催化周报：Nat. Catal.、Nat. Mater.、Nat. Chem.、JACS、Angew、AM等大合集！

温馨提示：本推文包含26篇文献，预计阅读时间约26min，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. Nat. Mater.：深入了解受限烃物种对甲醇转化催化剂寿命的影响

甲醇制烃反应统指用于生产烯烃或汽油的一系列重要的工业催化过程。从机理上讲，甲醇的转化是通过碳氢化合物“库”进行的。对于甲醇制烯烃工艺，可以将这些物质大致分为“所需的”较轻烯烃和“不需要的”较重馏分，这些物质在几小时内会导致失活。进一步优化催化剂的关键是跟踪在操作过程中碳质物质形成的能力。在这里，作者报告了将Operando Kerr门控拉曼光谱与最先进的Operando分子模拟相结合的结果，这能够追踪甲醇转化各个阶段中烃类的形成。多烯被认为是形成多环芳烃的关键中间体，其命运很大程度上取决于沸石的拓扑结构。值得注意的是，作者提供了活性和失活物种之间的缺失联系，这为下一代催化剂的设计提出潜在的规则。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41563-020-0800-y

2. J. Am. Chem. Soc.：正己烷在单位点铂催化剂上的重整机理

作者证明了单位点催化剂Pt₁/CeO₂大大提高了正己烷重整反应中环化和芳构化的选择性。具体而言，在350℃时，单位点Pt₁/CeO₂对环化和芳构化的选择性均高于86％。Pt₁/CeO₂在400℃时，TOF为58.8 h^-1，与Pt簇/CeO₂（61.4 h^-1）接近，远高于Pt纳米颗粒/CeO₂。结合环戊烷（MCP）重整的催化结果，正己烷的脱氢环化和进一步芳构化归因于环中间产物在单位点Pt₁/CeO₂催化剂上的显著吸收。另一方面，簇和纳米颗粒Pt/CeO₂样品有利于C-C键裂解反应。最终，这项深入的研究揭示了不同Pt大小的烃类活化原理，这是合理设计新型多相催化剂的关键一步。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/jacs.0c07911

3. ACS Catal.：CO还原的Cu-Fe₂O₃和HZSM-5复合催化剂高效催化CO₂转化为芳烃

将二氧化碳（CO₂）直接加氢生成增值化学品是替代日益减少的化石燃料的一种有前途的策略，但是CO₂的惰性和CC耦合障碍带来许多困难。在此，作者开发了一种由Cu促进的Fe₂O₃（nCu-Fe₂O₃）和HZSM-5组成的高活性、更经济的复合催化剂，将CO₂单次选择性转化为芳烃的选择性为56.61％。在57.30％的CO₂转化率下，CO选择性只有3.51%，优于先前报道的转化率。此外，通过将利用相转移法合成的HZSM-5（HZSM-5-pt）与nCu-Fe₂O₃集成，苯、甲苯和二甲苯在芳族化合物中的分布可显著增加至54.18％，而且芳族化合物的选择性可提高至61.94％，而催化剂活性不降低。更重要的是，发现在氧化物和沸石之间的“H循环”机制，这在脱氢芳构化中的“H的处置”起着至关重要的作用，从而促进了芳烃的形成。总之，nCu-Fe₂O₃/HZSM-5证明了在从CO₂制备芳烃方面的潜在工业应用。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02722

4. J. Am. Chem. Soc.：电光催化条件下锰催化的C(sp³)-H键的氧化叠氮化反应

将叠氮化物基团选择性地安装到C(sp³)-H键中是有机合成中的重要课题，尤其是在药物发现和后期多样化中。本文展示了在电光催化条件下，使用亲核性NaN₃作为叠氮化物源的C(sp³)-H键的广义锰催化氧化叠氮化方法。这种方法使得无需添加过量的底物即可进行反应，并成功避免了使用化学计量的化学氧化剂，例如碘（Ⅲ）试剂或NFSI。底物中含有一系列叔和仲苄基C(sp³)-H，脂族C(sp³)-H和基于药物分子的C(sp³)-H键。同时的克级合成和叠氮化物向胺转化的容易性共同倡导了在合成中的潜在应用。叔苄基C(sp³)-H键的良好反应性和底物中包含的脂族叔C(sp³)-H键的选择性，以在叔烷基基团上引入基于氮的官能团，也提供了操纵众多潜在药物候选物的机会。由金属催化，电化学和光化学组成的合成方案将为执行具有挑战性的有机合成转化提供新的可持续选择。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c08437

