厦大Nature Cat.，天大Nature Cat., 催化前沿每周精选丨1014-1020

催化计精选最新最前沿的催化技术成果，每周一期，本期精选自2019年10月14日至2019年10月20日。由于学识有限，难免有所疏漏和错误，敬请批评指正！

1. Science：通过激发态电子转移实现光驱动去消旋化

去消旋化是不对称合成的一种有吸引力的策略，但是内在的高能量限制了其发展。近日，普林斯顿大学Robert R. Knowles，耶鲁大学Scott J. Miller等在报道了一种去消旋化方法，其中胺衍生物在三种不同分子催化剂的存在下暴露于可见光时会经历自发的光富集。该反应是由激发态的铱生色团引发的，并通过一系列电子，质子和氢原子转移步骤来破坏和重整立体C–H键。

该反应中的对映选择性是由两个独立的在催化循环内依次发生的立体选择性步骤共同确定的，从而生成的化合物立体选择性高于每个单独步骤的选择性。该工作表明，使用激发态氧化还原反应有望在底物对映异构体之间产生不平衡产物分布，从而实现不对称合成。

Nick Y. Shin, Scott J. Miller*, Robert R. Knowles*, et al. Light-driven deracemization enabled by excited-state electron transfer. Science, 2019

DOI: 10.1126/science.aay2204

https://science.sciencemag.org/content/366/6463/364

2. 天津大学Nat. Catal.：堆积缺陷活化Ag催化剂，激发其优于商用Pt/C催化剂的HER性能

高活性和低成本的HER催化剂是电化学水分解产氢的关键。当前，用于析氢反应的最佳催化剂是金属铂基催化剂，其高价格严重限制了大规模应用。近日，天津大学杜希文，刘辉等报道了一种在酸性介质中具有优异HER活性和耐久性的银催化剂，其性能优于市售的Pt/C催化剂，尤其是在高施加电压下。

作者采用一种物理技术，即液体中激光烧蚀，在银纳米颗粒中产生高密度的堆积缺陷。堆积缺陷会导致Ag的低配位数和高拉伸应变，提高了吸附能并将非活性Ag转化为高活性催化剂。鉴于其高活性，导电性，耐用性和低价格，该Ag催化剂可以作为工业上商用Pt/C催化剂的有前途的替代品。

Zhe Li, Hui Liu*, Xi-Wen Du,* et al. A silver catalyst activated by stacking faults for the hydrogen evolution reaction. Nat. Catal., 2019

DOI: 10.1038/s41929-019-0365-9

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0365-9

3. Nature Catalysis: 光催化区域、立体选择性C(sp3)-H官能化

惰性C(sp3) -H键的选择性官能化在有机合成和催化科学中极具吸引力，但是，通过催化C(sp3) -H功能化将缺乏导向基团的烃类转化为手性分子具有极大的挑战性。为了解决这一问题，厦门大学龚磊课题组开发了一种由氢转移有机光催化剂和金属配合物手性催化剂组成的光化学系统。

在双催化剂和亚胺的作用下，苄基、烯丙基类化合物以及烷烃等一系列化合物都可以转化为功能化的手性产物。含有铜以及其他金属的催化剂对这些惰性碳氢键表现出精确的区域识别和不对称诱导。该体系适用于许多化合物，包括小分子烃、支链烷烃、环烷烃甚至是复杂的药物分子。该方法从最基本的化学原料出发，提供了一种经济、快速构建光学活性化合物的方法。

Yanjun Li, Meng Lei & Lei Gong. Photocatalytic regio- and stereoselective C(sp3)–H functionalization of benzylic and allylic hydrocarbons as well as unactivated alkanes. Nature Catalysis. 2019

DOI: 10.1038/s41929-019-0357-9

https://www.nature.com/articles/s41929-019-0357-9

4. Nature Nanotechnology: 在商业级PEM电解槽中评估非贵金属HER催化剂的性能

开发低成本、高性能的析氢反应催化剂是质子交换膜水电解技术广泛应用的前提，而且使用商用测试评价手段是评估催化剂的真正应用能力的关键。

近日，斯坦福大学的Thomas F. Jaramillo课题组通过直接磷化的方法，在商业活性碳上直接制备非贵金属CoP，并使用商业级别的86平方厘米的PEM电解槽来评价该HER催化剂在实际应用中的性能，CoP是高效且稳定的，在1.86A/cm2的条件下，1700h内连续制氢，而与铂相比，它可以节省大量的材料成本。这项工作指明了非贵金属析氢催化剂转化为商业应用的潜在途径。

Laurie A. King, et al. A non-precious metal hydrogen catalyst in a commercial polymer electrolyte membrane electrolyser. Nature Nanotechnology, 2019.

DOI: 10.1038/s41565-019-0550-7

https://doi.org/10.1038/s41565-019-0550-7

5. Nature Communications：局部柔性的动态多孔配位聚合物用于CO2捕集和转化

微孔内封闭CO2的直接结构信息对阐明其特定的结合或活化机制具有重要意义，然而，客体交换后的气体结合能力弱或样品结晶度差等问题严重阻碍了CO2掺入、活化和转化为其他材料的发展。近日，江苏师范大学的王健和日本京都大学的Susumu Kitagawa课题组合作提出了一种具有局部柔性的动态多孔配位聚合物(PCP)材料，其中的螺旋桨状配体旋转以允许二氧化碳捕获，由于其对CO2的高亲和力和约束效应，PCP对不同的底物表现出高的催化活性、快速的转化动力学、和高的尺寸选择性。

再加上经过10次CO2环加成成高附加值的环状碳酸盐，催化剂的周转率(吨)高达39,000/1.5簇Zn，这些结果表明，这种独特的结构是高效捕获CO2和尺寸选择性转换的原因。该工作对于对于设计制备多孔配位聚合物用于捕集二氧化碳和转化提供了一种新的策略。

Pengyan Wu, et al. Carbon dioxide capture and efficient fixation in a dynamic porous coordination polymer. Nature Communications, 2019.

