催化周报：Science和Nature子刊等大合集！

温馨提示：本推文包含29篇文献，预计阅读时间约29min，大家挑感兴趣的关注。p.s.文末会附有过去三周周报链接。

1. Angew. Chem. Int. Ed.：多金属1-纳米催化剂催化烯烃选择性过氧化

亚纳米（〜1 nm）尺度上的粒子科学引起了全世界的关注。但是，由于亚纳米颗粒（SNPs）精确合成的技术难度，使得这一科学领域尚未得到开发。因此，作者最近开发了一种“原子杂交方法（AHM）”，该方法通过使用适当设计的大分子作为模板来精确合成SNP。在这项研究中，为了揭示这一未探索的领域，作者研究了由AHM获得的SNP的化学反应性，系统地评估了这些SNP催化烯烃氧化反应。与常规催化剂相比，即使在较温和的条件下，SNP仍显示出高催化性能。另外，多种元素的杂交提高了转化频率和氢过氧化物衍生物的选择性。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202010190

2. ACS Catal.：金属-有机骨架负载单点钒催化剂的结构和反应活性

近年来，具有固定在金属-有机骨架（MOF）载体上活性物种的单位点催化剂已引起广泛关注。最近，已通过实验表征了固定在Zr-NU-1000和Hf-MOF-808上的氧化钒（VOx）催化剂，并且它们对于将苯甲醇选择性氧化为苯甲醛具有活性。在这里，作者报告通过采用密度泛函理论对这些掺入VO_x的MOF催化剂（V-MOF）进行详细的计算研究。基于VO_x附着的模式，探索了各种结构，并报道了它们的相对稳定性和IR光谱特征。研究了选择性氧化反应的机理。在限制C-H活化步骤中对电子流的分析表明，氢原子的离去过程涉及协调的质子耦合电子传递机理。这项研究的结果表明，除了节点中金属的作用外，MOF节点结构在驱动V-MOF的催化活性方面也起着至关重要的作用。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02300

3. ACS Catal.：等离子体活化单原子Ru掺杂的金属有机骨架/MnO₂用于高选择性氧化NO_x

为了实现NO_x的选择性氧化，构建了单原子锚定的金属有机骨架（MOF，NH₂-UiO-66）和MnO₂的混合催化剂，并将其用于等离子体催化过程。通过简单地搅拌同时含有MOF和RuCl₃的混合液，将孤立的Ru位点成功地注入到MOF的结构中，从而促进等离子体放电，NO/NO₂吸附和形成·OH自由基。构造了一种特殊的羰基桥联的Zr⁴⁺-O-Ru³⁺，以加速电子转移和反应的连续进行。当MOF被等离子体诱导的“伪光催化”激活时，可以观察到生成的电子从MOF向Ru位点的定向迁移。在75.3 J/L的SIE下，实现了将NO_x全部选择性氧化为NO₂^-和NO₃^-。副产物O₃被MnO₂有效地降解和利用，促进了NO_x的深度氧化。轻松实现单个原子将是生产具有所需性能的MOF基催化剂的理想方法。将等离子体与单原子修饰的MOF催化剂有效结合可以为等离子体催化系统提供更多的前景。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02001

4. ACS Energy Lett.：稳定的Pt团簇基催化剂在PEMFC中用作低负载阴极

在不牺牲电池性能的情况下降低燃料电池阴极中的Pt催化剂负载仍然是燃料电池开发的主题，因为该技术的投资成本决定了其应用前景。但是，实现这一目标具有很高的挑战性，因为降低Pt负载量不仅会降低氧还原反应（ORR）的整体动力学，而且还会在高电流密度域（HCD）中引起严重的传质问题。在这里，作者通过获得高活性和稳定的Pt团簇基催化剂克服了这一困难，其中催化剂负载的下降完全被超高的电化学比表面积（358.6 m² gPt^-1）和铂团簇的高分散性所完全弥补。N、P掺杂的碳纳米片的强大锚固作用使Pt团簇高度稳定。Pt团簇的平均尺寸为1.3±0.4 nm，原子利用率高达32.81％。结果，最终的Pt-9.3@NPC催化剂不仅在活性上超过了商用Pt/C催化剂，而且在潜在的循环过程中也更加稳定。更进一步，由Pt-9.3@NPC作为阴极催化剂组装的电池（0.05 mgPt cm^-2）在H₂/Air模式下比对应的商用催化剂（853 mW cm^-2、0.1mgPt cm^-2）表现出更高的性能（1071 mW cm^-2）和更低的HCD电压损耗，显然证明成功解决了传质问题。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c01748