5. Nat. Commun.：通过电子离域作用在氢氧化镍纳米带中实现有效的甲醇氧化

实现功能耐用的非铂族金属基甲醇氧化催化剂对于经济高效的直接甲醇燃料电池至关重要。尽管已广泛研究了Ni(OH)₂作为甲醇氧化催化剂，但将Ni(OH)₂氧化为NiOOH的初始过程需要1.35 V vs.RHE的高电势。由于阴极氧还原反应的理论电位为1.23 V，因此这种电位是不切实际的。该研究表明四配位的镍原子能够通过电子在费米能级附近的离域作用而形成电荷转移轨道。因此先前报道的周期性排列的四六配位氢氧化镍纳米带结构（NR- Ni(OH)₂）能够显示出显著的甲醇氧化活性，起始电势为0.55 V vs.RHE。该策略为高性能和耐用的非铂直接甲醇燃料电池的开发提供了途径。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18459-9

6. Nat. Commun.：梯度掺杂钽的赤铁矿均质结光电阳极可同时改善水解反应的光电流和起始电压

光电化学水解将太阳能转换成氢燃料，赤铁矿作为其阳极具有巨大的潜力，但是最先进的赤铁矿光电极的太阳能制氢效率仍然远远低于实际制氢。本文报道了通过水热再生策略和混合微波退火相结合的梯度钽掺杂赤铁矿同质结纳米棒的核-壳形成，增强了光电流密度并同时降低了起始电压。异常的双功能效应源自表面状态的钝化和同质结形成所固有的内置电场。磁场提供的额外驱动力可以有效地抑制块体和赤铁矿表面中的电荷-载流子复合，特别是在较低电势下。此外，合成的同质结显示出与NiFe(OH)_x助催化剂的显著协同作用，并显著改善了光电流密度和起始电压的阴极位移。这项工作很好地展示了梯度掺杂，同质结形成和助催化剂改性的多种协作策略，该概念可以为设计和构建太阳能转换领域的半导体光电极的高效纳米结构提供启示。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18484-8

7. Adv. Funct. Mater.：(Ag-Ag₂S)/BaTiO₃异质结构的协同压电效应和激子-等离子体相互作用增强光催化作用

压电和等离子体效应是提高光催化性能的有效策略，将这两种作用结合在一个光催化异质结构中是具有研究意义的，但尚未有报道。本文介绍了一种混合三元结构（(银-银硫化物)/钛酸钡(Ag-Ag₂S)/BaTiO₃），其中压电极化调整的Ag-Ag₂S和Ag₂S/BaTiO₃异质结中的激子-等离子体激元相互作用能够增强光子吸收和电荷载流子分离，以提高光催化效率。Ag-Ag₂S中的激子-等离子体相互作用可以放大等离子体对半导体区域的共振并增强Ag₂S的光吸收。压电极化可以调整BaTiO₃的能带结构，然后将Ag₂S/BaTiO₃之间的异质结从Ⅰ型（即，跨越BaTiO₃和Ag₂S之间的能带排列）改变为Ⅱ型（即，BaTiO₃和Ag₂S之间的Z概念系统，具有交错的能带排列），可以加速电子-空穴对的分离。使用这种杂化材料，可以在30分钟内获得高达90％的高甲基橙（MO）降解率，比Ag/BaTiO₃高20％。基于协同压电效应和激子-等离子体相互作用的杂化材料已被证实在高效处理污染物方面显示出广阔的前景。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202005716