DOI: 10.1038/s41467-019-12414-z

https://doi.org/10.1038/s41467-019-12414-z

6. JACS：烧结的Cu-CeO2纳米棒催化剂活性位的构建

纳米催化剂稳定的活性位点的构建非常重要，但在非均相催化中是一个挑战。近日，山东大学贾春江，中国科学院上海应用物理研究所司锐，北京大学严纯华等通过在空气中800°C煅烧烧结的铜-二氧化铈催化剂，构造了稳定的配位不饱和的原子分散的铜物质。

实验发现，该烧结的Cu-CeO2催化剂具有非常高的CO氧化活性，在120°C下的CO消耗率为6,100 umolCO·gCu-1·s-1，至少是其它报道的铜催化剂的20倍。另外，在苛刻的循环反应条件下，优异的长期稳定性也保持不变。通过全面的结构表征和机理研究，作者确定了具有不饱和配位的Cu1O3形式的铜原子是唯一的活性位点，在该位点上CO和O2分子均被活化，从而诱导了非常低Cu负载量（1wt％）下高的CO氧化活性。

Wen-Zhu Yu, Rui Si,* Chun-Jiang Jia,* Chun-Hua Yan*, et al. Construction of active site in a sintered copper-ceria nanorod catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b05419

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05419

7. JACS：用于光催化CO2还原的超薄2D COF纳米片的可扩展的通用合成方法

大规模，高产量地合成超薄二维（2D）共价有机骨架（COF）纳米片（NSs）是一个巨大的挑战，这限制了对这类材料的独特功能和广泛应用潜力的探索。近日，北京科技大学Jianzhuang Jiang，Kang Wang，国家纳米科学技术中心Qingdao Zeng等在溶剂热条件下，通过亚胺交换合成策略，向反应体系中添加过量的2,4,6-三甲基苯甲醛，发展了一种可扩展的自下而上用于方便地大规模（>100 mg）和高收率（>55％）的合成基于亚胺的超薄（<2.1 nm）2D COF NSs（包括COF-366 NS，COF-367 NS，COF-367-Co NS，TAPB-PDA COF NS和TAPB-BPDA COF NSs）的通用方法。

作者通过扫描隧道显微镜（STM）观察COF-367 NSs的周期性孔晶格，清楚地揭示了超薄2D COF性质。此外，作者将分离出的超薄COF-367-Co NSs用做可见光辐射下在水性介质中CO2-CO转化的非均相光催化剂，其显示出优异的效率，CO生成速率高达10162 μmolg-1h-1，选择性约为78％，远远优于相应的块状材料，并且与迄今为止报道的最新的可见光驱动型催化剂相当。

Wenbo Liu, Kang Wang,* Qingdao Zeng,* Jianzhuang Jiang*, et al. A Scalable General Synthetic Approach towards Ultrathin Imine-linked Two-dimensional Covalent Organic Framework Nanosheets for Photocatalytic CO2Reduction. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b09502

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09502

8. JACS：超薄二维MOFs纳米片增强手性有机催化剂的对映选择性

诱导和优化催化剂对映选择性的方法学的发展是不对称催化的重要问题。近日，上海交通大学Yong Cui，Yan Liu，国立新加坡大学Jianwen Jiang等首次证明了将手性分子催化剂安装在纳米结构的金属有机框架（MOFs）中后，可以从完全非选择性增强为高对映选择性。层状晶体剥落是超薄纳米片最直接的合成途径之一，但其用到MOFs中时受到层状MOFs可用性的限制。

作者发现可以使用配体封端的金属簇和有角有机连接基来设计分层MOFs。这使得由Zn4-p-tert-butylsulfonyl calix[4]arene和手性角1,1'-联萘酚/双酚二羧酸合成两个3D层状多孔MOFs可以超声剥落为一和二层的纳米片。实验发现，所得MOFs材料是2-氨基苯甲酰胺和醛不对称级联缩合和环化制2，3-二氢喹唑啉酮的高效催化剂。虽然联萘酚和联苯酚均没有对映选择性，但借助该MOFs对其自由度进行限制，其ee值分别可达56-90％和46-72％，暴露于该MOFs柔性纳米片外表面后ee值分别增加到72-94％和64-82％。

此外，在手性氨基醇存在下，MOFs晶体和纳米片表现出高度敏感的荧光增强，其对映选择性因子分别增加至二醇值的1.4倍和2.3倍，从而使其可用于手性传感。因此，在催化和传感中，观察到的对映选择性按有机催化剂<MOFs晶体<MOFs纳米片的顺序增加。该工作不仅提供了制备3D层状MOFs及其超薄纳米片的策略，而且还为利用纳米结构MOF操纵分子催化剂的对映选择性铺平了道路。

Chunxia Tan, Yan Liu,* Jianwen Jiang*, Yong Cui*, et al. Boosting Enantioselectivity of Chiral Organocatalysts with Ultrathin 2D Metal–Organic Framework Nanosheets J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b07633

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07633

9. JACS: 通过电子和几何工程构建双单原子活性位点建设攀登ORR火山图顶点

M-Nx作为一种单原子催化中心（SACs），对氧还原反应(ORR)具有高效的电催化活性，然而，目前所报道的催化中心的吸附-脱附行为不能令人满意，导致SACs的性能仍落后于最先进的Pt。

近日，中国科学院长春应用化学研究所的邢巍、葛君杰研究员、武汉大学的陈胜利教授和上海光源线站的姜政研究员合作设计构造了一个铁-钴双原子中心的活性位点，提出了一种自发吸收电子OH配体作为能量级调节剂，使中间体容易脱附，而三角形的Fe-Co-OH配位促进O-O键的断开，构建的FeCoN5-OH位点的ORR起始电位和半波电位分别高达1.02 V和0.86 V(与RHE相比)，其固有活性是单原子FeN4位点的20多倍。该工作不仅为调整单原子位点的电子结构以提高催化活性开辟了新的思路，而且也为ORR电催化的双原子位点的基本理解提供了新的见解。

Meiling Xiao, et al. Climbing the Apex of the ORR Volcano Plot via Binuclear Site Construction: Electronic and Geometric Engineering. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b08362

https://doi.org/10.1021/jacs.9b08362

10. 兰州大学Angew：过渡金属掺杂提升NiS2碱性介质中的HER性能

近日，兰州大学席聘贤等报道了一种新颖的调制策略，通过在NiS2纳米片（NSs）中引入过渡金属来灵活地优化电子结构和原子排列。合成的Co-NiS2NSs具有出色的HER性能，在碱性介质中，过电势为80 mV，j = 10 mA cm-2，且长期稳定性可达90 h。在100和200 mV的过电势下，TOF分别为0.55 s-1和4.1 s-1这也证实了其卓越的性能。