5. Angew. Chem. Int. Ed.：两性离子配体封端的CsPbBr₃钙钛矿量子点光催化立体选择性C-C氧化偶联反应

半导体量子点（QD）在光催化领域引起了极大的关注，这归因于其对光催化反应的优异光电性能，包括高吸收系数和较长的光生载流子寿命。本文中，通过选择2-(3,4-二甲氧基苯基)-3-氧代丁腈作为模型底物，作者证明了在可见光下使用两性离子封端的CsPbBr₃钙钛矿QD，立体选择性C-C氧化偶联反应可以实现高收率（99％）。反应可以推广到具有不同取代基的原料。这些原料在苯环上具有多个取代基，并且具有不同的功能部分，从而产生立体选择性dl-异构体。提出了自由基介导的反应途径。此研究提供了一种使用特殊设计的钙钛矿量子点通过光催化方式进行立体选择性C-C氧化偶联的新方法。

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202007520

6. Science：加速双极膜中的水分解并用于电催化

催化将水分解成质子和氢氧根离子（WD），对于制备可将不同pH环境耦合到单个电化学装置中的双极膜（BPM）以及加速在中性到碱性介质中消耗质子的电催化反应都是很重要的。作者设计了一个BPM电解槽来定量测量WD动力学，并表明对于金属纳米粒子，WD活性与碱性析氢反应活性相关。通过结合在酸性质子交换层附近有效的金属氧化物WD催化剂和在碱金属氢氧化物交换层附近有效的金属氧化物WD催化剂，作者证明了在20 mA·cm⁻²中过电位<10 mV的情况下BPM驱动WD和在500 mA·cm⁻²下在碱性阳极和酸性阴极下工作的纯水BPM电解槽总电解电压为~2.2V。

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https://doi.org/10.1126/science.aaz1487

7. Nat. Commun.：铱纳米簇双功能电催化剂的配位工程，可实现高效且通用的pH值全解水

电解水为缓解全球能源和环境危机提供了一种很有前途的能量转换和储存技术，但目前仍缺乏高效、pH通用的电催化剂来提高阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）的动力学。本文中，作者报告了均匀分散的铱纳米团簇嵌入氮和硫共掺杂的石墨烯上，作为HER和OER在所有pH条件下的高效和稳定的电催化剂，在中性、酸性和碱性电解液中，达到10 mA cm⁻²的电流密度，全解水的过电位分别为300、190和220 mV。基于探测实验、操作X射线吸收光谱和理论计算，作者将高催化活性归因于与氢（对于HER）和含氧中间物种（对于OER）的最佳结合，这是源于铱位点与氮和硫配位的可调和良好的电子状态。

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https://doi.org/10.1038/s41467-020-18064-w

8. Chem：量化双边界上CO₂的电催化还原

纳米结构的表面缺陷表现出不同于台阶表面的催化反应，包括电化学CO₂还原反应（CO₂RR）。定量测量不同类型表面原子的催化活性对于指导高性能催化剂的设计和合成是至关重要的，但由于缺乏合适的研究方案，这是一个巨大的挑战。通过合成几何尺寸明确的胶体纳米粒子，严格控制暴露的反应表面，可以全面测量和定量测定不同类型表面原子的原子特异性催化活性。该策略为区分和定量测定不同表面原子的催化活性提供了可靠的方法。研究结果将为高性能催化剂的设计和合成提供参考。

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https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.07.026