8. J. Am. Chem. Soc.：赤铁矿上甲烷氧化反应中间体的原位鉴定和机理的理解：实验与理论研究相结合

几十年来，有效利用甲烷进行清洁发电或增值化学品生产一直是备受关注的主题，但挑战仍然存在，主要涉及温和条件下的甲烷活化。赤铁矿是一种储量丰富的物质，在低温（<500°C），能高效，热稳定地催化甲烷燃烧并具有低的起燃温度230°C，CO₂的选择性高达100％，与贵金属基催化剂相比，表观活化能低至17.60 kcal·mol^-1。理论分析表明，这种优异的活性源自赤铁矿（110）表面上具有反铁磁耦合的铁二聚体的四铁中心，类似于在自然环境条件下活化甲烷的甲烷氧化菌酶甲烷单氧酶。

同位素氧示踪剂实验支持Mars van Krevelen氧化还原机制，其中CH₄首先通过与赤铁矿表面氧反应而被活化，然后通过分子双氧辅助途径进行催化循环。用原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）和密度泛函理论（DFT）计算进行的表面研究表明，反应中间体的转化通过热氢原子转移（HAT）和质子耦合电子转移（PCET）过程，从甲氧基CH₃-O-Fe，到桥联双齿甲酸盐b-HCOO-Fe，到单齿甲酸盐m-HCOO-Fe直至最终形成CO₂之前。对反应机理和中间体演化曲线的阐明可能在气体多相催化中发展CH₄氧化产物的催化合成。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/jacs.0c07179

9. Nat. Catal.：主要元素化学可实现无气瓶加氢甲酰化

在工业上，通过烯烃与合成气（CO/H₂混合物）的加氢甲酰化反应生产醛以每年数百万吨规模。但是，这种转换尚未在实验室中频繁使用。本文报道了一种简单的策略，可以由两种晶体主要元素化合物协同生成合成气，仅以水作为释放合成气的主要活化剂。通过双室反应器将合成气的形成和消耗脱钩，证明了这种低压，低温和近化学计量加氢甲酰化反应可在各种末端烯烃上高效运行，而无需昂贵的设备。该方法为进一步适应一系列药物及其相关分子以安全可靠的方式合成醛提供了机会。正如使用¹³CO释放分子所证明的，这种策略适用于碳同位素标记。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41929-020-00510-z

10. Adv. Funct. Mater.:双相工程：氢氧化镍纳米颗粒的双相工程用于制备高性能水氧化电催化

开发地球资源丰富、高效的析氧反应（OER）电催化剂是绿色制氢的必要条件。高效OER电催化剂的制备需要对催化剂表面的吸附位点和电荷转移进行适当的设计。本文报道了一种电催化剂的设计，通过双相工程显著提高了水氧化性能，显示出大量的吸附位点并且容易产生电荷转移。通过简单的化学腐蚀过程与过渡金属氢氧化物相结合可以形成高度金属化的过渡硼化物相，为OER中形成的中间产物提供了丰富的吸附位点。此外，还进行了计算机模拟，验证了该工程材料的水氧化机理和实际活性位点。本研究为制备高性能OER电催化剂提供了一种新的材料设计策略。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202070252

11. ACS Catal. ：壳层隔绝纳米粒子增强拉曼光谱（SHINERS）观测Pt{hkl}单晶表面炔烃的电化学吸附和加氢的取代基效应

采用循环伏安法（CV）和壳层分离纳米颗粒增强拉曼光谱（SHINERS），研究了炔烃炔烃（PA）和2-甲基-3-丁基-2-醇（MeByOH）在Pt基面单晶电极上的吸附行为。研究发现，PA和MeByOH对CO等吸附物种的加氢活性和分子碎裂都具有很强的表面敏感性，对于PA，Pt{100}和Pt{110}具有强烈的不可逆吸附作用，而Pt{111}则较弱。结果表明，伯醇取代基的存在是影响该行为的关键，其表面反应性顺序为Pt{100}>Pt{110}>Pt{111}。

