）這項工作不僅突破了C-N偶聯反應的路線，而且有助于理解基于Cu的異質結催化劑電催化合成尿素。
Mingyu Cheng, Shao Wang, Zechuan Dai, Jing Xia, Bocheng Zhang, Pingyi Feng, Yin Zhu, Yangyang Zhang, Genqiang Zhang, Rectifying Heterointerface Facilitated C-N Coupling Dynamics Enables Efficient Urea Electrosynthesis Under Ultralow Potentials, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202413534https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024135342.中科大Angew：Mn-Ce共生納米酶通過電子轉移和多個活性位點增強ROS消除調節金屬活性位點的價態，比如Ce3+/Ce4+和Mn3+/Mn2+，以及表面缺陷位點，對于增強Ce或Mn納米酶的催化活性非常重要。 有鑒于此，中國科學技術大學吳宇恩教授、Kong Chen、徐索文研究員等報道基于豆科植物根瘤菌定殖根細胞（rhizobia-colonized）能夠高效率的進行反應物質的交換，發展了將根瘤菌樣CeOx納米酶錨定修飾在Mn3O4載體的共生納米酶體系。1）Ce和Mn原子之間的物質交換現象不僅能夠調節金屬活性位點的價態，得到合適的Ce3+/Ce4+和Mn3+/Mn2+，而且通過界面缺陷工程提高缺陷位點的比例。此外，限域在Mn3O4的CeOx能夠促進催化反應過程中的電子轉移。2）這種CeOx/Mn3O4納米酶具有過氧化酶樣（CAT-like）和超氧化物歧化酶樣（SOD-like）性能，在化學環境和高活性氧（ROS）細胞環境中都有優異的表現。Juan Zhang, Zhihua Wang, Xingen Lin, Xiaoping Gao, Qiuping Wang, Rui Huang, Yaner Ruan, Haonan Xu, Lin Tian, Chen Ling, Ran Shi, Suowen Xu, Kong Chen, Yuen Wu, Mn–Ce Symbiosis: Nanozymes with Multiple Active Sites Facilitate Scavenging of Reactive Oxygen Species (ROS) Based on Electron Transfer and Confinement Anchoring, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202416686https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024166863.四川大學Angew：CoCu納米片電催化還原硝酸鹽合成氨&生物質氧化雙功能電催化在溫和條件進行電催化還原NO3-是一種符合可持續發展前景的綠色制氨路線，雖然電催化還原NO3-取得一些進展，但是這個反應具有動力學非常緩慢，包括8e-和9個質子和多個加氫反應路徑，嚴重的影響了電催化合成NH3的法拉第效率，導致產率較低。有鑒于此，四川大學劉犇研究員等報道發展了一種二維多孔CoCu納米片電催化劑，展示了優異的電催化還原NO3-性能，產物NH3的法拉第效率達到98.8%，NH3的產率達到3.39molg-1h-1，能源利用效率達到49.8%，并且具有優異的循環性能。1）反應機理研究發現，H2O分子在Co位點分解產生活性氫（*H）自由基能夠溢流到相鄰Cu位點，穩定在多孔結構中，這種策略能夠從動力學上促進電催化反應生成NH3。2）多孔CoCu納米片催化劑能夠作為雙功能電催化劑，在陰極電催化還原NO3-，在陽極發生5-羥甲基呋喃甲醛氧化生成2-5-呋喃二甲酸。 這項工作展示了多孔微環境能夠穩定*H自由基，有助于發展選擇性電催化合成高附加值化學品的技術。
Chenyu Han, Lizhi Sun, Shu Han, Ben Liu, Stabilizing Hydrogen Radicals in Two-Dimensional Cobalt-Copper Mesoporous Nanoplates for Complete Nitrate Reduction Electrocatalysis to Ammonia, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202416910https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024169104.南昌大學Angew：理論計算篩選稀土MOF電催化還原CO2制備CH4關于使用可再生電能進行電催化CO2還原的催化劑研究對于能源轉化非常重要，尤其是合成烴類產物。有鑒于此，南昌大學王紅明教授等報道通過DFT理論計算對一系列非放射性鑭系二維MOF材料的電催化還原CO2進行研究。1）基與理論計算對催化劑的篩選，發現了Lu基導電性MOF，Lu-HHIP在電催化還原CO2的反應中，在-1.1V過電勢，實現了77%的CH4法拉第效率和-280mA cm-2電流密度。2）通過原位電化學實驗和材料表征發現Lu位點在電催化還原CO2過程中，具有較高的配位穩定性和結構恢復能力。Lu具有優異的電催化還原CO2能力歸因于Lu的f軌道和O的π*軌道之間相互重疊，并且Lu的f軌道和CO的π*軌道之間的反饋作用增強CH4的選擇性，并且降低過電勢。這篇文章研究了稀土MOF材料的調控，為調控低配位和穩定稀土材料提供新型策略，建立了如何將線性吸附*CO轉化為烴類產物的理論框架。
Fuqing Yu, Guangyao Zhang, Minxing Shu, Hongming Wang, f-π* Back Bonding Orbital Induced by Lutetium-Based Conducting MOF Promotes Highly Selective CO2 to CH4 at Low Potential, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202416467https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024164675.江南大學Angew：手性Au@CeO2光催化固氮手性光催化納米材料具有獨特的性質，有可能在化學合成、環境保護、能源轉化、光電器件等領域具有應用前景。但是目前合成手性plasmonic納米材料的方法比較少見。 有鑒于此，江南大學徐麗廣教授、李斯副研究員等報道通過簡單的濕法化學在Au HNR納米棒上選擇性生長CeO2，構筑L/D-Au@CeO2螺旋納米棒(HNRs)。1）合成的手性Au@CeO2 HNRs具有空間分開的Au和CeO2特征結構，在光催化反應中實現了最高的光催化N2固定性能，達到Au HNRs對照催化劑的50.80±2.64倍。2）當L-Au@CeO2 HNRs和D-Au@CeO2 HNRs分別對應于左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，由于能夠不對稱的方式形成熱載流子，因此光催化性能增強3.06±0.06倍。這項研究不僅為增強手性材料的光催化性能提供一種簡單的策略，而且展示了手性plasmonic納米材料在N2固定等光催化反應中的應用前景。
