1.Nature Nanotechnology：受控單電子轉移實現單分子的時間分辨激發態光譜基于掃描探針的光譜技術實現了對單分子不同電子特性的分析，然而這些實驗只能研究所有電子躍遷的一個子集，這掩蓋了測量量對特定量子躍遷的明確分析。近日，雷根斯堡大學Lisanne Sellies、Jascha Repp等人開發了一種單分子光譜學，可以獲得許多不同類型的量子躍遷，包括輻射、非輻射和氧化還原，即電荷相關的躍遷。1) 該方法依賴于受控的交替單電荷附著和分離。對于讀出，自旋態被映射到電荷態，作者可以通過原子力顯微鏡檢測到。作者可以確定單分子基態和激發態的相對能量，并可以在確定的激發態下制備分子。2) 在并五苯上驗證了該技術的原理后，作者將其應用于PTCDA，其掃描探針發光的解釋存在爭議。該方法可用于指導、理解和設計尖端誘導化學反應以及單分子的磷光和熒光。
Lisanne Sellies et.al Controlled single-electron transfer enables time-resolved excited-state spectroscopy of individual molecules Nature Nanotechnology 2024DOI: 10.1038/s41565-024-01791-2https://doi.org/10.1038/s41565-024-01791-22.Nature Commun：Fe-S調節吸附劑轉化&晶格氧雙重OER機理通過同時活化金屬和晶格氧，構筑多種機理的OER催化劑能夠提供豐富的活性位點和催化活性/穩定性，但是如何實現具有非常大的挑戰。有鑒于此，武漢理工大學木士春教授等報道通過NiMoO4·xH2O@Fe,S在OER電催化反應過程中的結構重構，形成Fe和S雙重位點NiFeOOH@SO4，因此能夠實現吸附劑轉化機理和晶格氧的氧化雙重機理。 1）通過原位光譜/質譜表征和化學探針分子表征技術，發現金屬/氧位點同時得到優化。通過理論計算，揭示Fe能夠促進吸附物轉化機理的OER反應動力學，S能夠激活晶格氧的活性，導致O2p能帶上升，增強d-d庫倫相互作用，降低金屬-氧化學鍵，改善中間體吸附能。2）通過這種多重機理策略R-NiFeOOH@SO4能夠在過電勢為251±5/291±1 mV達到100/500mAcm-2電流密度，而且能夠穩定300h。這項工作有助于理解OER機理和設計高性能的OER電催化劑。Luo, X., Zhao, H., Tan, X. et al. Fe-S dually modulated adsorbate evolution and lattice oxygen compatible mechanism for water oxidation. Nat Commun 15, 8293 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-52682-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-52682-y3.Nature Commun：PdO納米簇/SSZ-13實現優異的甲烷氧化性能 優化金屬催化劑的結構用于形成所需的狀態，對于表面反應至關重要。但是由于缺乏明確的前體材料和弱的金屬-載體相互作用，如何優化金屬催化劑的結構仍然具有挑戰性。當鈀基催化劑沒有針對完全甲烷氧化進行適當定制時，其性能不足。有鑒于此，韓國材料科學研究院Hojin Jeong等報道使用具有強金屬-載體相互作用（SMSI）的原子離子制備了負載在SSZ-13上的氧化鈀納米簇。1）水蒸氣處理Pd/SSZ-13能夠將Pd顆粒轉化為離子，產生SMSI。隨后，CO還原和O2氧化產生溫和燒結的氧化鈀納米簇，穩固的錨定在SSZ-13的骨架外的Alpenta位點，促進了優異的甲烷氧化活性。2）SMSI能夠防止不可逆的失活，完全脫水的耐水抑制潮濕條件下的可逆分解。這種催化劑在整體式催化劑的實驗室規模催化反應中實現了高性能，能夠用于工業甲烷消除減排。這項研究通過對Pd/SSZ-13的處理，為定制金屬結構用于高性能甲烷氧化提供了一種具有前景的方法。Ryu, SH., Kim, S., Lee, H. et al. Robust palladium oxide nano-cluster catalysts using atomic ions and strong interactions for high-performance methane oxidation. Nat Commun 15, 8348 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-52698-4https://www.nature.com/articles/s41467-024-52698-4 4.大連化物所&南大Angew：MoS2的Mo-Ni雙位點有機醇羰基化有機醇的羰基化反應具有重要的工業意義，但是由于需要使用鹵化物添加劑和貴金屬催化劑，因此醇的羰基化反應仍是個挑戰。