DFT计算表明，表面掺杂剂使表面Ni-3d能带在长程有序方向异常敏感，从而向更高的电子转移活性起作用，成为电子消耗中心。同时，高位的表面S位点具有很高的选择性，可以分解吸附的H2O，从而确保了在碱性条件下的高HER性能。该工作为通过简便的掺杂策略优化原子排列及电子结构增强水分解性能提供了参考。

Jie Yin, Jing Jin, Hong Zhang, Pinxian Xi,* et al. Atomic Arrangement in Metal Doped NiS2Boosts Hydrogen Evolution Reaction in Alkaline Media. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201911470

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911470

11. 康奈尔大学Angew：电化学拓宽黄素光催化范围：未活化醇的光电催化氧化

核黄素衍生的光催化剂广泛应做醇氧化。然而，迄今为止，该催化方法的范围仅限于苄醇。近日，康奈尔大学Song Lin等研究了不存在或存在硫脲作为助催化剂的情况下黄素催化氧化反应的机理。

有了机理学上的认识，作者进一步开发了一对黄素和二烷基硫脲催化剂对伯和仲脂肪醇进行电化学驱动的光化学氧化。电化学避免了O2氧化剂的使用和H2O2副产物的生成，从而避免了反应条件下硫脲的氧化降解。该工作开辟了一条新的机理途径，其中未活化的醇的氧化是通过噻吩基介导的氢原子来实现的。

Wen Zhang, Song Lin*, et al. Electrochemistry Broadens the Scope of Flavin Photocatalysis: Photoelectrocatalytic Oxidation of Unactivated Alcohols. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201910300

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910300

12. Angew：简单的合成后处理方法显著改善BiVO4光阳极的光电化学性能

基于半导体材料的水分解光阳极通常需要掺杂剂和表面助催化剂，以克服电荷复合和高催化势垒的问题。与这些常规策略不同，近日，瑞典皇家理工学院Biaobiao Zhang等报告了一种将原始BiVO4样品浸泡在硼酸盐缓冲溶液中的简单处理方法，在分子水平上引入硼酸盐来改变BiVO4的局域催化环境。

锚定的硼酸盐起着钝化剂的作用，减少表面电荷复合，而配体起着修饰催化位点，促进水氧化的作用。改性的BiVO4光电阳极无需进行典型的掺杂或催化剂改性，在1.23 V时实现了3.5 mA cm-2的光电流密度和250 mV的阴极转移起始电势。该工作提供了一种非常简单的方法来改善BiVO4光阳极的固有光电化学性能。

Qijun Meng, Biaobiao Zhang*, et al. Efficient BiVO4photoanodes by postsynthetic treatment: remarkable improvements in photoelectrochemical performance from facile borate modification. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201911303

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911303

13. Angew：SnS2/SnO2结在空心多壳结构中产生晶格畸变实现高效可见光驱动CO2还原

精确控制纳米材料的微/纳米结构，例如空心多壳结构（HoMS），对各种应用具有重要意义。近日，中科院过程工程研究所Dan Wang等首次实现了控制HoMS构件单元的晶体结构，如控制HoMS的晶格畸变。

位于SnS2/SnO2纳米界面的晶格畸变可以提供额外的活性位点，这不仅可以提高其可见光下的催化活性，而且可以改善光激发电子-空穴对的分离。由于高效的光利用率和HoMS的自然优势的结合，在不使用任何敏化剂或贵金属的情况下，该材料在固-气系统中实现了创纪录的光催化CO2还原活性，且具有出色的稳定性和100％的CO选择性。

Feifei You, Dan Wang*, et al. Lattice Distortion in Hollow Multi‐shelled Structures for Efficient Visible Light CO2Reduction with SnS2/SnO2Junction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201912069

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201912069

14. AM：杂原子介导的Ru单原子与MXene载体之间的相互作用用于高效产氢

单原子催化剂（SACs）是近年来的研究热点。近日，阿卜杜拉国王科技大学Jr-Hau He，Husam N. Alshareef等，将碳化钛（Ti3C2Tx）MXene用作负载氮（N）和硫（S）配位的Ru单原子（RuSA）催化剂的固体载体，所得催化剂具有高的析氢反应（HER）活性。

X射线吸收精细结构光谱和球差校正扫描透射电子显微镜研究表明，Ru在Ti3C2TxMXene载体上是原子级分散的，且RuSA与Ti3C2TxMXene上的N和S物种配位。所得的RuSA‐N‐S‐Ti3C2Tx催化剂实现10 mA cm-2的电流密度，过电势仅76 mV。此外，将RuSA‐N‐S‐Ti3C2Tx催化剂集成到n+np+-Si光电阴极上可以实现高效光电化学产氢，其光电流密度极可达37.6 mA cm-2，高于报道的贵金属Pt和其它贵金属催化剂与硅光电阴极耦合。DFT计算表明，RuSA与Ti3C2TxMXene载体上的N和S位点配位是高HER活性的起源。

Vinoth Ramalingam, Husam N. Alshareef,* Jr-Hau He*, et al. Heteroatom‐Mediated Interactions between Ruthenium Single Atoms and an MXene Support for Efficient Hydrogen Evolution. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201903841

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.201903841

15. AM：释放N-CNTs限制的高度分散的Co-Nx位点用于喹啉的选择性加氢

喹啉及其衍生物的选择性加氢是生产具有广泛应用的1,2,3,4-四氢喹啉的重要方法。近日，中科院固体物理所Huijun Zhao，Haimin Zhang，中科大Yue Lin等报道了一种简便有效的“液体激光辐照”技术，该技术可释放出限制在N掺杂碳纳米管内部的高度分散的Co-Nx活性位。

释放出的Co-Nx位点具有催化喹啉及其羟基，甲基和卤素取代的衍生物选择性加氢成相应的1,2,3,4-四氢喹啉的活性，转化率和选择性几乎达到100％。该激光辐照处理方法有望广泛应用于释放由其它材料限制的难以接近的催化活性位的催化能力。

Wanbing Gong, Yue Lin,* Haimin Zhang,* Huijun Zhao*, et al. Liberating N‐CNTs Confined Highly Dispersed Co-NxSites for Selective Hydrogenation of Quinolines. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201906051

