1.段鑲鋒&黃昱JACS：Pt表面水分子結構重構增強堿性HOR
在堿性電解質中的HOR反應中，動力學明顯比在酸性電解質中更加緩慢。使得堿性交換膜燃料電池AEMFCs產生關鍵挑戰。堿性電解質中較慢的動力學通常歸因于更遲緩的Volmer反應步驟（氫脫附）。已有研究表明，盡管親氧過渡金屬（TMs）以及過渡金屬表面吸附的羥基（TM–OHad）對堿性條件下Pt表面上HOR反應活性的確切作用仍是一個備受爭議的話題，但其能夠顯著提高Pt表面堿性HOR反應活性。
有鑒于此，加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授、黃昱教授等報道使用單原子銠Rh修飾的Pt納米線作為模型催化劑，證實吸附在Rh位點上的羥基Rh–OHad能夠使得Pt表面的水分子結構重構，實現了創紀錄的堿性HOR氫氧化反應性能。
本文要點：
1）原位表面表征以及DFT理論研究表明，表面Rh–OHad可以促進形成氧原子朝下的水分子（H2O↓）。與氫原子朝下的水分子（OH2↓）相比，氧原子朝下的H2O↓更傾向于與Pt表面吸附氫（H2O↓···Had-Pt）形成更多氫鍵。
2）H2O↓進一步促進與相鄰Pt–Had和Rh–OHad形成能量上有利的六元環過渡結構，降低了Volmer步驟的活化能，并且加快HOR反應動力學。
參考文獻
Chengzhang Wan, Zisheng Zhang, Sibo Wang, Qiang Sun, Ershuai Liu, Heting Pu, Ao Zhang, Zhengyue Chen, Aamir Hassan Shah, Xiaoyang Fu, Anastassia N. Alexandrova, Qingying Jia, Yu Huang*, and Xiangfeng Duan*, Reorganizing the Pt Surface Water Structure for Highly Efficient Alkaline Hydrogen Oxidation Reaction, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.5c00775
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c00775
2.上海交通大學JACS：同手性Br?nsted酸性COF的X射線單晶表征
以原子級精度確定共價有機框架（COF）的晶體結構，對于揭示其性質和優化功能至關重要。然而，合成適用于 X 射線衍射分析的高質量 COF 單晶，尤其是手性共價有機框架（CCOF），仍然是一項艱巨的挑戰。
有鑒于此，上海交通大學崔勇教授、劉燕教授、西北大學Omar K. Farha教授等報道兩種3D手性COF，其通過四面體有機四元胺與具有旋光性的1,1'-聯苯酚磷酰氯或硫代磷酰氯的四元醛進行亞胺縮合反應生成。
通過低溫調控策略（可得到尺寸達100 μm的大晶體）或者溶劑熱方法，得到不同尺寸的單晶。利用單晶X射線衍射對大單晶進行結構表征，并且其分辨率達到0.90 ?。
本文要點：
1）這兩種手性共價有機框架是同構的，且具有四重互穿的類金剛石開放框架結構，所有磷酸基團在管狀螺旋通道內具有周期性排列，與未固定的酸相比，表現更強的Br?nsted酸性。這些框架材料具有永久性孔隙率，在沸水、14 mol L-1 NaOH溶液、0.1 mol L-1的HCl溶液中具有耐腐蝕，熱穩定性高達400 ℃。
2）這些手性COF在芳香醛的不對稱加成、酮亞胺的對映選擇性轉移氫化，以及醛亞胺和環酮的三組分直接不對稱曼尼希反應，作為高效且可回收的非均相Br?nsted酸催化劑，實現了良好或較高的對映選擇性（e.e.達到99.5%），超過了類似體系使用均相催化劑所獲得的對映選擇性。
這項工作首次成功展示同手性COF的單晶結構，有助于深入研究對映選擇性過程中的結構與性能關系，有助于設計新型功能性手性有機材料。
參考文獻
Bang Hou, Xing Han, Haomiao Xie, Chen Yuan, Yu Guo, Xinfa Chen, Xianhui Tang, Shengyi Su, Hong Jiang, Zi-Ming Ye, Kent O. Kirlikovali, Yan Liu*, Omar K. Farha*, and Yong Cui*, Single-Crystal X-ray Structures of Homochiral Br?nsted Acidic Covalent Organic Frameworks, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.5c00458
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c00458
3.JACS：原子分散性Mn催化烯烴二氯化
這項研究公開一種新型的Mn單原子光催化劑，該催化劑利用N-氯代琥珀酰亞胺（N-chlorosuccinimide）作為溫和氯化劑，實現烯烴的二氯化合成鄰二氯產物。得到的鄰二氯產物在害蟲控制劑、聚合物、阻燃劑和藥物等領域具有廣泛應用。
有鑒于此，安特衛普大學Shoubhik Das等報道Mn在芳香氨取代石墨相氮化碳（f-C3N4）上原子分散，首次實現了非均相催化，為包括藥物、生物活性化合物和天然產物在內的烯烴二氯化反應提供了一種操作簡單、可持續、高效的途徑。
本文要點：
1）使用UV-Vis、XANES、EXAFS、HR-TEM、XPS、MAS NMR和ssNMR表征技術對材料進行豐富表征，因此在原子尺度進行更加深入研究。