有鑒于此，大連化物所丁云杰研究員、南京大學馬晶教授等報道Ni@MoS2催化劑在有機醇的羰基化反應中表現優異性能，尤其是甲醇的羰基化反應實現了4.74mol/kg/h的空速，穩定時間達到100h。1）反應機理研究，發現在邊緣S缺陷的Mo-Ni雙原子位點具有獨特的電子結構，能夠活化CH3OH打破C-O化學鍵，并且以非解離的方式活化CO。2）DFT理論計算結果說明Mo-Ni位點的電子密度較低，Ni位點能夠降低CO移動的能壘，能夠降低甲氧基的親核性，因此能夠快速生成乙?；a物。Ni@MoS2催化劑在乙醇、丙醇、丁醇的羰基化反應中表現優異，展示了Ni@MoS2催化劑具有普適性的有機醇羰基化。 Qiao Yuan, Yating Gu, Weimiao Chen, Yue Zhang, Xiangen Song, Yangming Ding, Xingju Li, Lei Zhu, Zheng Jiang, Li Yan, Jing Ma, Yunjie Ding, Heterogeneous Carbonylation of Alcohols on Charge-Density-Distinct Mo-Ni Dual Sites Localized at Edge Sulfur Vacancies, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202411632https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024116325.JACS：酸性環境穩定的Cu簇實現高效率CO2電化學還原酸性體系電催化還原CO2具有較高的碳利用效率，但是難以在較低的過電勢選擇生成C2+。 有鑒于此，多倫多大學Edward H. Sargent院士、David Sinton教授、耶魯大學鐘明江教授等報道Cu氧化物催化劑在中性/堿性體系的優異電催化活性難以在酸性體系實現的原因，而且開發了酸性體系穩定且性能優異的Cu催化劑。1）在酸性體系中Cu氧化物能夠腐蝕為Cu例子，導致Cu納米粒子的C2+活性位點失活，這個現象促進作者設計了強酸性體系原位還原Cu納米粒子的方法。2）原位Raman和X射線光譜表征說明Cu簇預催化劑配體和原位形成的Cu納米粒子之間之間成鍵，并且具有豐富的不飽和配位Cu原子，因此在較低的過電勢得到62%的C2H4法拉第效率。這個結果比報道的酸性電催化CO2-C2+體系提高1.4倍。
Dongha Kim, Sungjin Park, Junwoo Lee, Yiqing Chen, Feng Li, Jiheon Kim, Yang Bai, Jianan Erick Huang, Shijie Liu, Eui Dae Jung, Byoung-Hoon Lee, Panagiotis Papangelakis, Weiyan Ni, Tartela Alkayyali, Rui Kai Miao, Peihao Li, Yongxiang Liang, Ali Shayesteh Zeraati, Roham Dorakhan, Debora Motta Meira, Yanna Chen, David Sinton*, Mingjiang Zhong*, and Edward H. Sargent*, Acid-Stable Cu Cluster Precatalysts Enable High Energy and Carbon Efficiency in CO2 Electroreduction, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09230https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c092306.北京大學JACS：焓-熵調節策略發展固體聚合物電解質具有高離子導電性和高Li+輸送數目以及較寬的電化學窗口的固體聚合物電解質SPE（Solid polymer electrolytes）是具有前景的下一代高能Li金屬電池材料。有鑒于此，北京大學龐全全研究員等報道通過調節焓-熵的策略，通過分子工程設計聚合物的骨架結構，調節陽離子/陰離子的溶劑化，發展了一系列碳酸酯的共聚電解質PCCE（ polycarbonate-based copolymeric electrolyte）。 1）通過溶劑化較弱的線性結構碳酸酯以及溶劑化作用比較強的環狀碳酸酯進行共聚，能夠弱化Li+的陽離子偶極矩配位作用（低焓罰）以及缺乏方向性（高熵罰），因此能夠弱化Li+的溶劑化，增強Li+快速擴散。進一步引入雙丙烯酰胺的交聯結構，能夠與二氟草酸硼酸酯陰離子產生二氫配位鍵，這個鍵較強（高焓罰）并且方向性（低熵罰），能夠限制陰離子的移動。2）PCCE聚合物能夠得到了較高的離子導電性（0.66 mS cm-1）和較高的Li+離子遷移數目（0.76），以及較高的氧化穩定性。PCCE通過原位聚合反應，使用高鎳LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 電極，在800圈循環后，容量保持82.2%，截斷電壓達到4.5 V。當使用活性LiNi0.5Mn1.5O4 電極，在5.0V截斷電壓下300圈循環后，容量保持96.4%。這種焓-熵調控策略為設計高性能的固體聚合物電解質用于高能Li金屬電池提供策略。