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906051

16. AM：柔性蜂窝状纳米孔/玻璃状杂化物高效电催化产氢

碱性介质中的析氢反应（HER）迫切需要同时具有出色活性，灵活的无支撑能力和低成本的电催化剂。近日，北京科技大学Zhaoping Lu，Xiongjun Liu，香港理工大学K. C. Chan等报道了一种通过脱合金金属玻璃（MG）制成的蜂窝状纳米多孔/玻璃状夹心结构。该无支撑杂化材料具有出色的HER性能，在碱性介质中，达到在10 mA cm-2的电流密度，过电势仅37 mV，Tafel斜率为30 mV dec-1，优于商用Pt/C。

作者通过将3at％的Pt合金化成MG前体，在脱合金的MG表面上形成了蜂窝状Pt75Ni25固溶体纳米多孔结构，其具有丰富的活性位点和大的有效HER接触面积。同时，通过用较小的Ni原子代替Pt晶格位点也引入了表面压缩晶格应变效应，可以有效降低氢的吸附能，从而改善析氢。此外，延展性MG基质所具有的出色稳定性和柔韧性也使该混合材料适用于实际的电极应用。该工作不仅提供了可靠的策略来开发低成本，低Pt使用率的多组分高效HER催化剂，而且为理解合金化对催化效果的影响提供了启示。

Rui Li, Xiongjun Liu,* K. C. Chan,* Zhaoping Lu *, et al. Flexible Honeycombed Nanoporous/Glassy Hybrid for Efficient Electrocatalytic Hydrogen Generation. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201904989

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904989

17. AM综述：用于CO2捕获和转化的纳米碳氮化物

氮化碳（CN）是仅由碳（C）和氮（N）组成的2D材料，其通过强共价键连接，因其出色的光电子性能以及优良的理化特性包括合适的带隙，可调节的能带位置，量身定制的表面功能，低成本，无金属的性质以及高的热，化学和机械稳定性等已被用作无金属和可见光光催化剂。与传统的金属基无机光催化剂相比，基于CN的材料具有很多优势，包括易于合成和加工，易于的功能化、掺杂、表面修饰，低成本，具有可持续性和可回收性，不会因光腐蚀而浸出有毒金属。氮化碳及其杂化材料已成为利用可持续和间歇性的阳光和电力通过异相光（电）催化，捕获CO2并将其还原为清洁和绿色的低碳燃料和有价值的化学原料的有吸引力的候选者。

近日，纽卡斯尔大学Ajayan Vinu等总结了该领域的最新研究成果，包括发展新型功能化纳米结构CNs及其杂化异质结构，以提高光催化，电催化，光电催化CO2还原过程的效率。该领域的研究主要集中在纳米结构化和功能化的CN基的杂化异质结构材料的合成方面。更重要的是，最近涌现出了关于探索其应用前景机制的研究，包括在还原过程中吸收光的材料的行为，电荷分离以及CO2传输的途径。

Siddulu Naidu Talapaneni, and Ajayan Vinu*, et al. Nanostructured Carbon Nitrides for CO2Capture and Conversion. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201904635

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904635

18. Matter：Cu掺杂调节表面元素分布显著提高PtNi基ORR催化剂的稳定性

PtNi催化剂是燃料电池中氧还原反应的一类合金型高效催化剂，然而它们的稳定性较差。近日，加州大学洛杉矶分校的黄昱教授和约翰霍普金斯学院的Tim Mueller教授合作，通过在合成过程中引入第三种元素Cu来调节其表面元素分布，从而显著增强了八面体PtNi纳米颗粒的稳定性和活性。

为了揭示这一现象背后的机制，他们进行了蒙特卡罗(KMC)动力学模拟初始化使用生长跟踪实验，与PtNi相比，PtNiCu显著提高改善了镍和铜的保留率，与实验一致。KMC中单个原子的运动轨迹表明，稳定性的增强可以归因于合成催化剂中表面Pt组分的增加，这减少了表面空位的产生，抑制了表面迁移，并抑制了亚表面铜和镍原子的溶解，从而显著增强了催化剂的稳定性。

Liang Cao, et al. Differential Surface Elemental Distribution Leads to Significantly Enhanced Stability of PtNi-Based ORR Catalysts. Matter, 2019.

DOI: 10.1016/j.matt.2019.07.015

https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.07.015

19. Chem. Soc. Rev. : 共轭聚合物 (ISs) 和无机半导体 (CPs) 杂化光催化剂材料：从环境到能源的应用

众所周之，光催化剂可以有效的利用太阳能，通过水分解和CO2光还原（人工光合作用）等可持续的方法，来去除水中污染物或储存能量。以前，光催化材料主要集中在无机半导体(ISs)的研究上（例如TiO2），但由于其禁带宽度的限制，并不能很好的利用太阳能，因此调节ISS的光响应并改进电荷分离和运输成为重中之重。因此基于无机半导体（ISs）和共轭聚合物（CPs）的杂化光催化剂已经作为新型光敏材料出现。

在这种杂化材料中，除去ISs仍具有之前的光催化活性外，CPs还可以在分子水平上控制光电、结构以及形态特征。因此，ISs与CPs之间的协同作用可以改善杂化材料的光电荷产生和运输、更宽的光谱响应、对光腐蚀的更高稳定性和更大的表面积，这些都有利于提高光催化性能。基于以上特点，IMDEA Energy的Víctor A. de la Peña O’Shea 团队总结了IS-CP光催化通过光或光电催化在水分解、CO2还原和N2固定、污染物降解和能量转换的进展，并对IS-CP光催化剂的未来发展的进行了展望。

Marta Liras*, Mariam Barawi, Víctor A. de la Peña O’Shea*. Hybrid materials based on conjugated polymers and inorganic semiconductors as photocatalysts: from environmental to energy applications. Chem. Soc. Rev. 2019.

DOI: 10.1039/c9cs00377k

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00377k#!divAbstract

20. AEM: 低温、高效、稳定的CO2甲烷化催化剂——Ni(x)/g-CN

法国科学家Paul Sabatier提出的利用氢气（H2）使二氧化碳（CO2）加氢生成甲烷（CH4）是一种在储存能量方面有效的方法。但至今为止，这一反应主要在高温（通常为400-600℃）下热驱动进行的。这大大限制了其应用，近日，瓦伦西亚理工大学Hermenegildo García及本·古里安大学Menny Shalom等人通过简单的浸渍在石墨氮化碳（g-CN）上沉积Ni纳米颗粒。

Ni(x)/g-CN光催化剂在低温下（150℃）表现出稳定、高效的CO2气相甲烷化性能。并且通过详细的机理研究表明，反应的活化能很低，在可见光下具有很高的活性。经过光催化测试，在24h内以28μmol g−1h−1的速率连续不断的产生CH4，这近乎是在所有报道用于贵金属-自由氮化碳基光催化剂的最高值。最重要的是，这项工作在利用g-CN和其他纳米材料在CO2还原或其他重要催化方面迈出了实质性的一步。

Jesús Barrio, Hermenegildo García,* and Menny Shalom*, et al. A Heterogeneous Carbon Nitride–Nickel Photocatalyst for Efficient Low-Temperature CO2 Methanation. Adv. Energy Mater. 2019, 1902738.