9. PNAS：通过原位电化学自重建获得铜铁矿类似物作为析氧催化剂

开发具有良好原子结构和电子结构的新型、稳定的析氧反应催化剂仍然是一个挑战。与已知的层状金属氢氧化物或（羟基）氧化物相比，铜铁矿（ABO₂）具有A阳离子交替层和BO₂八面体共边的特点，但由于其电子导电性和本征活性较差而很少用于OER。在此，我们基于第一性原理计算，提出了一种由金属氢氧化物和铜铁矿突变而成的铜铁矿类似物。计算出BO₂层原始晶场畸变对电子结构的影响，以提高电子电导率和催化活性。受理论设计的启发，作者已经通过电化学自重构（ECSR）实现了铜铁矿类似物。操作X射线吸收光谱法和其他实验技术揭示了由亚稳形成的前驱体通过非晶化插入到双金属钴-铁（羟基氧化物）层中的银形成了铜铁矿类似物。得益于其独特的局部电子和几何结构，铜铁矿类似物显示出优秀的OER活性，在187 mV的过电位下提供10 mA·cm^-2的电流密度，并在碱性条件下具有出色的稳定性（300小时）。

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https://doi.org/10.1073/pnas.2009180117

10. Nat. Energy：分子工程光催化剂片可用于从二氧化碳和水进行可扩展的甲酸制备

收集太阳能将二氧化碳转化为化学燃料是一项很有前途的技术，可以减少大气中二氧化碳含量的增加，减轻全球对化石燃料的依赖；然而，在不加牺牲试剂和外部偏压的情况下，CO₂选择性光转化高效、稳定系统的组装仍然是一个挑战。在这里，作者提出了一种光催化剂片，将二氧化碳和水转化为甲酸盐和氧气，作为一种潜在的可扩展的二氧化碳利用技术。该技术将镧和铑掺杂的SrTiO₃（SrTiO₃：La，Rh）和钼掺杂的BiVO₄（BiVO₄：Mo）光吸收剂整合在一个金层上，该吸收剂由膦酸化的Co(ii) bis(terpyridine)和RuO₂催化剂改性而成。该单片器件提供了0.08± 0.01%的太阳能到甲酸盐的转换效率，甲酸盐的选择性为97± 3%。由于该装置采用无线方式工作，并使用水作为电子供体，因此它提供了一种多功能的策略，利用分子基复合光催化剂实现可扩展和可持续的二氧化碳减排。

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https://doi.org/10.1038/s41560-020-0678-6

11. Angew. Chem. Int. Ed.：在良性条件下光催化实现镍催化的芳基卤化物的腈化反应

过渡金属催化芳基卤化物的氰化反应是合成芳腈的最常用方法之一。尽管取得了巨大的进展，氰化芳基卤化物在一个容易和良性的方式通常是不成功的。这一重大转化的挑战在于氰化物对金属中心的强烈亲和力，这使得有机金属催化难以通过氧化加成和还原消除来实现。在此，作者首次证明，镍催化芳基卤化物的氰化反应容易通过可见光光催化实现，其中Ni（II）物种瞬时氧化为Ni（III）物种，从而促进随后的氰化物转移和还原消除。利用这种双重催化策略，作者避免使用空气敏感配体、Ni（0）催化剂和剧毒氰化试剂，在室温下以高度良性的方式氰化芳基和烯基卤化物（30例，53-93%产率），同时也不会产生过多的金属废物。计算研究也被用来帮助理解当前的转化。

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https://doi.org/10.1002/anie.202010695

12. Nat. Commun.：氧化铈负载的Pt亚纳米团簇界面精细调控活化低温催化反应

研究者们在提高汽车尾气催化剂的低温活性（100℃以下）和贵金属效率以消除冷启动排放的方向上持续努力，但仍面临巨大挑战。本文报道了一种基于氧化还原耦合原子层沉积的铜修饰CeO₂载体上活化Pt催化剂低温性能的策略。复合催化剂的界面还原性和结构通过氧化物掺杂和铂尺寸的精确控制得到了精确的调整。Cu修饰的CeO₂负载的Pt亚纳米团簇在室温下具有显著的CO氧化活性，比原子分散的Pt催化剂的活性高一个数量级。带有活性晶格氧原子的Cu-O-Ce位点锚定沉积了Pt亚纳米团簇，使得界面上CO吸附强度适中，有利于CO的低温氧化性能。