相比之下，对于MeByOH，在所有三个基面铂表面都观察到强烈的不可逆吸附，认为这反映了由于两个甲基的诱导效应，炔烃部分的活性增强，以及叔醇取代基对碎片的活性降低。Pt{111}还表现出与MeByOH加氢有关的行为，在1590cm^–1处观察到一个尖锐的Raman带，对应于炔烃吸附时形成的二-σ/π-键合表面络合物。该谱带频率比PA和MeByOH吸附在所有其它基底平面Pt表面的类似带宽高出约20cm^–1，可以看作是催化剂表面正经历氢化反应的Pt{111}台阶的纹路。通过定量比较不同Pt{hkl}表面在氢化电位和0.4Vvs Pd/H（双层电位区的起始点）下的拉曼谱带，获得了对不同Pt{hkl}表面加氢活性的深入研究，指出（在CV的支持下）Pt{110}是最活跃的氢化平面，这是由于在火焰退火和氢冷却后，通过提升（1×2）到（1×1）清洁表面重构而产生的表面缺陷。该发现也与先前报道的Pt{111}面最有可能提供炔烃对烯烃的半加氢选择性的假设相一致。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c02967

12. ACS Catal.：不同合成方法制备的Ni/Ce_xZr_1-xO₂的镍形态及甲烷干法重整性能

采用干浸渍、强静电吸附、共沉淀和燃烧合成等方法制备了二氧化锆负载Ni催化剂（Ni/Ce_0.83Zr0_.17O₂或Ni/CZ）。用X射线吸附光谱、程序升温还原和CO化学吸附等方法对样品中Ni的性质和丰度进行了表征。本体合成法（即CP和CS）产生的Ni阳离子被并入CZ晶格中，在低Ni含量下形成Ni³⁺的混合金属氧化物。混合金属氧化物的形成增加了CZ的还原性，增加了表面活性氧的丰度。NiO/CZ催化剂在甲烷干法重整反应中均表现出一定的活性。甲烷初始转化率与还原后可接触Ni的比例呈线性相关。催化剂失活的主要途径很大程度上取决于催化剂的结构，因此也取决于所用的合成方法。在反应条件下，所有催化剂都经历了镍粒子的团聚。将镍分散嵌入到载体中的分离物中并不能提高镍粒子生长的抵抗力。结焦与表面活性氧浓度成反比。CS催化剂的主要失活机理是载体对Ni颗粒的包覆。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c02426

13. ACS Catal.：沸石包裹亚纳米Pt具有超高稳定性的机理

单金属原子和沸石包裹的小金属颗粒稳定不迁移和生长的机理目前还未被发掘。本研究采用无偏密度泛函全局优化策略来识别铂（Pt）在具有Linde A型拓扑结构的纯硅沸石及其铝硅酸盐和硼硅酸盐变体的微孔体积内的位点和迁移路径能量屏障。观察到超高稳定性的单Pt原子，这是由一种迄今为止未报道的结合模式，在这种模式下，框架中的六个环被破坏，形成可捕获的，高度可接近的金属位点。

此外，杂原子取代基通过意外插入骨架SiO-H键来显著增强Pt的结合。Pt的迁移受到高势垒的阻碍，据预测，高势垒会随着Si:X（X=Al和B）比值的变化而显著变化。提出了在给定的分子筛拓扑结构下存在一个最佳的Si:X比，在该比例下势垒将达到最大值。由于Pt原子与骨架之间的强相互作用，对于Pt原子团簇（Ostwald熟化）的能量偏好仍然存在，但是相对于孤立的原子团簇，能量偏好显著降低。本发现提出了一种控制贵金属颗粒烧结的方法，尽管铂的聚集需要热力学驱动力。这项工作提出了封装金属粒子的超高动态稳定性机理。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01344

14. ACS Catal.：利用一锅法，主族元素在室温下将N₂转化为铵

工业还原N₂制氨是一个能源密集型过程，消耗了全球能源供应的很大一部分。因此，几十年来人们一直在寻找能够在温和条件下结合N₂并分裂其强N-N键的物质。已知的可用于N₂固定和功能化的物种是基于元素周期表的s和d嵌段中的少数金属。在本文提出了一个主要的物种一锅法，裂解和还原氮为铵。该反应是一个复杂的多次还原-质子化过程，在室温下通过使用固相还原剂和酸性试剂在一个合成步骤中进行。对混合物简单的酸淬火混，可以得到质子化形式的氨，即存在于肥料存在的按。阐明了该过程中的基本反应步骤，包括关键的N-N键断裂过程，并分离出了所有的反应中间体。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41557-020-0520-6

