1.武漢大學Angew：界面吸附OH移動促進HOR氫氧化反應動力學
通過異質結工程構筑雙功能位點能夠加快生成水的速率，這個方法是改善堿性氫氧化反應（HOR）動力學的重要策略。目前人們主要通過表面相鄰位點的協同作用記憶表面反應能量的方式改善HOR反應。但是超出雙功能機理之外的催化劑表面關鍵中間體物種的表面移動通常被人們忽略。有鑒于此，武漢大學羅威教授等報道Ni3C-Ni催化劑模型，發現正電Ni3C位點的Ohad物種快速移動到負電Ni位點，這種作用起到促進生成水分子的決定性作用。1） 作者發現，這種未曾預料的Ohad物種在催化劑表面移動現象是因為表面電荷密度的較大區別以及Ni3C和Ni的界面環境不同導致。通過這種作用，Ni3C-Ni催化劑在堿性HOR電催化反應中表現優異的質量活性，達到Ni和Ni3C的性能的19倍或21倍。2） 這項研究不僅展示了堿性HOR反應的新型機理，而且有助于發展先進的堿性燃料電池電催化劑。 Yana Men, Yue Tan, Peng Li, Yaling Jiang, Lei Li, Xiaozhi Su, Xiaomei Men, Xueping Sun, Shengli Chen, Wei Luo, Boosting Alkaline Hydrogen Oxidation Kinetics through Interfacial Environments Induced Surface Migration of Adsorbed Hydroxyl, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202411341https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024113412.Angew：可擴展、高產量的單層 MXene 制備適用于多種應用MXene(Ti3C2Tx)因其出色的導電性和親水性而聞名；然而，單層的低產量阻礙了其工業可擴展性。在此，哈爾濱工業大學樊志敏，劉宇艷，南京大學Ningning Cao等人提出了一種策略，通過使用高溫超聲破壞多層MXene的氫鍵籠限制來大幅提高單層的產量，挑戰了單層MXene只能在較低溫度下制備的傳統觀念。1）在大約70°C時，多層MXene的含氧端基與周圍水分子之間的氫鍵減弱，削弱了氫鍵籠限制。這使得超聲空化能夠產生更多的微泡，穿透多層MXene的層間，從而溫和徹底地分層成更大的單層納米片。2）這些納米片在短短幾十分鐘內即可實現高達95%的產量，其性能可與傳統冰浴法生產的納米片相媲美。此外，利用該高產率方法規模化制備的高濃度MXene墨水表現出優異的打印加工性能，制備的產品表現出優異的紅外隱身和焦耳加熱特性，解決了MXene制備的關鍵技術瓶頸，為其廣泛的工藝和工業應用奠定了基礎。
Xiangxiang Shi, et al, Scalable, High-Yield Monolayer MXene Preparation from Multilayer MXene for Many Applications, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202418420DOI: 10.1002/anie.202418420https://doi.org/10.1002/anie.2024184203.Angew：微妙調節NIR-II分子以實現多模態成像導航的協同治療光學診療是疾病治療的重要前沿領域之一。開發具有強大的吸收性能、優異的近紅外二區(NIR-II)熒光特性和高光熱轉換效率的單分子物種對于光學診療而言是一項非常重要但也極具挑戰性的任務。有鑒于此，深圳大學王東教授提出了一種分子設計理念，即在單一制劑中將非共價構象鎖(NoCLs)與聚集誘導發光(AIE)進行集成以提高多種光物理特性，從而實現高效的光學診療。 1）在分子結構中心引入具有構象鎖特征的NoCLs骨架可提高結構的平面度和剛性，并同時改善吸收性能，從而可使以NIR-II區為中心的發射波長發生紅移。2）與此同時，主要源于分子結構末端靈活的類螺旋槳狀幾何結構的AIE傾向可導致該分子的聚集體具有優異的發射強度和的光熱轉換性能。實驗結果表明，優化的分子能夠通過NIR-II熒光-光聲-光熱三模態成像引導的光熱-化學協同治療實現精準的腫瘤診斷和完全的腫瘤消融。Jiangao Li. et al. As Aggregation-Induced Emission Meets with Noncovalent Conformational Locks: Subtly Regulating NIR-II Molecules for Multimodal Imaging-Navigated Synergistic Therapies. Angewandte Chemie International Edition. 2024 DOI: 10.1002/anie.202413219https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024132194.清華大學JACS：NiFe雜核雙原子擬酶光催化還原CO2CO2的催化還原制備化學品和燃料是個挑戰巨大的反應過程，Ni-Fe雙金屬一氧化碳脫氫酶（[NiFe]-CODH）能夠高效率的在接近熱力學平衡的條件下，在CO2和CO之間可逆的轉變，這說明雜和雙金屬協同作用對于CO2還原催化劑的重要作用。但是目前NiFe雙金屬模型催化劑很少應用于CO2催化還原，這導致人們對于雙金屬結構和功能的理解并不充分。 有鑒于此，清華大學章名田等報道發展了一種雙金屬NiFe復合物光催化還原CO2制備CO。1）NiFe雙金屬催化劑的性能明顯比同核NiNi催化劑的性能更好。光催化反應和反應機理研究結果顯示氧化還原活性的1,10-菲羅啉（phenanthroline）配體起到重要的作用。NiII(μ-CO22–-κC:κO)FeII中間體的FeII的合適Lewis酸性起到重要作用。2）這項研究展示了首個雜核NiFe分子催化劑，能夠高效率的催化還原CO2為CO，加深了人們對于雜核雙金屬原子之間的配合作用，有助于設計高效選擇性CO2還原催化劑。