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https://doi.org/10.1038/s41467-020-18076-6

13. Nat. Commun.：调节Ti₃C₂T_x MXenes的氧覆盖以提高催化甲酸脱氢的活性

甲酸（HCOOH）具有可再生、安全、无毒等优点，是一种很有前途的氢载体。尽管贵金属催化剂在甲酸脱氢反应中表现出了优异的活性，但开发高效的非贵金属多相催化剂仍是一个很大的挑战。在这里，我们调节Ti₃C₂T_x MXenes表面的氧覆盖，以提高甲酸脱氢的催化活性。令人印象深刻的是，在250°C下空气处理后的Ti₃C₂T_x MXenes（Ti₃C₂T_x-250）表面氧原子数量明显增加，但结晶结构没有改变，在80℃条件下，对H₂具有100%的选择性，其质量活性为365 mmol·g⁻¹·h⁻¹，分别是商业Pd/C和Pt/C的2.2倍和2.0倍。进一步的机理研究表明，HCOO*是表面氧原子覆盖层不同的Ti₃C₂T_x MXenes上HCOOH脱氢的中间体。增加Ti₃C₂T_x MXenes表面的氧覆盖率，不仅可以通过降低能垒来促进HCOO*向CO₂*的转化，还可以减弱CO₂和H₂的吸附能，从而加速HCOOH的脱氢。

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https://doi.org/10.1038/s41467-020-18091-7

14. Sci. Adv.：通过原子层沉积在钙钛矿上原位生长的镍铁纳米颗粒促进了高活性干燥甲烷重整催化剂

由于甲烷干法重整需要更稳定、更活跃的金属催化剂，利用脱溶原位生长纳米颗粒是一种很有前途的方法。然而，在传统的脱溶中，由于阳离子扩散速度缓慢，大多数纳米粒子仍然在表面下。在此，我们报道了原子层沉积（ALD）结合拓扑化脱溶在La_0.6Sr_0.2Ti_0.85Ni_0.15O_3-δ上开发活性和耐用的催化剂。通过ALD形成的均匀且定量控制的Fe层有利于拓扑化脱溶，增加了精细分散的纳米颗粒。由于Fe₂O₃的自发合金形成能为-0.43 eV，引入Fe₂O₃可生成镍铁合金，从而提高干式甲烷重整的催化活性，稳定性可延长410小时。总的来说，通过ALD制备的丰富的合金纳米催化剂在脱溶剂的发展及其在能源利用领域的应用上迈出了重要的一步。

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https://doi.org/10.1126/sciadv.abb1573

15. ACS Catal.：钌基磷化物的组成调节用于增强丙烷选择性脱氢

在这项工作中，我们报告了一种鲁棒的磷化钌（RuP）催化剂，它对丙烷脱氢反应具有高的丙烯选择性，而单金属钌纳米颗粒（NPs）则导致裂解。利用X射线光电子能谱、同步X射线吸收能谱、还原催化剂的透射CO-IR、大角度环形暗场扫描透射电镜对不同P/Ru原子比的NPs表面结构进行识别，随着P负载量的增加，从Ru到Ru₂P到RuP会发生变化。除了提高烯烃的选择性之外，增加P/Ru比会导致更高的周转率和降低失活率。P被认为是一个结构启动子，以减少Ru的整体尺寸，降低氢解速率。此外，增加P/Ru比会导致Ru价层轨道的能量下降，这可能会削弱金属吸附键能和反应物的表面覆盖度。

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https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01667

