1.包信和院士&傅強研究員Angew：動態限域Ag納米簇具有寬溫區CO催化氧化擔載金屬納米簇催化劑在許多催化反應中都具有高活性，但是通常無法在苛刻反應條件穩定。有鑒于此，中國科學院大連化物所包信和院士、傅強研究員等報道通過設計擔載金屬催化劑的微環境，具體通過氣體吸附覆蓋層和對載體表面化學進行設計，打破催化劑的“活性-穩定性制衡”問題。1）研究結果揭示了通過Ag納米粒子自發重新分散和高活性Ag納米簇的穩定作為驅動力，Ag表面化學吸附氧和氧化物載體的表面羥基在催化反應過程中得到動態的消耗，并且通過反應環境（O2和H2O）得到補充。2）這種氣體-催化劑-載體的動態限域相互作用使得Ag納米簇在比較寬的溫度區間內進行CO催化氧化，在干燥氣氛的溫度區間為25-500℃，在潮濕氣氛的溫度區間為200-800℃，而且在300℃能夠穩定工作1000h。
Rongtan Li, Rentao Mu, Kun Li, Yamei Fan, Conghui Liu, Yanxiao Ning, Mingrun Li, Qiang Fu, Xinhe Bao, Dynamically Confined Active Silver Nanoclusters with Ultrawide Operating Temperature Window in CO oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202416852https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024168522.蘇州大學JACS：CO2作為唯一碳原料合成乙烯碳酸酯碳酸乙烯酯（EC）是最簡單的環狀碳酸酯，具有重要工業意義，其中最重要的是鋰離子電池的重要電解質。通常合成碳酸乙烯酯的過程包括有毒性的原料，合成過程在更高的溫度和壓力。有鑒于此，蘇州大學李彥光教授、韓娜副教授等報道提出了一種在環境條件下將二氧化碳轉化為碳酸乙烯酯(EC)的級聯催化路線。 1）這個反應方案包括膜電極組裝反應器進行銅催化CO2電化學還原為乙烯，在碳布上生長WO3納米陣列進行催化溴介導乙烯轉化為溴乙醇，并且進行溴乙醇和CO2生成碳酸乙烯酯(EC)。
2）通過分別對各個催化步驟進行優化，隨后串聯，能夠在室溫和大氣氣壓以良好的收率制備碳酸乙烯酯(EC)。這項研究首次證明，二氧化碳能夠作為唯一的碳源，合成有機碳酸酯。
Zhaoyu Wen, Mengjing Wang, Chenglin Liang, Baojie Fan, Yuchen Yan, Jia Fan, Na Han*, Yuhang Wang, and Yanguang Li*, Cascade Conversion of CO2 to Ethylene Carbonate under Ambient Conditions, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c11390https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c113903．JACS：機器學習開發水煤氣制氫高熵氧化物催化劑高熵氧化物（HEO）是一種多元素構成的固溶體，具有重要的科學發展前景。由于各種元素帶來豐富的組成方式，因此設計具有特定性質的HEO材料通常依賴大量嘗試。有鑒于此，清華大學王訓教授、劉清達、上海交通大學吳量、普渡大學林光教授等報道通過閉環的“訓練-預測-實驗”迭代循環方法發展制氫能力強的高熵氧化物催化劑。1）通過多輪主動學習迭代過程，從大量具有可能的材料組成中篩選，合成了4個新穎的HEO材料。這些發現的新型材料具有優異的穩定性，在水煤氣變換反應制氫催化反應中表現優異的制氫性能（251μmol gcat-1 h-1），比目前的標桿催化劑Pt/γ-Al2O3（135μmol gcat-1 h-1）或者Cu/Al2O3（81μmol gcat-1 h-1）性能更好。
2）通過XPS表征和DFT理論計算結果說明這些HEO材料的結構和性質。這種通過機器學習加快發展性質獨特新型HEO催化劑材料的方法能夠從非常有限的實驗數據中分析得到有用的信息。
Siyang Nie, Yan Xiang, Liang Wu*, Guang Lin*, Qingda Liu*, Shengqi Chu, and Xun Wang*, Active Learning Guided Discovery of High Entropy Oxides Featuring High H2-production, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c06272https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c062724.西湖大學JACS：結構鎖定策略合成共價三嗪CTF光催化合成H2O2發展綠色高效率光催化合成H2O2的光催化劑受到廣泛關注，但是具有非常大的困難和挑戰。有鑒于此，西湖大學徐宇曦等報道開發了一種新型簡單鎖定共面（locking the coplanarity）策略制備高晶化度的CTF光催化劑，能夠從O2和H2O合成H2O2。 1）剝離的超薄2D-CTF納米片具有優異的光催化合成H2O2性能，太陽能轉化為化學能的效率達到0.91%，420nm的表觀量子效率達到16.8%，比以往所有的CTF材料都更好，比大多數非金屬光催化劑更好。2）通過詳細的實驗和理論計算研究，說明晶化CTF光催化劑不僅能夠通過增強光激發載流子的分離和轉移的方式促進光催化合成H2O2，而且通過改變局部電子結構，將4電子氧化路徑變成2電子氧化路徑，得到100%的原子利用效率。這項工作為設計高效率的非金屬光催化劑提供幫助，而且展示了精確控制有機光催化劑的反應路徑的策略。