DOI: 10.1002/aenm.201902738

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201902738

21. ACS Catalysis: Ir单晶催化剂在OER过程中表面氧化物的形成与溶解机理

对铱表面氧化物的形成和稳定性的基本认识是电催化析氧反应的关键。近日，格勒诺布尔-阿尔卑斯大学的Marion Scohy教授和Frederic Maillard教授团队使用电化学、扫描探针显微镜、x射线光电子能谱和电感耦合等离子体质谱技术，检测了平面Ir(111)、Ir(210)和纳米Ir(210)单晶表面的电位依赖性结构和化学变化。

研究发现，在OER条件下极化后，Ir表面原子呈现混合氧化态(0)、(+III)和(+IV)，然后由于Ir(+III)物质的溶解而富集成Ir(+IV)。Ir(+IV)物种的表层和近表层富集速率取决于势的调制模式(线性势扫描vs势阶跃)，并且在敞开的表面上更快，而且OER的比活性随着Ir氧化态的变化而变化，并且与Ir(+III)组分密切相关。

Marion Scohy, Sofyane Abbou, Vincent Martin, Bruno Gilles, Eric Sibert, Laetitia Dubau, Frédéric Maillard. Probing Surface Oxide Formation and Dissolution on/of Ir Single Crystals via X-ray Photoelectron Spectroscopy and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b02988

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02988

22. ACS Catal.: 原位观察纳米颗粒催化过程中的转变过程

纳米材料在当今化学工业中扮演着重要的角色，在异相催化，电催化，能量转化等各个领域中起到催化剂的作用。虽然催化研究是一个长期存在的学科，但在现实的反应条件下，多相催化剂的基本性质，如原子结构、形态和表面组成，以及对催化活性位点性质的深入了解，在很大程度上仍然是未知的。然而，获得这些信息对于理解许多多相反应的速率决定过程和步骤，以及识别重要的结构-活性/选择性关系是至关重要的。近几十年来，原位操作方法已成为确定催化剂在工作条件下的结构和形态特性的有效方法。这些研究对从原子水平到纳米/微米尺度的材料催化活性状态产生了重要的影响。

利用光子的操作方法包括从红外和光学领域的振动光谱到小角度X射线散射(SAXS)、衍射(XRD)、吸收光谱(XAFS)和光电子光谱(XPS)，而电子技术包括扫描(SEM)和透射显微镜(TEM)方法。近日，弗里茨哈伯研究所的Beatriz Roldan Cuenya 教授团队综述了在选择性非均相催化反应和电化学催化反应中，纳米颗粒的结构、形态和化学转化的最新研究成果，并讨论了现有研究的挑战及未来的发展。

Arno Bergmann, Beatriz Roldan Cuenya. Operando Insights into Nanoparticle Transformations during Catalysis. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b01831

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01831

23. PNAS : 合金相图直接预测表面结构和催化活性

为了便于合金催化剂的合理设计，约翰霍普金斯大学Tim Mueller课题组设计了一种快速计算相平衡下合金表面结构和催化性能的方法。他们通过开发一种可以生成显式地纳入块状材料（与合金表面处于相平衡）晶格参数的slab cluster expansion（CE）的方法，该方法明确地考虑了体结构的晶格参数。这种方法可以计算出合金表面的结构，并对合金相图中每一点的吸附结合能进行统计采样。当与从吸附质结合能预测催化活性的方法相结合时，可以创建相图中每个点的催化活性图，从而得到可能产生高活性催化剂的合成条件。通过分析氧还原反应中富含Pt的Pt-Ni催化剂来证明他们的方法，在相图中发现了2个预计会产生高活性催化剂的区域。

分析表明，Pt3Ni(111)表面具有已知的最高的氧还原比活性，它很可能通过形成L12阶的金属间相来实现其高活性。他们使用生成的表面结构和催化活性图来演示该相的金属间质如何导致高催化活性，并讨论如何在催化设计中使用基本原理。最后他们进一步讨论了表面相的重要性，并演示了它们如何显著地影响催化活性。

Liang Cao, Le Niu, Tim Mueller. Computationally generated maps of surface structures and catalytic activities for alloy phase diagrams. PNAS, 2019.

DOI: 10.1073/pnas.1910724116

https://doi.org/10.1073/pnas.1910724116

24. ACS Catal.：Ni与CaO在界面处协同催化甲烷干重整反应的机理研究

甲烷干法重整是一种非常具有潜力的将温室气体二氧化碳和甲烷转化为燃料的方法，碱土的加入可以提高镍基催化剂的活性和稳定性，然而关于碱土添加剂在载体上的物理结构及其与镍粒子的相互作用对催化剂的催化性能的影响规律尚不明确。近日，悉尼大学的黄骏和Catherine Stampfl合作通过密度泛函理论计算和实验研究，以Ni-CaO复合体系作为催化剂，探讨了甲烷干法重整中的催化反应机理，发现CH4脱氢反应的活性位点主要分布在Ni上，Ni与CaO之间存在协同作用，界面分离CO2，Ni激活CH4脱氢，CaO吸附CO2。

Ni和CaO的界面为激活CO2提供了另一种途径，降低了CHO生成的能量势垒，提高了催化剂的效率和长期稳定性。在DFT结果的基础上，提出了Ni与CaO的最佳堆积顺序，与合成四种不同Ni-CaO结构催化剂的实验研究结果相一致。该工作表面镍钙复合催化剂是一种很有应用前景的工业干重整催化剂。

Ping Wu, Yongwen Tao, Huajuan Ling, Zibin Chen, Jia Ding, Xin Zeng, Xiaozhou Liao, Catherine Stampfl, Jun Huang. Cooperation of Ni and CaO at Interface for CO2Reforming of CH4: A Combined Theoretical and Experimental Study. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b02286