16. ACS Catal.：揭示碱金属离子插入层状二氧化锰对甲醛催化氧化的作用

二维（2D）层状MnO₂材料具有奇特的电子性质和碱金属离子可触及的活性位点，为化学修饰催化剂的开发提供了一个全面的平台。值得注意的是，含K⁺的多层MnO₂催化剂已被证实是甲醛催化氧化（HCHO）的有力候选者。揭示碱金属离子对活性位点的影响对理解反应物与活性中心之间的相互作用至关重要。结合分析工具和周期性计算密度泛函理论模型，通过比较三种典型的碱金属离子插层MnO₂材料（Na⁺、K⁺、Cs⁺），计算出附在氧空位（Vo）上的碱金属离子的表面结构和暴露出的具体缺陷。这些材料已通过熔融盐法合成，具有高产率，大的横向尺寸，和纳米级厚度。研究表明，我们证明碱金属离子可以显著地改变Vo的形成能，根据CsMnO（1.94 eV）<KMnO（1.97 eV）<NaMnO（2.07 eV）<表面无插层离子理想MnO₂（2.23 eV）的顺序。因此，表面Vo位点最多的CsMnO可以实现高效的HCHO氧化为CO₂，在40℃、200 ppm HCHO/潮湿空气中，HCHO消耗速率约为0.149 mmol/(g·h)[气体小时空间速度= 80000 mL/(g·h)]。与Mars-van-Krevelen过程不同，量子化学计算和原位漫反射红外傅里叶变换光谱表明，其主要反应途径可能是HCHO(ad)+[O](ad)→DOM→[HCOO^-]_s→CO₂，通过Langmuir-Hinshelwood（L-H）机制进行。碱金属通过Vo位点捕获氧，加速了被吸附氧与被吸附HCHO之间的快速反应，生成深度降解产物（CO₂和H₂O），显著促进了HCHO的转化。

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https://doi.org/10.1021/acscatal.0c02310

17. ACS Catal.：原位X射线吸收光谱鉴定单斜ZrO₂：在固溶体中作为CO₂加氢成甲醇的活性相

原位X射线吸收光谱（XAS）将In₂O₃/m-ZrO₂催化剂在直接将CO₂加氢成甲醇（300℃，20 bar）和铟位点上的优越活性和稳定性与平均氧化态+2.3原子分散在单斜ZrO₂晶格中联系起来。固溶体m-ZrO₂:In催化剂中的活性位点是In-Vo-Zr位点（Vo为氧空位），这些位点稳定在极难还原的m-ZrO₂晶格中，以防止过渡还原到In⁰而失活。相反，非晶态ZrO₂载体与In₂O₃不形成（结晶）固溶体，因此，在反应条件下，In₂O₃/am-ZrO₂在几分钟内就还原为金属。此外，正方ZrO₂载体只能部分稳定分散的铟纳米晶（In₂O₃/t-ZrO₂）防止过还原，生成的催化剂中In位点的平均氧化态低于+2：即，In₂O₃/t-ZrO₂也会因过还原而失活。我们的结果表明，ZrO₂载体的相态决定了活性固溶体是否具有铟形态，这对In³⁺位点的还原性及其局部结构有重大影响。通过比较铟基催化剂的稳定性和活性，我们发现单斜固溶体m-ZrO₂:In是直接将CO₂转化为甲醇的优良催化剂，它含有活性In-Vo-Zr表面物质，在还原过程中比方铁锰矿型In₂O₃中的In-Vo-In更稳定。

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https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01968

18. Adv. Mater. ：无铅卤化物钙钛矿Cs₃Bi_2xSb_2–2xI₉(x≈0.3)具有与(CH₃NH₃)PbI₃相当的光催化析氢活性

本文通过共沉淀法制备了无铅钙钛矿Cs₃Bi_2xSb_2–2xI₉(x = 0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)，并在HI水溶液中研究了其对光催化制氢的性能。与铅基的钙钛矿(CH₃NH₃)PbI₃相比，Cs₃Bi_2xSb_2–2xI₉在空气质量1.5 G（AM 1.5 G）模拟日光（100 mW cm^-2）下具有跟好的催化性能，负载了Pt纳米颗粒的Cs₃Bi_0.6Sb_1.4I₉（100 mg）粉末的析氢为92.6 µmol h^-1，大大超过了同等条件的(CH₃NH₃)PbI₃（100 mg催化剂，4 µmol h^-1）。不仅如此，Cs₃Bi_2xSb_2–2xI₉也具有很高的稳定性，在连续五个析氢实验后，催化活性没有明显降低。此外，本研究发现在Cs₃Bi_2xSb_2–2xI₉中掺杂的Sb可有效降低Bi³⁺对导带的贡献，从而减弱Bi空位的影响。与纯Cs₃Bi₂I₉和Cs₃Sb₂I₉相比，Cs3Bi2xSb2–2xI9具有更少的中能态和更好的光吸收，这大大提高了其对析氢反应的性能。