Guo Ye, Lujun Zhu, Yue Ma, Mengxue He, Chenxi Zheng, Kaier Shen, Xufeng Hong, Zhitong Xiao, Yongfeng Jia, Peng Gao, and Quanquan Pang*, Molecular Design of Solid Polymer Electrolytes with Enthalpy–Entropy Manipulation for Li Metal Batteries with Aggressive Cathode Chemistry, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c09062https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c090627.JACS：利用凝集素誘導聚集策略對細胞外囊泡上的聚糖進行指紋圖譜分析以實現精準的癌癥診斷 細胞外囊泡(Extracellular vesicles，EVs)含有豐富的聚糖，可參與介導多種功能，如細胞間通訊和疾病進展等，其在疾病發展過程中具有重要作用。然而，EVs聚糖的檢測仍面臨著體液中EV的異質性和多糖結構的復雜性等嚴峻挑戰。有鑒于此，廈門大學朱志教授設計了一種將膜特異性分離與凝集素誘導聚集策略(MESSAGE)相結合的流線型方法，以用于對EV聚糖進行多路分析。1）合理設計的凝集素誘導聚集策略能夠將EV聚糖的表達轉化為基于大小的信號。研究發現，通過借助于學習機器算法，具有高靈敏度、特異性和簡單性MESSAGE策略能夠實現早期癌癥診斷和分類，并可在2小時內通過20 μL血漿樣本監測癌癥轉移。2）綜上所述，該研究設計的平臺有望進一步推進基于EVs的液體活檢領域的臨床應用，為實現多種疾病狀態下的EV聚糖特征分析開辟了一條新的途徑。Guihua Zhang. et al. Fingerprint Profiling of Glycans on Extracellular Vesicles via Lectin-Induced Aggregation Strategy for Precise Cancer Diagnostics. Journal of the American Chemical Society. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c10390https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c103908.天津理工大學Adv Mater：Ru-Sn雙位點和OH溢流促進堿性HER堿性HER電催化反應是實用的制氫技術，但是堿性HER電催化反應受限于缺少具備活性和穩定性的電催化劑。有鑒于此，天津理工大學魯統部教授、盧秀利副研究員等報道制備Ru-Sn/SnO2納米片催化劑，其中基與多孔Ru納米片構筑Ru-Sn雙金屬位點，通過這種催化劑設計，首次實現了吸附羥基的快速轉移，而且優化氫氣吸附，實現了快速的水分子解離速率。1）通過DFT理論計算和原位紅外光譜表征，說明Ru-Sn雙位點能夠改善水分子的解離和氫氣吸附，SnO2能夠形成獨特的羥基溢流效應，加快羥基從催化位點轉移，避免毒化催化活性位點。2）Ru-Sn/SnO2納米片電催化劑具有優異的HER電催化活性，超低的過電勢（12 mV, 10 mA cm-2），優異的長時間穩定性（650h）。性能比Ru納米片（27 mV, 10 mA cm-2, 90 h穩定性）或者Ru-Sn納米片（16 mV 10 mA cm-2，120 h穩定性）更好。這項工作為設計高性能堿性HER電催化劑提供指引。
Zhen-Tong Yan, Shi Tao, Juan Wang, Xiu-Li Lu, Tong-Bu Lu, Unlocking Efficient Alkaline Hydrogen Evolution Through Ru–Sn Dual Metal Sites and a Novel Hydroxyl Spillover Effect, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202411942https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202411942