Fang Wang, Weimin Yang, Qi Ding, Xinhe Xing, liguang xu, Hengwei Lin, Chuanlai Xu, Si Li, Chiral Au@CeO2 Helical Nanorods with Spatially Separated Structures for Polarization-dependent N2 Photofixation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415031https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415031液態有機氫載體在氫能的存儲和應用領域具有重要意義，甲苯能夠通過多步驟加氫還原為甲基環己烷，作為液態有機氫載體受到廣泛研究。優勢包括毒性低和氫存儲能力較高。Ru等貴金屬具有優異的多步驟加氫催化活性，但是價格昂貴且原子利用率低，阻礙了Ru催化劑的應用。因此，發展具有高活性和高原子利用效率的貴金屬催化劑成為巨大的挑戰。 有鑒于此，中科院金屬研究所劉洪陽研究員、北京大學馬丁教授、Mi Peng、遼寧大學楊黎妮教授等報道合成了Ru單原子、完全暴露的Ru團簇、以及Ru納米粒子，研究結構與甲苯催化加氫反應活性之間的關系。1）由3個Ru原子構成的完全暴露Ru團簇具有優異的甲苯多步驟加氫催化活性，TOF達到9850.3h-1，反應條件溫和（100℃，1.5MPa）。Ru團簇的催化活性達到Ru單原子或者納米粒子，而且比相關文獻報道的催化劑相比具有優勢。2）DFT理論計算結果顯示Ru團簇的甲苯多步驟加氫催化反應過程的能壘低于Ru單原子或者Ru納米粒子，這導致Ru團簇具有更高的催化活性。這項研究展示了完全暴露團簇催化劑是調控多步驟加氫催化反應的有效策略。
Yue Wang, Hancheng Yu, Yurong He, Shengling Xiang, Xuetao Qin, Lini Yang, Jiawei Chen, Yang Si, Jingwang Zhang, Jiangyong Diao, Ning Wang, Mi Peng, Ding Ma, Hongyang Liu, Fully Exposed Ru Clusters for the Efficient Multi-step Toluene Hydrogenation Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415542https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024155427.上海大學&慕尼黑大學Angew：POM介導Pt單原子-CeO2環境催化性能在異相催化劑領域，如何優化單原子催化劑（SAC）的反應活性和選擇性仍然是個巨大挑戰。有鑒于此，上海大學張登松教授、慕尼黑大學Emiliano Cortés等報道通過POM（金屬聚陰離子簇）電子相互作用（PMEI，polyoxometalates-mediated electronic interaction），構筑CeO2載體修飾POM的Pt單原子，命名為Pt1/CeO2-HPW，實現了選擇性催化。1）通過CeO2載體之上的Pt單原子和HPW簇獨特的結構產生PMEI效應，CeO2對HPW的親電性W發生電子轉移，隨后Pt原子向缺電子CeO2提供電子。這種現象能夠增強Pt原子攜帶的正電荷，調控O2活化，限制晶格氧的移動，比Pt1/CeO2單原子催化劑相比得到更好的效果。2）Pt的電子結構以及HMP的局部強酸性能夠增強NH3的分解，NO轉化反應的N2選擇性，當使用揮發有機化合物作為反應物，具有更高的CO2產物選擇性。這項研究發展了平衡反應性和選擇性的SAC單原子催化劑的設計理念，有助于環境催化應用。Tianwei Lan, Rambabu Yalavarthi, Yongjie Shen, Min Gao, Fuli Wang, Qingmin Hu, Pengfei Hu, Mohsen Beladi-Mousavi, Xin Chen, Xiaonan Hu, Huiqian Yang, Emiliano Cortes, Dengsong Zhang, Polyoxometalates-Mediated Selectivity in Pt Single-Atoms on Ceria for Environmental Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415786https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024157868.香港科技大學Angew：酸性電催化CO2還原反應的質子來源和堿金屬陽離子作用酸性電解液電催化還原CO2具有高碳利用效率和穩定性，因此受到人們的廣泛關注。但是人們對于酸性電催化CO2反應體系的質子來源以及堿金屬陽離子的作用仍然存在爭議。 有鑒于此，香港科技大學邵敏華教授、香港科技大學/大灣區大學（籌）Yao Yao等報道通過旋轉圓盤電極和表面增強Raman表征技術，發現酸性電催化還原CO2需要形成界面中性/堿性環境的重要性。1）作者發現水分子作為CO2R的質子來源，而不是氫原子。Helmholtz面之外的堿金屬陽離子能夠活化H2O分子，促進界面吸附CO分子脫附。溶劑化的CO2分子、或者CO2（aq）是CO2R的反應分子。2）這項研究有助于深入理解酸性電催化CO2R反應的電極/電解液界面，有助于進一步發展酸性CO2R體系。
Yao Yao, Ernest Pahuyo Delmo, Minhua Shao, The Electrode/Electrolyte Interface Study during the Electrochemical CO2 Reduction in Acidic Electrolytes, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202415894https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415894