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https://doi.org/10.1002/adma.202001344

19. ACS Catal.：解析反向水煤气变换反应中Cu/CeO₂/ZSM-5催化剂动态结构和机理复杂性

本文制备并研究了一系列用于反向水煤气变换（RWGS）反应的Cu/CeO₂/ZSM-5活性催化剂的结构和力学性能，其中对反应条件下Cu和CeO₂作为促进剂的作用进行了研究。在Cu/CeO₂/ZSM-5催化剂的几种排列中，铜的浓度在0至10 wt％之间变化，而CeO₂的浓度在0至48 wt％之间变化。RWGS反应性趋势表明，催化剂体系的三个组成部分对于促进和维持最佳催化活性至关重要。使用原位X射线吸收光谱（X射线吸收近边缘结构和扩展的X射线吸收精细结构）探测了Cu和Ce的动态化学状态，揭示了活性状态下还原的铜和大部分氧化的二氧化铈。X射线原位衍射数据显示ZSM-5晶格内Cu以及Cu聚集体的存在。原位和同位素转换漫反射红外傅里叶变换光谱分析用于明确建立参与RWGS机理的ZSM-5晶格内的铜物种和CeO₂表面位点，即CeO₂上的表面甲酸盐类是反应中间体。基于一组可靠的实时结构、电子和表面化学数据，本文提出了一种涉及该催化剂体系的三个组成部分的反应机理。

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https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01584

20. Nature：不对称镍催化拦截瞬态即逝的环烯

一个世纪以来应变的环状有机分子，例如芳烃、环状炔烃和环状烯受到了科学家们的广泛关注。这些瞬态中间体具有高度环应变（30–50 kcal/mol）的特征，在许多反应（包括环加成反应和亲核捕获）中赋予很高的反应性，通常会生成结构复杂的产物。尽管已有使用化学计量手性试剂来控制这些反应中绝对立体化学的策略，但应变环状中间体生成对映体富集产物的催化不对称反应仍有待研究。本文报道了在催化不对称反应中外消旋环状丙二烯中间体的拦截，并为控制这种转变中的绝对立体化学的两种不同机制提供了证据。计算研究提出一种催化机理，该机理涉及通过立体选择性烯烃插入而使环状丙二烯对映异构体进行初始动力学分化，丢失所得的立体化学信息，以及随后通过中间π-烯丙基镍配合物的不对称化引入绝对立体化学。这些结果表明，除先前报道的传统环加成和亲核捕获以外，环丙二烯还具有新的反应活性，从而扩大了这类中间体可得到的产物。此外，阐明了环烯键反应中立体控制的两种潜在策略。综上，这些结果为开发涉及避免这些经典的应变中间体的催化不对称反应奠定了基础。

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https://www.nature.com/articles/s41586-020-2701-2

21. Nat. Catal.：通过有机光氧化还原催化的极性反转亲核芳族取代反应实现¹⁹F-和¹⁸F-芳烃脱氧氟化

亲核芳香族取代（S_NAr）通常被用于在芳香族分子中添加¹⁹F^-和¹⁸F^-，但由于与C–F键形成相关的动力学障碍，该方法仅限于缺电子的芳烃。本文证明了通过阳离子自由基加速的S_NAr进行极性反转的光氧化还原催化的芳烃脱氧氟化，可以在温和的条件下用¹⁹F^-和¹⁸F^-对富电子芳烃进行氟化，从而补充了传统的基于S_NAr的氟化芳烃极性要求。放射性氟化策略的实用性在于以较短的反应时间，与多个离核体的兼容性和较高的放射性氟化产率（尤其是重要的癌症正电子发射断层显像剂[¹⁸F] 5-氟尿嘧啶）。综上所述，本文的氟化方法能够开发出经典S_NAr策略难以实现的氟化的和放射性氟化的化合物，并且在用于合成和发现正电子发射断层扫描放射性药物方面具有一定潜力。