15. J. Am. Chem. Soc.：四电子氧还原的单原子Co-N₄电催化剂增强过氧化氢耐受性用于选择性传感

电催化四电子氧还原反应（ORR）为能量转换、储存和氧监测提供了一种很有前途的方法。然而，它总是伴随着过氧化氢（H₂O₂）在大多数使用的催化剂上的还原，这降低了电催化的选择性。在此，我们报道了一种用于四电子ORR的单原子Co-N₄电催化剂，该催化剂在中性介质中具有0.68 V（vs RHE）的起始电位，同时具有高的H₂O₂耐受性，优于商用Pt电催化剂。电化学动力学分析证实Co-N₄催化位点主要促进ORR的直接四电子途径，而不是H₂O₂为中间体的两步双电子还原途径。密度泛函理论计算表明，卟啉类Co中心对H₂O₂的弱吸附阻碍了H₂O₂的还原。这使得电催化剂对来自H₂O₂的电流干扰具有更好的抵抗力，在体内可靠的传感性能验证了高选择性的O₂传感。我们的研究证明了高容量的单原子催化剂在调节金属-吸附质相互作用方面的有趣优势，拓宽了它们在环境和生命监测方面的应用。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/jacs.0c07790

16. Angew. Chem. Int. Ed.：通过Cu调节单原子Pd位点用于增强常压氨的电合成

电化学还原法是一种很有前途的方法，可以实现分布式、可持续的生产。然而，在氮吸附、*NN质子化和抑制竞争性析氢方面存在困难，阻碍了该技术的发展。为了解决这个问题，我们设计了一种在N掺杂碳上的双原子Pd‐Cu位点催化剂，该催化剂通过Cu调节单原子Pd位点。Cu的引入不仅使Pd的部分密度态向费米能级转移，而且促进Pd与被吸附的N₂之间的d‐2p*耦合，导致N₂化学吸附增强、质子化激活和氢生成抑制。因此，该催化剂实现了24.8±0.8%的高法拉第效率，NH₃产率为69.2±2.5 mg h^‐1 mg_cat.^‐1，远优于单个单原子Pd催化剂。这项工作为增强氨电合成的单原子电催化剂工程开辟了道路。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202010159

17. Adv. Mater.：多级有序多孔碳上共存的单原子Fe和Ni作为一种高效的ORR电催化剂

基于地球丰富的非贵金属的氧还原反应（ORR）电催化剂的开发对于燃料电池和金属空气电池的可持续大规模应用至关重要。本文提出了一种异质单原子（h‐SA）电催化剂，该催化剂将原子分散的Fe和Ni共锚固定在微尺度氮掺杂石墨碳载体上，具有独特的三模态多孔结构，该结构由通过介孔相互连接的高度有序的大孔构成。扩展X射线吸收精细结构光谱证实Fe和Ni单原子通过Fe-N₄和Ni-N₄配位键固定在碳载体上。所合成的Fe/Ni h‐SA电催化剂表现出卓越的ORR活性，优于仅使用Fe‐或Ni‐SAs以及基准Pt/C的电催化剂。获得的实验结果表明，优异的ORR性能源于共存Fe-N₄和Ni-N₄位点，以及三模态多孔结构碳载体卓越的传质能力的协同增强。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adma.202004670

18. Adv. Funct. Mater.：铂掺杂剂：控制Ir氧化态用于酸性介质中高效持久的析氧反应

Ir氧化物在Ir基催化剂中的溶解，与酸性介质中析氧反应（OER）催化剂的活性和稳定性密切相关，是水电解商业化中一个亟待解决的问题。在Ir氧化物中掺杂外来元素可以实现Ir氧化态的最佳组合，这有利于活性催化位点的抗浸出性。在这里，本文报道了Pt掺杂到IrO_x基纳米框架有利于其活性和稳定性的提高。1.53 V_RHE下，Pt掺杂的IrO_x基纳米框架的质量活性为0.644 A mg⁻¹_Ir+Pt，比商用IrO₂高15倍。在加速耐久性试验中，Pt掺杂的情况下，Ir^IV与Ir^III的比例保持在5，有效缓解了Ir催化剂的降解，使催化剂在酸性介质中具有极佳的耐久性。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202070253