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02286

25. ACS Catalysis: 电解质助力高选择性CO2低过电位电催化还原

电化学CO2还原反应是利用可再生电力将CO2转化为碳基产品的一种非常具有潜力的应用技术，低成本、高活性、高选择性和稳定性的催化剂将成为实现工业化CO2RR的关键，研究人员对其进行了大量研究，电解质可以促进催化剂催化活性的充分发挥，然而研究电解质对催化过程影响的报道却还比较少。近日，复旦大学的郑耿锋教授和阿尔伯塔大学的骆静利教授课题组合作研究了KHCO3电解质浓度效应对具有低成本的核壳结构Cu2O@SnOx纳米颗粒衍生催化剂，高选择性转化CO2的活性和选择性的影响。

通过对反应级数和Tafel斜率的分析，确定了HCO3参与的质子耦合电子转移是杂化催化剂在KHCO3水溶液中CO2RR的速率决定步骤，在高浓度的KHCO3溶液中，CO的选择性几乎达到100%，同时能量效率高达71.8%，这是KHCO3的浓度效应与相关的pH效应共同作用的结果。该工作为为电解质助力催化剂实现高性能具有重要的借鉴意义。

Tengfei Li, Chao Yang, Jing-Li Luo, Gengfeng Zheng. Electrolyte Driven Highly Selective CO2Electroreduction at Low Overpotentials. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b02443

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02443

26. ACS Catal.：负载量可达14.8 wt%的还原氧化石墨烯负载单原子Ir催化剂

高密度的单原子催化剂容易团聚生长。近日，土耳其考其大学的Alper Uzun教授和化学系Ugur Unal教授、加州大学戴维斯分校的Bruce C. Gates教授团队合作，通过将Ir(CO)2与还原石墨烯气凝胶(rGA)上的含氧基团反应，使单原子分散的铱络合物固定在rGA上，通过X射线吸收、红外、X射线光电子能谱和原子分辨率校正扫描透射电子显微镜的表征表明铱原子级分散，负载量高达14.8%wt%，rGA载体为金属键合提供了类似于金属氧化物的位置，具有高密度和高度均匀的优点，这从乙烯在低铱和高铱负载下催化加氢的相同周转频率可以看出。这是目前为止贵金属单位点催化剂的最高载量。

Melike Babucci, F. Eylul Sarac Oztuna, Louise M. Debefve, Alexey Boubnov, Simon R. Bare, Bruce C. Gates, Ugur Unal, Alper Uzun. Atomically Dispersed Reduced Graphene Aerogel-Supported Iridium Catalyst with an Iridium Loading of 14.8 wt %. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b02231

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02231

27. AFM: 表面配体助力钙钛矿量子点光催化产氢

太阳能光催化产氢是解决全球能源和环境问题的一种清洁和经济的方法，高效的光催化剂是这一技术广泛应用的前提。卤化铅钙钛矿具有良好的光吸收、低的激子结合能，长的载流子寿命和扩散长度等性能，是制备高效太阳能制氢催化剂的理想材料。然而，由于卤化铅钙钛矿在水或其它极性溶剂环境下的稳定性较差，其光催化应用受到限制。

近日，澳大利亚昆士兰大学的王连洲教授课题组通过合理控制表面配体实现了CsPbBr3量子点(QDs)的稳定性和光催化活性之间良好的平衡，表面配体是最大限度地提高CsPbBr3量子点的光催化活性，同时保持良好的稳定性的关键。在光催化反应中，一定数量的表面配体可以保护CsPbBr3量子点不被水分解，同时还可以实现量子点表面的光催化反应的有效电荷转移，CsPbBr3光催化剂显示出高效的催化产氢性能和出色的稳定性(≥160 h)。该工作为有效地将卤化物钙钛矿材料应用于光催化反应开辟了新的途径。

Mu Xiao, Mengmeng Hao, Miaoqiang Lyu, Evan G. Moore, Cheng Zhang, Bin Luo, Jingwei Hou, Josh Lipton‐Duffin, Lianzhou Wang. Surface Ligands Stabilized Lead Halide Perovskite Quantum Dot Photocatalyst for Visible Light‐Driven Hydrogen Generation. Advanced Functional Materials. 2019.

DOI: 10.1002/adfm.201905683

https://doi.org/10.1002/adfm.201905683

28. 吉大ACS NANO: 在Pd基合金颗粒中引入间质氢原子可促进产氢性能

合理地控制贵金属合金的组分对于实现高效的电催化性能是至关重要的。虽然过渡金属经常被用来修饰贵金属，但是许多有潜力的元素仍旧未被研究。近日，吉林大学的崔小强教授及其研究团队发现通过将氢原子间隙地将氢原子修饰到RhPd纳米颗粒中，可以有效提高碱性条件下的产氢性能（HER）。

稳定的RhPd-H纳米颗粒表现出优秀的碱性条件下HER活性，在10mA cm−2条件下较小的过电势（36.6 mV），较低的塔菲尔斜率（35.3 mV dec−1）。间隙的氢原子可以明显地影响Rh和Pd原子的表面电子状态，键距和配位数。这些修饰使RhPd-H纳米颗粒具有所需的氢吸附自由能，从而加快了氢气的产生。他们证明了间歇的氢原子修饰这一方法对于其他Pd基合金纳米材料具有普适性。这一工作对于设计 HER及其他领域的催化剂提供了一种有效的策略。

Jinchang Fan, Xiaoqiang Cui, et al. Interstitial Hydrogen Atom Modulation to Boost Hydrogen Evolution in Pd-Based Alloy Nanoparticles. ACS nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.9b05615

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b05615

29. Chem. Sci.：Fe–Nx位点和Fe纳米颗粒复合催化剂用于有机合成

Fe-N-C催化剂已经在电化学催化方面展示出优异的性能，然而，有关其在有机合成中的研究和应用较少。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所的杨勇研究员课题组设计制备了一种非贵金属铁基纳米杂化复合材料，包括金属Fe、Fe3C型多孔碳纳米颗粒和Fe-Nx活性位点，它可以在温和条件下高效催化胺和醛的氧化偶联反应，以较高的产率合成喹唑啉和喹唑啉酮。

研究发现该金属铁基纳米颗粒与内部Fe-Nx活性位点之间的协同作用是催化性能优异的主要原因。此外，该铁基纳米复合材料可以被很容易地回收，从而可以连续使用，更重要的是在催化活性和选择性方面没有明显的损失。该工作为设计制备高性能的Fe基纳米催化剂用于有机合成提供了一种新的思路。

Zhiming Ma, Tao Song, Youzhu Yuan, Yong Yang. Synergistic catalysis on Fe–Nx sites and Fe nanoparticles for efficient synthesis of quinolines and quinazolinones via oxidative coupling of amines and aldehydes. Chemical Science, 2019.