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https://doi.org/10.1038/s41929-020-0495-0

22. Nat. Commun.：Cu(Ⅰ)催化的光学纯环外丙二烯的非对映和对映选择性构建

在大约150种已鉴定的丙二烯系天然产物中，环外丙二烯构成一个主要的亚类。轴向手性异位丙二烯的构建被广泛研究，然而制备手性环外异位烯的策略仍然很少。本文展示了一种用于不对称合成手性环外丙二烯的有效策略，同时通过Cu(Ⅰ)催化的1,3-炔烃至环己二酮的不对称分子内还原偶联来控制轴向和中心手性。该串联反应显示出良好的官能团相容性，高收率（高达99％的收率），出色的非对映选择性（通常> 20:1 dr）和对映体选择性（大多数> 99％ee）。此外，还提出了克级实验和手性环外丙二烯的几种合成转化。

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https://doi.org/10.1038/s41467-020-18136-x

23. Science：具有催化活性的同源三聚体植物纤维素合酶复合物的体系结构

纤维素是植物细胞壁必不可少的成分，同时也是地球上最丰富的生物聚合物。超分子植物纤维素合酶复合物将多种线性葡萄糖聚合物组织成微纤维作为承重壁成分。本文确定了白杨纤维素合成酶CesA同三聚体的结构，并提出了其纤维素微纤维形成的分子基础。由胞质植物保守区和跨膜区段内的螺旋交换所稳定的复合物形成了新生纤维素聚合物占据的三个通道。分泌将聚合物导向一个共同的出口点，这有助于原纤维的形成。CesA的N末端结构域组装成胞质茎，并与微管束缚蛋白相互作用，因此可能参与CesA的固定。

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https://science.sciencemag.org/content/369/6507/1089/tab-pdf

24. Nat. Mater.：具有高活性和比表面积的自支撑网状结构的Pt-CoO网用于氧还原

本文提出了关于于氧还原反应（ORR）的Pt基催化剂的几种思路，所获得的催化剂超过了美国能源部关于Pt相关ORR质量活性的目标。大多数研究通过增加Pt的比活度，同时以电化学活性表面积（ECSA）为代价来实现较高ORR活性。在动力学控制的电位区，这种较低的ECSA被高比活度所抵消。然而实际应用中系统常处于高过电位下，低的ECSA会导致反应速率不受动力学影响，而受质量传输的限制。本文开发了一种自支撑网络结构的Pt-CoO氧化物催化剂，同时具有高活性和高的ECSA。高ECSA通过Pt-CoO氧化物网状纳米结构实现的，对于自支撑的ORR催化剂，它具有前所未有的高质量活性，保证了燃料电池在高温、高电流密度和低湿度下的稳定运行。

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https://www.nature.com/articles/s41563-020-0775-8

25. Nat. Catal.：混合金属氢氧化物-水氧化催化剂中的相分离可逆性

稳定且低成本的电催化剂的开发用于水氧化反应的是一个艰巨的挑战。本文报道了在催化操作条件下，通过控制可逆相分离可以使降解的电催化剂恢复活性。在析氧反应条件下，Fe在Ni-Fe氢氧化物主晶格中发生偏析，形成FeOOH，进而FeOOH与基体晶格的界面形成。动态金属溶解-再沉积过程加速Fe的偏析和FeOOH第二相的形成，导致催化剂失活。Operando同步辐射光谱和微观分析表明，在水氧化电位和催化剂还原电位之间，相分离是可逆的。因此，开发了一种间歇还原法，在可操作条件下恢复催化剂的活性，提高催化剂的耐久性。本研究通过调整催化剂/电解质界面的相分离为恢复和稳定催化活性的提供了重要策略。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41929-020-0496-z