2）基于多尺度分子建模的機理研究。通過經典反應分子動力學（RMD）模擬和量子化學（QC）計算，表明由原位形成的Mn-Cl鍵能夠受到控制的生成氯自由基是烯烴二氯化反應的關鍵因素。
此外，進行克級規模實驗和可重復使用性測試，驗證了這種方法具有工業規模適用性。
參考文獻
Prakash Kumar Sahoo, Rakesh Maiti, Peng Ren, Juan José Delgado Jaén, Xingchao Dai, Giovanni Barcaro, Susanna Monti, Alina Skorynina, Anna Rokicińska, Aleksander Jaworski, Laura Simonelli, Piotr Ku?trowski, Jabor Rabeah, and Shoubhik Das*, An Atomically Dispersed Mn Photocatalyst for Vicinal Dichlorination of Nonactivated Alkenes, J. Am. Chem. Soc. 2025
DOI: 10.1021/jacs.4c16413
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16413
4.復旦大學Angew：RuIrOx-CeO2三元異質結電催化
質子交換膜水電解槽（PEMWE）的工業級應用在于其能夠在高電流密度下運行，以實現更高的功率密度和更低的運行成本。但是，這對催化劑的整體性能構成了重大挑戰。異質界面工程已成為解決陽極本征活性限制的理想策略。由于不同組分之間相互作用較弱的脆弱界面結構，很難保持異質結構催化劑的高活性和長期穩定性。
有鑒于此，復旦大學張波教授等報道了一種三元異質結構催化劑RuIrOx-CeO2，其特點是RuIrOx相和CeO2相之間存在強耦合界面。
本文要點：
1）當應用于質子交換膜水電解（陽極使用 0.8 mgIr cm-2，陰極使用0.4 mgPt cm-2）時，所制備的催化劑表現出令人印象深刻的活性，在質子交換膜水電解中，在1.75 V的電池電壓下實現了3.0 A/cm2的電流密度，并且在5.0 A/cm2的電流密度下穩定運行2000 h，電壓衰減效率非常小(<1μV/h)。
2）三元異質結構催化劑RuIrOx-CeO2形成強耦合界面，這種強耦合界面表現出電子和氧的相互作用，有效地抑制了活性相的分離。
參考文獻
Kai Sun, Wei Mao, Lujie Jin, Wenjuan Shi, Wenzhe Niu, Chenyang Wei, Yixiang He, Qisheng Yan, Ruijie Wang, Youyong Li, Bo Zhang, Enhancing Heterointerface Coupling for Durable Industrial-Level Proton Exchange Membrane Water Electrolysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202502250
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202502250
5.北京工業大學Angew：雙重缺陷工程Ru/CeO2-CNT電催化氨分解制氫
雖然NH3被廣泛認為是最有前景的儲氫和氫轉化的候選物質之一，但氨分解過程中所涉及的催化機理仍未被充分理解，并且催化劑的穩定性也一直是重大挑戰。
有鑒于此，北京工業大學鄧積光教授、Lu Wei等報道通過一種簡單的方法合成了具有雙缺陷位點的Ru/CeO2-CNTs催化劑，該催化劑在500 ℃實現了高達2230 mmol/gRu/min的出色產氫速率，性能優于大多數Ru催化劑。
本文要點：
1）實驗表征和理論計算表明，CeO2-CNT界面通過碳氧相互作用促進了氧空位Ov和碳缺陷Cd的形成。這些缺陷增強了電子從載體向Ru NPs的轉移，實現對氨的吸附和活化的調控，以及吸附態氮物種（N*）的復合和脫附。
此外，CeO2的包覆顯著提高了碳納米管的穩定性，減弱了在高溫和富氫條件下不期望發生的反應。
2）這項研究提出了一種合理的設計策略，即通過構建雙缺陷位點來強化氨分解的多個基元步驟，為在苛刻環境下設計高效且耐用的催化劑提供了新的思路。
參考文獻
Likang Lv, Peiqi Chu, Tong Han, Yunpeng Jiang, Zhiwei Wang, Yuxi Liu, Hongxing Dai, Lu Wei, Jiguang Deng, Carbon and Oxygen Double Defects Enhanced Ru-based Catalyst for Ammonia Decomposition, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202501898
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202501898
6.Angew：Co-Ni協同COF電催化還原CO制備甲醇
一氧化碳還原反應（CORR）生成高附加值的甲醇，由于該反應存在較大的過電位，因此需要對催化劑進行精心設計。特別是，在實現對電催化劑的精確改性同時保持活性位點的周期性排列以優化性能仍然是一個重大挑戰。