Ling Zhang, Congxu Wang, Qike Jiang, Pengbo Lyu, and Yuxi Xu*, Structurally Locked High-Crystalline Covalent Triazine Frameworks Enable Remarkable Overall Photosynthesis of Hydrogen Peroxide, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c12339https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c123395.熊宇杰等Nature Commun：Cu團簇-納米酶-輔酶構筑天然光合成體系還原CO2自然界的光催化合成利用太陽能，以酶和輔酶催化的方式將水和大氣氣氛CO2轉化為碳氫化合物，這促進發展人工光合成技術。但是發展不含貴金屬的高效率光合成體系以及對功能結構理性設計構筑分子催化劑體系仍然具有非常大的困難和挑戰。有鑒于此，安徽師范大學/中國科學技術大學熊宇杰教授、陸洲教授、利莫瑞克大學Mei-Yan Gao等報道將Cu6簇和Co-三卟啉組裝構筑人工光催化體系，并且精確的將納米酶和輔酶Q修飾在Cu6簇，能夠模擬自然界光化學合成過程。1）這種模擬生物體系能夠高效率的將CO2還原為CO，產率達到740.7μmol g-1 h-1，能夠持續188h。這個體系能夠通過輔酶Q的電子存儲作用，將光反應和暗反應解耦。通過調節輔酶Q的穩定性，暗反應的時間能夠達到8.5h。2）構筑的人工光催化合成體系能夠滿足自然界的白天/黑夜循環。這項研究拓展了人工光催化劑的設計，重現了自然界光合成體系的復雜功能。
Cui, X., Bai, H., Zhang, J. et al. A cluster-nanozyme-coenzyme system mimicking natural photosynthesis for CO2 reduction under intermittent light irradiation. Nat Commun 15, 9048 (2024)DOI: 10.1038/s41467-024-53377-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-53377-06.Nature Commun：Pt-Co協同催化劑的活性位點重構理論計算揭示催化劑的金標是火山型規律，這種火山型變化規律通常用于揭示催化活性位點的組成或者尺寸。有鑒于此，華東理工大學段學志教授、練成教授、上海交通大學劉晰研究員等報道催化劑的載體和吸附物質導致Pt-Co雙金屬結構重構，而且對不同的界面活性位點之間的相互作用，提出了火山曲線的協同效應。 1）通過多種表征技術，以及同位素動力學，多尺度理論計算模擬，說明受到Pt-C鍵（金屬-載體界面）和Co-O鍵（金屬-吸附物界面）的作用，Co持續不斷進入Pt催化劑內，形成Pt富集的合金，而且形成分離的Co物種，并且Co偏析形成外延覆蓋層和Co3O4簇，最終導致結構坍塌形成無定形合金。 2）發現三個不同的協同作用，包括晶格氧的氧化還原效應、Pt富集合金/CoOx覆蓋層的雙位點、合金內的電子耦合，這三個效應分別發生在CO氧化（氣相）、氨硼烷水解（液相催化）、制氫催化（電催化）。協同效應關系火山型變化代表了傳統組成/尺寸火山型變化規律的拓展，為雙金屬催化劑的理論模型和實驗研究提供幫助。
Chen, W., Shi, Y., Liu, C. et al. Restructuring the interfacial active sites to generalize the volcano curves for platinum-cobalt synergistic catalysis. Nat Commun 15, 8995 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53474-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-53474-07.清華大學Nature Commun：Ni氫氧化物的連續“電化學氧化-電化學還原反應”解耦產氧和電解水堿性電解水是具有前景的制備清潔可持續能源技術，但是堿性電解水的性能受到陽極OER反應動力學緩慢導致難以平衡產生H2和O2的挑戰。 有鑒于此，清華大學甘霖助理研究員、李佳副教授等報道通過電化學氧化和之后的電化學還原處理Ni氫氧化物，能夠降低陽極氧化反應過電勢。1）通過同位素標記的電化學微分質譜表征和原位Raman光譜表征，以及DFT理論計算，發現Ni氫氧化物電化學氧化生成NiOO-活性物種之后由于Ni-O共價鍵變弱，NiOO-還原釋放O2。2）通過這種氧化-還原處理過程發展了電解水和能量存儲的復合體系，能夠將制氫反應和產氧反應和Ni氫氧化物的電化學能量存儲結合。
Wei, J., Shao, Y., Xu, J. et al. Sequential oxygen evolution and decoupled water splitting via electrochemical redox reaction of nickel hydroxides. Nat Commun 15, 9012 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53310-5https://www.nature.com/articles/s41467-024-53310-58.北京大學Nature Commun：氧原子插入苯乙烯的C-C化學鍵對常見化學分子的骨架進行單原子插入是一種非常有效的開發結構衍生化分子的方法，以往的骨架編輯策略能夠插入硼、氮、碳原子。由于氧原子在生物活性化合物的重要作用，因此如何通過 Baeyer-Villiger等反應對C-C化學鍵進行氧化具有非常重要的意義。 有鑒于此，北京大學焦寧教授、青島農業大學秦啟學等報道O2對苯乙烯的氧原子插入反應，這種方法能夠在溫和反應條件合成芳基醚。1）這種氧插入反應方法學具有廣闊的官能團容忍性，優異的化學選擇性和位點選擇性。簡單的機理研究結果說明該反應包括1,2-芳基自由基轉移。2）反應使用空氣或者O2提供反應的氧原子，實現非金屬溫和條件合成芳基醚，為烯烴化學的研究提供幫助。
Qin, Q., Zhang, L., Wei, J. et al. Direct oxygen insertion into C-C bond of styrenes with air. Nat Commun 15, 9015 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53266-6https://www.nature.com/articles/s41467-024-53266-6