19. Joule：再生催化电极的一种通用方法

催化电极在电化学装置中起着不可缺少的作用。由于对高活性的追求是研究的重点，因此对回收技术的关注有限。现有的方法往往只允许恢复特定的金属物质，而不恢复电极的功能。在此，我们报道了一种基于高温脉冲退火的通用的、无损的方法，可以直接重复使用催化电极。高温保证了副产物的完全分解；同时，快速退火保持了催化剂原有的理化性质，从而保持了催化剂的性能。以锂-空气电池为模型系统，一个钌负载电极在每次循环运行后可再生10次，使用寿命可延长近10倍。我们的方法可以很容易地应用于其他电化学系统，其中催化电极容易被副产物钝化。本研究为电化学装置的高可持续性运行开辟了一条新途径。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.08.008

20. Nat. Commun.：自组装TiO₂/CsPbBr₃杂化体的独特S型异质结用于CO₂光还原

探索促进CO₂光还原成太阳能燃料的光催化剂具有重要意义。我们开发了一种简便的静电驱动自组装方法合成的TiO₂/钙钛矿（CsPbBr₃）S型异质结。密度泛函理论计算结合实验研究证明了电子从CsPbBr₃量子点（QDs）转移到TiO₂，杂化后形成了从CsPbBr₃直接到TiO₂的内部电场（IEF）。原位X射线光电子能谱分析显示，IEF驱动TiO₂中的光激发电子在光照射下到达CsPbBr₃，表明在TiO₂/CsPbBr₃纳米杂化体中形成了S型异质结，这大大促进了电子空穴对的分离，促进了CO₂的高效光还原。与原始TiO₂纳米纤维（4.68 mmol g^-1 h^-1）相比，混合纳米纤维具有更高的CO₂还原率（9.02 mmol g^-1 h^-1）。同位素（¹³CO₂）示踪结果证实还原产物来源于CO₂源。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18350-7

21. Angew. Chem. Int. Ed.：用扫描电化学显微术研究电沉积MnO_x和CaMnO₃钙钛矿的表面：研究析氧反应的活性中心和动力学

本文报道了使用扫描电化学显微镜（SI-SECM）研究两种电沉积锰基电催化剂（非晶态MnO_x和钙钛矿型CaMnO₃）的表面，研究了中性条件下与析氧反应（OER）有关的锰的氧化态。结果表明，MnO_x和CaMnO₃中Mn（III）和Mn（IV）物种的数量取决于电位。在OER期间，在两个结构中都发现了Mn（V）物种。Mn（V）的延时滴定进一步表明，MnO_x产生两种不同OER反应速率的活性中心，k'_fast（MnO_x）=1.21 s^-1和k'_slow（MnO_x）=0.24 s^-1。相反，CaMnO₃钙钛矿中形成的Mn（V）物种的电位低于在MnO_x中形成的电位，仅表现出一种动力学行为，反应速率为1.72 s^-1。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202008052

22. Angew. Chem. Int. Ed.：导电MOF上原位生成Cu₂O单型位点可以高选择性CO₂电还原制CH₄：用氢键稳定关键中间体

在CO₂电还原反应（CO₂-RR）中，由于可能产物的还原电位相近，且CO₂活化反应动力学缓慢，实现CH₄的高选择性仍是一个巨大的挑战。以多孔导电材料为载体，通过单一类型的活性中心来稳定关键反应中间体是实现甲烷等单一产物获得高选择性的关键。在此，在多孔导电铜基金属有机骨架（CuHHTP）上原位合成平均尺寸为3.5 nm的Cu₂O（111）量子点，对CH₄表现出73％的高选择性，在CO₂ RR电压为-1.4 V vs. RHE时局部电流密度为10.8 mA cm^-2。 操作红外光谱和密度泛函理论（DFT）计算表明，CH₄途径中的关键中间体（例如*CH₂O和*OCH₃）被单个的活性Cu₂O（111）和氢键稳定，从而生成CH₄而不是CO。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202010601