Yao Xiao, Hong-Tao Zhang, and Ming-Tian Zhang*, Heterobimetallic NiFe Complex for Photocatalytic CO2 Reduction: United Efforts of NiFe Dual Sites, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c08510https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c085105.清華大學JACS：優化雙吖丙啶(diazirine)交聯劑改善量子點圖案化具有強熒光效率的膠體量子點是具有前景的下一代電子學和光子學器件材料，但是如何精確大規模的進行量子點圖案化處理，而且在集成到QLED顯示器的過程中不損壞它們的性質仍然是個困難和挑戰。有鑒于此，清華大學張昊、維多利亞大學Jeremy E. Wulff等報道將雙吖丙啶(diazirine)交聯劑無損的直接的進行量子點光圖案化。 1）這種交聯劑的設計關鍵是引入供電子取代基，從而能夠形成空氣穩定且能夠進行光圖案化的基態單線態卡賓。在溫和環境下這種簡練策略能夠對不含貴金屬的量子點進行光圖案化，分辨率達到13000像素/英寸。圖案化的量子點層完全保留光學和光電性能。2）圖案化的InP/ZnSe/ZnS量子點層狀結構器件的熒光達到15.3%的量子效率，而且最大的熒光強度達到40000cd m-2，比現有量子點圖案化方法更好。隨后，將這種無縫集成圖案化QLED的薄膜晶體管電路以及雙色顯示器陣列。這項研究結果明確說明設計量子點圖案的重要性，有助于將先進的光圖案化策略用于制備商業化的QLED顯示器以及其他量子點器件。Zhong Fu, Stefania F. Musolino, Wenyue Qing, Hongjin Li, Felix J. de Zwart, Zhi Zheng, Mingfeng Cai, Yun Gao, Bas de Bruin, Xingliang Dai, Jeremy E. Wulff*, and Hao Zhang*, Direct Photopatterning of Colloidal Quantum Dots with Electronically Optimized Diazirine Cross-Linkers, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c09209https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c092096.浙江大學Nature Commun：機器人AI輔助實現每天嘗試10000個反應傳統有機化學合成通常需要實驗人員每天進行多次實驗。有鑒于此，浙江大學方群教授、陸展教授、潘建章博士、浙江大學-之江實驗室陳廣勇研究員等報道開發了一種基于液芯波導(liquid-core waveguide)、微流體液體處理(microfluidic liquid-handling)和人工智能技術(artificial intelligence)的機器人系統，搭建了超高通量化學合成、在線表征和大規模光催化反應條件篩選的體系。 1）該系統能夠在幾秒鐘內進行自動反應物混合物制備、更換、引入、超快光催化反應、反應產物的在線光譜檢測以及不同反應條件的篩選。 2）該系統應用于大規模篩選光催化[2+2]環加成反應的12000個反應條件，包括多個連續和離散的變量，每天能夠達到高達10000個反應條件的超高通量反應條件篩選。基于這些數據，進行人工智能輔助的反應物/光催化劑交叉預測。 Lu, JM., Wang, HF., Guo, QH. et al. Roboticized AI-assisted microfluidic photocatalytic synthesis and screening up to 10,000 reactions per day. Nat Commun 15, 8826 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-53204-6https://www.nature.com/articles/s41467-024-53204-67.深圳大學&四川大學Nature Commun：氧化還原介質抑制產氯副反應促進海水制氫使用可再生電能直接電解海水，提供可持續發展要求的海水制氫路線，但是海水電催化制氫反應面臨著氯氧化副反應，嚴重影響海水電解效率，而且腐蝕電極。有鑒于此，深圳大學/四川大學謝和平院士、吳一凡副研究員、蘭鋮助理研究員、劉濤研究員等報道氧化還原介導策略抑制氯氧化副反應，將海水直接電解體系與分離的產氧反應器集成。1）這種策略使用[Fe(CN)6]3-/4-作為電池和反應器之間電子傳輸，替代傳統的OER反應，在動態上更有利，因此能夠不必通過氣體反應，而是直接發生單電子轉移，因此能夠非常好的消除含氯的副產物。2）這個體系能夠在比較低的電壓下工作（~1.37V, 10mA cm-2；~1.57V, 100mA cm-2），而且能夠在Cl-離子飽和溶液中穩定的工作，這個體系有可能實現氯排放為零的目標。通過進一步改善氧化還原介質和催化劑，有可能增強DSDE體系的價格成本和可持續性。
Liu, T., Lan, C., Tang, M. et al. Redox-mediated decoupled seawater direct splitting for H2 production. Nat Commun 15, 8874 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-53335-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-53335-w 8.南京大學Nature Commun：表面限域自由基增強電催化烯烴環氧化通過烯烴的氧化制備環氧化物是合成工業化學品和材料的關鍵中間體，目前的烯烴氧化策略通常需要非常苛刻的反應環境，包括高溫高壓，而且需要使用毒性氧化劑，這影響了能量效率和可持續性。直接進行電催化環氧化是可能解決這個難題的策略。有鑒于此，南京大學丁夢寧教授等報道一種普適性的電化學環氧化策略，實現了動力學限域表面自由基反應的路徑。1）這種電催化反應能夠在溫和的反應條件實現高效率的電催化環氧化效率，環己烯的環氧化反應中，選擇性>99%，產率>80%，法拉第效率>80%，而且兼容大量的烯烴反應物。2）催化反應是由于界面雙分子反應機理（L-H機理），其中包括限域在表面的Br自由基，能夠活化惰性C=C雙鍵，避免發生均相自由基副反應。通過可再生能源和水作為綠色的氧化劑，能夠實現可持續的制備化學品。
Ran, P., Qiu, A., Liu, T. et al. Universal high-efficiency electrocatalytic olefin epoxidation via a surface-confined radical promotion. Nat Commun 15, 8877 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53049-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-53049-z