有鑒于此，香港城市大學張其春教授、葉汝全教授、香港理工大學黃勃龍教授等報道了基于酞菁的COFs級聯金屬化用于將一氧化碳選擇性還原為甲醇。在修飾第二種金屬Ni后，CityU-35在-0.85 V vs RHE實現了48.4%的法拉第效率，超過了僅含Co原子的CityU-34的法拉第效率（2.1%）。
本文要點：
1）甲醇產量的提高歸因于電子結構的優化以及改善CO吸附，并且通過UV-Vis光譜和XPS能譜的位移，以及ATR-SEIRAS增強的CO信號得到證實。
2）DFT理論計算表明，CityU-35中引入第二個Ni位點后形成串聯的金屬位點，不僅提高了CO中間體的吸附，而且為CO加氫生成CH3OH提供快速質子生成。Co和Ni位點之間的協同效應能夠優化電子結構，降低反應的能壘，提高整體電催化活性。
參考文獻
Qianfeng Gu, Yinger Xin, Mingzi Sun, Hexiang Zhang, Anchun Tang, Yanwei Zhao, Zihao Chen, Yun Song, Tuoya Naren, Lei Zhang, Jinghang Wu, Xin Wang, Fangyuan Kang, Yang Yang Li, Fu-Rong Chen, Chubin Wan, Bolong Huang, Ruquan Ye, Qichun Zhang, Cascaded Metalation of Two-Dimensional Covalent Organic Frameworks for Boosting Electrochemical CO Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2025
DOI: 10.1002/anie.202505461
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202505461
7.Nature Commun：鑭系單原子電催化CO2還原為CO
單原子催化劑SACs因其100%的原子利用效率而受到越來越多的關注。使用單原子催化劑CO2RR將CO2轉化為CO，為CO2的利用提供了一種具有前景的方法，但是對于傳統的單原子催化劑而言，CO2的輕松吸附和CO脫附仍然具有挑戰性。
有鑒于此，中南大學劉敏教授、慕尼黑大學Emiliano Cortes等沒有挑選特定的原子，但是提出一種利用整個鑭系（Ln）元素的原子促進CO2還原的策略。通過DFT理論計算、原位光譜，以及X射線吸收光譜表明，具有代表性的鉺Er單原子催化劑的橋連吸附機制。
本文要點：
1）制備了一系列涵蓋14種元素的鑭系單原子催化劑，這些催化劑生成CO的法拉第效率超過了90%。Er催化劑在500 mA cm-2的電流密度下實現了約130,000 h-1的高TOF轉化。此外，在200 mA cm-2的電流密度下使用酸性電解質時，可獲得34.7 %的全電池能量效率和70.4 %的單程CO2轉化效率。
2）這個催化劑利用鑭系元素，探索了單原子催化劑獨特的成鍵，為高效地將CO2轉化為CO以及更多相關的轉化帶來新鮮可能性。
參考文獻
Wang, Q., Luo, T., Cao, X. et al. Lanthanide single-atom catalysts for efficient CO2-to-CO electroreduction. Nat Commun 16, 2985 (2025).
DOI: 10.1038/s41467-025-57464-8
https://www.nature.com/articles/s41467-025-57464-8
8.Nature Commun：亞穩態重構形成密集單原子位點用于OER
通過輔助亞穩相的自我重構來最大化金屬與基底之間的相互作用，這可能是一種精妙的策略，可用于獲得性能穩定且高效的高密度單原子催化劑。
有鑒于此，香港城市大學何頌賢教授（Johnny C. Ho）、九州大學SenPo Yip、新加坡國立大學Shaohai Li等報道通過電化學引發，導致亞穩Ir與對稱性破缺CoCe(OH)2基底之間的同步結構轉變，制備得到修飾密集Ir單原子的超薄CoCeOOH納米片（CoCe?O?IrSA）。
本文要點：
1）CoCe?O?IrSA用于OER反應，在100 mA cm?2的電流密度下的OER過電勢為187 mV，并且在500 mA cm?2電流密度具有1000 h的穩定工作時常。
此外，CoCe?O?IrSA用作陰離子交換膜水電解槽中實現穩健的電化學陽極，在500 mA cm?2的電流密度下電解海水的持續時間達到150 h。
2）原位實驗和DFT理論計算表明，重構之后得到熱力學穩定的Ir單原子，通過較強的p?d?f軌道耦合調節電荷的分布，能夠作為高活性位點促進電子轉移，優化了中間體的吸附能，活化Co/Ce位點的表面反應性，因此得到優異的OER性能。
這些結果開辟了一種通過設計亞穩相實現環境條件下穩定的單原子體系的途徑，能夠用于高效能量轉換應用。
參考文獻
Quan, Q., Zhang, Y., Li, H. et al. Atomic-scale self-rearrangement of hetero-metastable phases into high-density single-atom catalysts for the oxygen evolution reaction. Nat Commun 16, 2908 (2025).
DOI: 10.1038/s41467-025-58163-0
https://www.nature.com/articles/s41467-025-58163-0