DOI: 10.1039/C9SC04060A

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/sc/c9sc04060a#!divAbstract

30. Small：空心纳米球多级结构的部分铁取代掺杂的钒铁基电催化剂用于电催化分解水

原子尺度的电子调节对于提高非贵金属电催化剂的催化活性具有重要意义。近日，南京邮电大学的李兴鳌教授和张健副教授课题组合作通过水热法，构建了具有空心纳米球多级结构的部分铁取代掺杂的钒铁基电催化剂，并对其电催化水裂解性能进行了研究，多孔空心骨架结构提高了催化活性位点的数量，促进了表面气体的快速脱除，而少量铁原子的替代掺杂调节了周边钒原子的电子结构进而提升了催化活性，将该催化剂作为阳极和阴极进行电解水反应时，实现10 mA cm-2的电流密度仅需1.53 V的电压，而且60小时以内保持较好的稳定性。这项工作为设计制备高效的双功能催化剂以实现整体水分解提供了一种新的策略。

Jian Zhang, Renjie Cui, Chencheng Gao, Linyi Bian, Yong Pu, Xinbao Zhu, Xing'ao Li, Wei Huang. Cation‐Modulated HER and OER Activities of Hierarchical VOOH Hollow Architectures for High‐Efficiency and Stable Overall Water Splitting. Small, 2019.

DOI: 10.1002/smll.201904688

https://doi.org/10.1002/smll.201904688

31. Nano Energy: 通过铁结合来调变电子密度的Fe1-xCoxP用于高效的水分解反应

对于低廉的金属磷化物作为析氢反应的催化剂所表现出的良好的性能已经吸引了越来越多的关注。但是，磷氢键（P-Hads）很容易在金属磷化物表面形成，这会严重阻碍氢气析出反应（HER）的效率。近日，湖南大学汤琳教授课题组提出了一种通过调变金属磷化物的表面电子密度来提高其HER活性的简易的方法。Fe调变的Fe0.29Co0.71P纳米片表现出在碱性条件下的贵金属类似的电催化性能，在10 mA cm−2时的过电势为74mV，Tafel斜率为53.56 mV dec−1。

铁的嵌入可有效地调变Co和P之间的电子相互作用，引起更多带正电的Co离子，可以改善H2O分子的吸附和活化，降低在催化剂表面形成P-Hads。因此，Fe0.29Co0.71P可以优化氢原子的吸附和脱附，并且改善HER的Volmer 和 Heyrovsky这两步反应。此外，催化剂电子密度的调变也可以提高Fe0.29Co0.71P的析氧反应（OER）活性。与IrO2//Pt/C的电解池（1.61 V/10 mA cm−2）相比，Fe0.29Co0.71P/泡沫Ni组装的电解池表现出了更低的电压（1.59 V/10 mA cm−2）。

Haopeng Feng, Lin Tanga∗, Guangming Zeng, Jiangfang Yu, Yaocheng Deng, Yaoyu Zhou, Jingjing Wang, Chengyang Feng, Ting Luo, Binbin Shao. Electron density modulation of Fe1-xCoxP nanosheet arrays by iron incorporation for highly efficient water splitting. Nano Energy, 2019, 104174

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104174

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551930881X

32. Nano Energy：多层纳米片RuNi合金纳米结构用于高效电催化制氢

合理设计和合成高效电催化析氢反应催化剂是开发利用可再生氢能源的关键。近日，新加坡南洋理工大学和香港城市大学的张华教授团队通过一锅溶剂热法制备了由多层纳米片组成的RuNi合金纳米结构，该催化剂表现出优异的电催化活性，在碱性条件下，10mA/cm2的过电位只有15 mV ，Tafel斜率仅为28 mV/dec，比商业Ru/C和Pt/C催化剂均要低，这种出色的电催化性能可以归因于拥有高的电化学表面积(154 m2/g)和镍合金效应的协同作用，两者共同促进了水的解离以及氢的吸脱附过程。该工作对于高效电催化新材料的合理设计和合成具有重要的借鉴意义。

Guigao Liu, Wei Zhou, Bo Chen, Qinghua Zhang, Xiaoya Cui, Bing Li, Zhuangchai Lai, Ye Chen, Zhicheng Zhang, Lin Gu, Hua Zhang. Synthesis of RuNi alloy nanostructures composed of multilayered nanosheets for highly efficient electrocatalytic hydrogen evolution. Nano Energy, 2019.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104173

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.10417

33. 南方科技大学Nano Energy: 短程有序纳米石墨烯锚定的铁单原子可有效的促进酸性条件下的氧还原反应

利用储存量大的金属开发高效，稳定的单原子电催化剂已成为一种有效的替代昂贵的Pt基纳米材料进行氧还原反应（ORR）的方法。近日，南方科技大学的Wang Hsing-Lin及其研究团队合成了一种高效的电催化剂，他们将单个Fe原子锚固在负载在二维氧化还原石墨烯（RGO）上的N掺杂短程有序碳中。

这一催化剂与其它ORR催化剂中的高度石墨化碳材料不同，氧分子（〜3.46Å）的扩散被长碳链和较小的层间间距（〜3.4Å）限制，他们发现Fe/N掺杂的纳米石墨烯在一层结构中具有较大的层间间距（> 4Å）和短碳碎片。这一独特的纳米石墨烯结构可以促进氧分子向原子分散的FeN4和FeN5的活性位点进行传输。将制备的Fe1-N-NG / RGO催化剂应用在酸性介质中的ORR中，相对于可逆氢电极显示的半波电势（E1/2）为0.84 V，并且在15,000次循环中E1/2的损失小于5 mV。

Shaoqing Chen, Nianji Zhang, Claudia W. Narváez Villarrubia, Xiang Huang, Lin Xie, Xiyang Wang, Xiangdong Kong, Hu Xu, Gang Wu, Jie Zeng, Hsing-Lin Wang*. Single Fe atoms anchored by short-range ordered nanographene boost oxygen reduction reaction in acidic media. Nano Energy, 2019, 104164.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104164