26. Nat. Catal.： 铂电氧化/溶解在原子尺度机理的结构依赖性

铂的溶解和表面氧化重组是铂基电催化剂电化学能量转换寿命受限的主要降解机理。本文通过原位高能表面X射线衍射、联机电感耦合等离子体质谱和密度泛函理论计算研究了Pt（100）和Pt（111）电极表面，以阐明这些过程的原子尺度上的机理。Pt（100）氧化后溶解的铂原子的位置与Pt（111）的不同，说明了不同表面稳定性差异的原因。Pt（100）上一种特殊的氧化物条纹结构的演变产生了不稳定的表面原子，这些原子易于溶解和重组，导致溶解速率提高了一个数量级。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41929-020-0497-y

27. Angew. Chem. Int. Ed.： 原位NRIXS和XAFS的研究Fe-Cu和Fe-Ag纳米颗粒催化剂CO₂电还原过程中的偏析现象

原位核共振非弹性X射线散射（NRIXS）和X射线吸收精细结构光谱（XAFS）测量已用于深入了解FeCu和FeAg纳米颗粒（NPs）在CO₂电化学还原（CO₂RR）过程中的结构和表面组成，并探究其催化活性和选择性的联系。通过原位NRIXS（声子状态密度PDOS）和XAFS测量的分析，推断出FeAg核动力源在CO₂-RR过程中核壳结构的形成。FeAg纳米粒子的电化学分析表明，在-1.1V vs RHE下，0.1M KHCO₃中CO的法拉第选择性约为36%，与纯Ag NPs类似。相比之下，在FeCu纳米粒子的情况下获得了对H₂的主要选择性，类似于纯Fe 纳米粒子的结果，而小的Cu 纳米粒子也被证明有利于H₂的产生。这些结果以及NRIXS和XAFS的结果表明，在CO₂-RR过程中，Ag优先存在于FeAg纳米粒子的表面，而Cu也可能主要分布在FeCu纳米粒子的表面，但与Fe的混合程度更高。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202010535

28. Adv. Mater. ：填隙式合金的原位拓扑转变用于CO电还原

通过电化学方法将一氧化碳还原为增值产品，有望用于可再生能源的储存。铜在CO电还原过程中能将CO转化为多碳（C²⁺）产物。然而，开发一种对CO还原具有高选择性和适宜的C²⁺产物产率的Cu电催化剂仍然具有挑战性。本文研究了具有丰富孪晶结构的高度无序Cu₃N作为CO还原的前驱电催化剂。通过CO还原反应（CORR）过程中的原位活化和氮的释放，得到的金属Cu⁰催化剂粒子继承了Cu₃N晶格中的晶格位错。在流通电池系统中，脱氮催化剂在电流密度为727 mA cm⁻²时，具有90%以上的C²⁺法拉第效率。使用带有固态电解质（SSE）的膜电极组件（MEA）电解器时，在阴极和SSE防护层出口处可获得17.4 vol%乙烯流和浓度为1.45 m的液态流，以及的230×10⁻³ m C²⁺产物。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202002382

29. Nat. Commun.：通过晶体取向调整质子耦合电子的转移以有效地在钙钛矿双氧化物上进行水氧化

开发高效、经济的析氧反应（OER）电催化剂是许多能源器件的关键。虽然通过在体系中引入添加剂来调节质子耦合电子转移（PCET）过程已被报道能有效地提高OER活性，但通过调节材料的固有性质来控制PCET过程仍然是一项具有挑战性的任务。本文以双钙钛矿型氧化物PrBa_0.5Sr_0.5Co_1.5Fe_0.5O_5+δ（PBSCF）为模型体系，通过调节晶体取向和相关质子扩散，证明了通过促进PCET可提高OER活性。采用电化学测量、密度泛函理论（DFT）计算和同步加速器近环境X射线光电子能谱研究了在单晶LaAlO₃衬底上沉积的（100）、（110）和（111）取向PBSCF薄膜的OER动力学。结果表明，OER活性和脱质子化的难易程度与取向有关，其大小顺序为（100）＞（110）＞（111）。与OER活性相关的是，（100）膜中质子扩散最快，其次是（110）和（111）。研究结果提出了一种提高PCET和OER活性的方法，并且可以成功地指导绿色能源和环境应用的合理设计。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-17657-9

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