1.中科大曾杰Nature Commun：PtSn/γAl2O3催化丙烷濕法重整制備丙酮丙酮是一種非常重要的溶劑，以及化工原料，但是目前丙酮的合成過程通常高耗能，而且使用的是生產苯酚的昂貴工藝。有鑒于此，中國科學技術大學曾杰教授、李洪良副教授、羅賴昊等報道使用PtSn/γ-Al2O3催化劑，在溫和條件（350℃）通過丙烷濕法重整策略合成丙酮。1）丙酮產量達到858.4μmol/g，比例占到所有碳產物的57.8%，在液體產物中的占比達到99.3%。通過詳細的光譜表征和控制實驗，說明丙酮的合成經歷丙烯中間體和異丙醇中間體。2）當使用各種不同烷烴（丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷）作為反應物，同樣能夠生成相應的酮產物，說明這個反應方法的應用廣泛。
Ma, X., Yin, H., Pu, Z. et al. Propane wet reforming over PtSn nanoparticles on γ-Al2O3 for acetone synthesis. Nat Commun 15, 8470 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-52702-xhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-52702-x2.Nature Commun：通過SO2F2實現click合成二硫化物 動態二硫連接結構在許多生物過程以及藥物和生物材料中起到非常重要的作用，如何將巰基轉化為二硫化物是硫化學的標志性課題，但是轉化為二硫化物過程的選擇性難以控制。有鑒于此，中國農業大學安杰教授等報道實現了批反應和流動相反應的硫醇點擊化學合成二硫化物。1）這個反應通過親核取代的串聯反應實現硫醇轉化為二硫化物。反應的特點是，具有較高的熱力學動力，反應條件簡單，反應物兼容性較廣，達到化學計量比的產率，優異的選擇性，不必進行色譜提純。2）這個反應能夠模塊化合成對稱/不對稱/環狀二硫化物以及聚二硫化物，而且能夠合成二硫化物交聯的水凝膠。Li, H., Peng, M., Li, J. et al. SO2F2 mediated click chemistry enables modular disulfide formation in diverse reaction media. Nat Commun 15, 8325 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52606-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-52606-w3.東華大學儲玲玲JACS：Ni光催化切斷C-N對炔烴實現碳氫氰基化探索強化學鍵作為具有合成功能的把手，為通過過渡金屬催化合成功能化分子提供了新的斷開策略。然而，這些共價鍵與過渡金屬中心的氧化加成速率非常緩慢，阻礙了它們的合成應用。有鑒于此，東華大學儲玲玲教授等報道一種C(sp3)-N鍵活化策略，這個策略繞過熱力學上具有挑戰性的2e-或1e-氧化加成。1）該策略利用了一種以前未曾報道的低價鎳（異腈）光誘導內球電荷轉移的活化途徑，金屬-配體相互作用切斷遠端C(sp3)-N鍵，生成鎳（氰化物）和多功能的烷基。利用這種催化策略，可以實現炔烴與烷基異腈作為烷基化和氰化劑的選擇性分子間1,2-碳腈化反應，在溫和條件下提供具有優異原子經濟性、區域和立體選擇性的三取代烯基腈。2）通過使用異腈作為氰化劑的光催化劑的協同作用能夠實現脂肪炔烴的Markovnikov選擇性氫氰化反應。機理研究研究結果驗證，光化學產生低價態的鎳（異腈）配合物，這些配合物經歷C(sp3)-N鍵的光化學均裂，隨后與炔烴發生催化氰化反應。
Jian Qin, Yingying Li, Yuntong Hu, Zhonghou Huang, Weihang Miao, and Lingling Chu*, Photoinduced Nickel-Catalyzed Homolytic C(sp3)–N Bond Activation of Isonitriles for Selective Carbo- and Hydro-Cyanation of Alkynes, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c08631https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c086314.暨南大學JACS：Cu4I4-三唑MOF從四元C3烴一步提純丙烯在許多化學品的制備過程中，C3H6是關鍵的構筑分子，但是如何從C3烴類混合物中分離C3H6具有非常大的困難和挑戰。有鑒于此，暨南大學李丹教授、陸偉剛教授、曾恒等報道了水解穩定的Cu4I4-三唑MOF，JNU-9-CH3，這種結構MOF具有1D通道，通過Cu4I4和三唑配體，使得具有容易接觸的I和N原子。 1）通過原位單晶和Raman光譜表征，發現了暴露I和N原子能夠協同的方式固定C3烴分子。因此JNU-9-CH3對C3H4、CH2=C=CH2、C3H8具有強結合親和性，對C3H6的親和性較弱。穿透實驗測試結果驗證，在不同的比例或者流速，能夠從C3H4/CH2═C═CH2/C3H8/C3H6 混合物直接分離純度≥99.99%的C3H6。2）這項研究通過Cu4I4-MOF具有的協同結合作用能夠從C3分子的四個混合物中提純C3H6，展示了金屬-碘簇結構MOF吸附劑能夠協同的方式結合和分離烴類分子。