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285519308717

34. EES：分级Ni-Fe氢氧化物@NiFe合金纳米线阵列电催化剂用于高效水分解

水电解是一种非常具有潜力的可持续制氢技术，然而，在实际应用中，需要非常大的电流密度(>500 mA/cm2)，因为析氧反应(OER)不稳定且动力学缓慢，这是限制电催化水裂解大规模制氢的主要障碍。鉴于此，清华大学的杨诚和南洋理工大学的范红金团队合作采用磁场辅助化学沉积法，设计制备了一种基于OER电极的高催化活性和无需粘合剂的NiFe纳米线阵列，该阵列可以在电流密度高达1000 mA/cm2和120小时内保持良好的催化稳定性和活性。NiFe合金纳米线表面的超薄(1-5纳米)非晶氢氧化镍，被认为是OER的高催化活性位点，另外，分层的精细纳米几何结构可以大大提高电荷和反应物与气体的扩散转移。

在碱性电解质中，OER电极产生500和1000 mA/cm2的电流密度仅需248 mV和258 mV的电位，且可稳定地工作超过120小时。更重要的是，集成的碱性电解槽在超低电压1.76 V的下，其电流密度可达1000 mA/cm2，远远优于最先进的工业催化剂。我们的结果可能代表着工业电解槽的一个关键步骤，大规模生产氢气的水分裂。该工作对于设计高催化活性的非贵金属镍铁电极结构用于电催化裂解水提供了一种新的策略。

Caiwu Liang, et al. Exceptional Performance of Hierarchical Ni-Fe Oxyhydroxide@NiFe Alloy Nanowire Array Electrocatalyst for Large Current Density Water Splitting. Energy & Environmental Science, 2019.

DOI: 10.1039/C9EE02388G

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ee/c9ee02388g#!divAbstract

35. AFM: 电催化和光催化氮气合成氨的研究进展

氨是一种重要的化工和农业原料，也被认为是一种关键的能源储存和运输化学转化方案的载体。世界上主要的NH3来源是传统Haber-Bosch过程进行工业固氮。NH3的工业合成很难满足快速增长的全球需求，同时工业NH3的生产仍然以氮气和氢气(N2+ 3H2→2NH3)的高温高压反应为主，需要大量的能量投入，伴随产生大量的CO2。电化学高效合成氨成为能源和化学转化方案的一项重要技术，寻求高效的电催化剂是这项技术广泛应用的前提。

近日，弗吉尼亚理工大学的Huiyuan Zhu和江苏大学的Jiexiang Xia合作综述讨论了近年来利用可再生能源提高NH3生产效率的新策略的研究进展，重点介绍了电催化和光电催化N2转化生产NH3的研究进展，详细介绍了催化材料的发展、反应体系的设计、电化学和光电化学合成氨的计算方法等方面的最新进展。该工作有利于促进新型产氨技术的进一步发展。

Zihao Yan, Mengxia Ji, Jiexiang Xia, Huiyuan Zhu. Recent Advanced Materials for Electrochemical and Photoelectrochemical Synthesis of Ammonia from Dinitrogen: One Step Closer to a Sustainable Energy Future. Advanced Energy Materials, 2019.

DOI: 10.1002/aenm.201902020

https://doi.org/10.1002/aenm.201902020

36. ACS Nano: 原位电化学透射技术研究Co3O4纳米颗粒在析氧过程中的形貌和结构演变

揭示电催化过程的机理是寻找更高效、更稳定的清洁能源转换催化基的基础。虽然现在有几种原位技术可以跟踪电催化过程中的结构变化，特别是水裂解过程中的结构变化，但是对纳米结构电催化剂的形态变化仍缺乏直接的观察。近日，斯特拉斯堡大学的Ovidiu Ersen教授团队采用原位EC-TEM方案，包括样品沉积，观察模式以及原位与非原位电化学条件检测钴氧化物Co3O4纳米颗粒电催化剂在析氧反应(OER)中的形态和结构改变，这种原位透射电子显微镜方法可以在纳米电极最初暴露在不同的水溶液电解质或在开放的条件下观察其化学、形态和结构的演变发生。

结果表明，在OER过程中Co3O4纳米颗粒电催化剂发生了表面非晶化，产生了纳米钴样氧化相，且这个过程是不可逆的，此外还发现这种结构的重组似乎有利于水氧化的电催化活性，在反应过程中形成的非晶相似乎是Co3O4纳米基材料电催化OER的活性物种。该工作对利用原位电化学TEM来揭示电催化剂在电化学过程中的具有借鉴意义。

Nathaly Ortiz Peña, et al. Morphological and Structural Evolution of Co3O4 Nanoparticles Revealed by in Situ Electrochemical Transmission Electron Microscopy during Electrocatalytic Water Oxidation. ACS Nano, 2019.

DOI: 10.1021/acsnano.9b04745

https://doi.org/10.1021/acsnano.9b04745

37. AFM: 原子层沉积诱导MOF基Co, N掺杂3D炭球的生长用于高性能柔性氢气发生器

金属有机骨架在耐变形基板上的集成在柔性电极上具有广阔的应用前景。近日，复旦大学的梅永丰和黄高山老师课题组通过原子层沉积（ALD）技术，在柔性碳化海绵骨架上（CF）通过金属氧化物薄膜诱导生长制备了沸石咪唑酯框架-67（ZIF-67）薄膜，其具有分级多孔结构和高达453 m2/ g的大表面积以及高的ZIF‐67负载量，在随后的热解过程中，Co、N共掺杂碳球牢牢地附着在CF框架上，形成了三维复合结构，CF将单个碳球连接起来，构建了一个传导通路。

该复合材料被用作生产氢的柔性电极，由于其分级多孔结构、大表面积、高负载活性材料等的协同作用，使其在0.5 M H2SO4中具有142 mV的低过电位和73 mV/dec的低Tafel斜率，最重要的是，在变形显著的情况下，具有优异柔性性能的复合结构表现出良好的催化性能，经过100次反复的压缩-恢复循环后，性能略有下降。该工作为制氢工业提供了一种新的柔性电极设计方法。

Zhe Zhao, et al. Atomic Layer Deposition Inducing Integration of Co, N Codoped Carbon Sphere on 3D Foam with Hierarchically Porous Structures for Flexible Hydrogen Producing Device. Advanced Functional Materials, 2019

DOI: 10.1002/adfm.201906365

https://doi.org/10.1002/adfm.201906365

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