Xiao-Jing Xie, Zhi-Hao Zhang, Qi-Yun Cao, Yong-Liang Huang, Dong Luo, Heng Zeng*, Weigang Lu*, and Dan Li*, Surface Chemistry Regulation in Cu4I4-Triazolate Metal–Organic Frameworks for One-Step C3H6 Purification from Quaternary C3 Mixtures, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c08530https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c085305.JACS：Ir氧化物OER催化劑的原子結構特點OER反應過程能夠對許多電催化反應提供質子，包括水分解制氫、CO2合成甲醇。Ir的氧氫氧化物（IOH）是優異的OER電催化劑，因為Ir的氧氫氧化物能夠很好的平衡穩定性和催化活性。IOH的這種穩定性和催化活性的平衡是通過原子結構改變而實現的。無定形IOH具有最好的結構變化能力，但是無定形IOH的穩定性較低。這個現象與晶體化IOH材料恰好相反。IOH材料的這些特點能夠用于設計和減少IOH催化劑的用量，但是目前人們對于原子尺度這種催化劑的活性和穩定性的關系并不清楚，因此阻礙了人們進一步對IOH催化劑設計。有鑒于此，馬克斯·普朗克學會弗里茨·哈伯研究所Lorenz J. Falling教授、Travis E. Jones教授等報道通過文獻報道和這項研究的各種IOH材料，提出了IOH催化劑的設計策略。1）選取IrOOH納米片作為研究對象，IrOOH納米片具有優異的催化劑使用效率和可預測的結構。發現IrOOH的晶體化學穩定性比無定形的穩定性更高。晶體結構IrOOH納米片具有密集的金字塔型3價氧（μ3Δ-O），從而保證結構穩定，同時能夠可逆的還原，避免在還原電勢發生結構坍塌。 2）與其他IOH材料以及文獻報道材料進行比較，驗證了這種普適性的發現。作者提出了合成的簡單規則，能夠通過原子結構模型預測IOH的穩定性和反應活性。這項工作得到的規律有助于原子尺寸設計新型OER電催化劑。Lorenz J. Falling*, Woosun Jang, Sourav Laha, Thomas G?tsch, Maxwell W. Terban, Sebastian Bette, Rik Mom, Juan-Jesús Velasco-Vélez, Frank Girgsdies, Detre Teschner, Andrey Tarasov, Cheng-Hao Chuang, Thomas Lunkenbein, Axel Knop-Gericke, Daniel Weber, Robert Dinnebier, Bettina V. Lotsch, Robert Schl?gl, and Travis E. Jones*, Atomic Insights into the Competitive Edge of Nanosheets Splitting Water, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c10312https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c10312 6.吉大Adv Mater綜述：氧電催化劑的結構-性能關系氧電催化劑是許多綠色能源技術的關鍵一環，目前受到廣泛的關注，但是氧電催化劑的動力學緩慢問題是個巨大挑戰，需要人們開發新型氧催化劑。有鑒于此，吉林大學管景奇教授等綜述基與反應機理和原位表征技術，研究氧電催化劑的結構-性能關系。1）總結了形貌和結構對電催化劑性能的影響，隨后對實驗/理論計算與器件有關的應用的結合的角度對目前各種材料范疇的先進電催化劑進行討論。最后，對催化劑未來發展面臨的挑戰進行討論，因此能夠促進氧電催化劑的工業化。2）對單原子催化劑、合金催化劑、MOF/COF等不同種類的氧電催化劑的最新發展進行總結，并且與Zn-空氣電池、燃料電池等器件應用進行結合討論。目前大規模應用氧電催化劑的發展仍處于早期，而且還面臨著一些困難。一些問題需要解決，包括：在活性和穩定性之間進行平衡；氧電催化劑的動力學和熱力學不匹配，需要開發具有優異催化活性和穩定性的氧電催化劑；堿性條件的成本太高；如何從原子尺度優化催化劑的表面積和催化活性位點結構；需要開發大量制備氧催化劑的方法；器件優化存在較大的空間。
Jingyi Han, Jingru Sun, Siyu Chen, Siying Zhang, Luoluo Qi, Anaer Husile, Jingqi Guan, Structure–Activity Relationships in Oxygen Electrocatalysis, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202408139https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.2024081397.Adv Mater：通過設計離子液體聚合物實現了含CO2工業廢氣直接制備純甲酸電催化還原CO2是有望解決碳循環和降低石油燃料依賴性的技術，但是傳統的CO2RR電催化反應過程包括高能耗的CO2捕獲，轉換，產物分離，因此增加操作成本。 有鑒于此，香港城市大學葉汝全助理教授、奧克蘭大學王子運教授等報道Bi-離子液體聚合物的復合材料（Bi-PIL, bismuth-poly(ionic liquid)）在CO2電催化轉化反應中表現優異的甲酸催化活性。1）Bi-PIL催化劑能夠在比較寬的電化學窗口以90 %的法拉第效率生成甲酸，甚至在處理CO2濃度僅為15 % v/v的常見工業廢氣仍能夠工作。PIL的雙苯基骨架結構具有疏水性，于此同時保證較高的離子導電性，因此能夠解決電解液“溢流”問題。PIL層能夠起到濃縮CO2和助催化劑的雙功能，加快CO2RR電催化反應動力學。2）測試說明Bi-PIL催化劑用于固態電解質電解槽進行連續的直接從廢氣制備甲酸溶液的前景。通過技術-經濟性分析，說明這種技術能夠顯著的降低傳統技術的成本。這項工作提出了克服低濃度CO2轉化問題的解決方案，提供了CO2轉化制備高附加值液體燃料和化學品的方法。
Geng Li, Chengyi Zhang, Yong Liu, Yun Song, Weihua Guo, Libei Huang, Jianjun Su, Qiang Zhang, Yinger Xin, Tanglue Feng, Xiaohu Cao, Mingming He, Tsz Kin Kwok, Jacky W. Y. Lam, Zhong Jin, Ben Zhong Tang, Ziyun Wang, Ruquan Ye, Molecular Engineering of Poly(Ionic Liquid) for Direct and Continuous Production of Pure Formic Acid from Flue Gas, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202409390https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2024093908.Adv Mater：生物啟發構筑雙原子Fe抗污滲透能轉換膜基于膜的反向電滲析被全球公認為是一種有前景的利用滲透能的技術。然而，由于現有膜材料的防污能力較差，其實際應用受到很大限制。有鑒于此，中國科學技術大學張振教授、濟南大學Yizhong Lu、淮北師范大學馬東偉教授、新加坡科技研究局化學、能源和環境可持續性研究所席識博研究員等報道基于天然細胞色素c氧化酶（CcO）的結構和功能模型的啟發，首次使用原子結構精確的同核雙原子Fe構筑理論具有優異防污能力的高性能滲透能轉換膜。1）通過合理調整雙原子鐵位點的原子構型，可以精確地設計氧化酶樣活性，從而提高離子通量和防污能力。具有嵌入纖維素納米纖維中的直接Fe-Fe基序結構的復合膜（CNF/Fe-DACs-P）超過了最先進CNF膜的性能，功率密度達到~6.7Wm?2，抗菌性能提高44.5倍。2）結合實驗表征和DFT理論計算模擬，發現具有金屬-金屬相互作用的同核雙原子鐵位點能夠對中間體的平衡吸附和解吸，從而實現優異的氧化酶樣活性、增加離子通量和優異的抗菌活性。
Zhe Li, Donghai Wu, Qingchen Wang, Qixiang Zhang, Peng Xu, Fangning Liu, Shibo Xi, Dongwei Ma, Yizhong Lu, Lei Jiang, Zhen Zhang, Bioinspired Homonuclear Diatomic Iron Active Site Regulation for Efficient Antifouling Osmotic Energy Conversion, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202408364https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408364