23. Angew. Chem. Int. Ed.：酸性溶液中CO在Pt（hkl）单晶表面电氧化的原位拉曼光谱研究

CO分子在定义明确的Pt（hkl）单晶电极表面的吸附和电氧化是解决燃料电池催化剂中毒机理的关键步骤。本文采用原位电化学壳层分离纳米颗粒增强拉曼光谱（SHINERS）与理论计算相结合，研究了酸性溶液中Pt（hkl）表面CO的电氧化行为。作者成功地获得了Pt（111）和Pt（100）上吸附CO*分子的拉曼信号。相反，在整个电氧化过程中，在Pt（110）表面只观察到顶部吸附CO*。通过同位素替代实验和DFT计算，给出了在Pt（100）和Pt（111）表面形成OH*和COOH*物种的直接光谱证据。总之，OH*和COOH*物种的形成和吸附在加速电氧化过程中起着至关重要的作用，这与CO电氧化的预氧化峰有关。这项工作加深了对CO电氧化过程的认识，并为抗中毒和高效催化剂的设计提供了新的见解。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202010431

24. Angew. Chem. Int. Ed.：Bi₂O₃‐x上氧空位产生的等离子体激元热电子用于红外光催化CO₂还原

目前的等离子体光催化剂主要是以贵金属纳米粒子为基础，在红外（IR）波段工作的很少。在这里，含有氧空位的低成本的Bi₂O₃-x是通过453.15k的气氛中煅烧在商业铋粉上原位形成的。有趣的是，Bi₂O₃-x中引入的缺陷同时在600‐1400 nm的波长范围内诱导了局部表面等离子体共振（LSPR），并增强了对CO₂分子的吸附，即使在低强度近红外光照射下，也能有效地光催化CO₂‐CO（~100%的选择性）。值得注意的是，940nm处CO产生的表观量子产率达到了0.113%，大约是450nm处的4.0倍。作者还表明，独特的LSPR可以实现光催化CO产生速率与光强度和操作温度的近似线性关系。最后，基于红外光谱研究，作者提出了氧空位诱导Mars−van Krevlen机制来理解CO₂还原反应。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202010156

25. Nat. Commun.：通过可见光三重态敏化实现笼型光催化获得大范围非常规选择性[2 + 2]环加成反应

光诱导[2 + 2]环加成是合成环丁烷最直接的方法，它是许多天然产物、药物和生物活性化合物的核心结构。尽管选择性[2 + 2]环加成研究不断取得进展，但对于具有特定区域选择性和非对映选择性的非环烯烃分子间光催化的一般方法，如syn-head-to-head（syn-HH）环丁烷衍生物，仍缺乏发展，但仍有很大的发展前景。在此，作者报道了一种笼式光催化方法，以实现α，β-不饱和羰基化合物的非常规分子间[2 + 2]环加成反应。syn-HH非对映体容易生成，非对映选择性高达99%。笼状催化剂是高效和稳定的，适合多种底物并具有优良的取代基耐受性。模拟酶催化是通过反应物和产物的水相转变加速的主客体介导过程来实现的，其中超分子笼效应在促进底物包合和预取向方面起着重要作用，为一般、环境友好的具有特殊的非对映选择性的环加成光催化提供了一条有前景的途径。

原文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18487-5

26. Angew. Chem. Int. Ed.：光化学原位剥离金属-有机框架，以增强可见光驱动的二氧化碳还原

两种新颖的二维金属有机骨架（2D-MOF），2D‐M₂TCPE (M = Co or Ni, TCPE = 1,1,2,2‐tetra(4‐carboxylphenyl)ethylene)，由基于桨轮形二聚体的交错（4,4）网格层组成，可以作为多相光催化剂，实现CO₂高效还原为CO。在可见光催化过程中，这些结构通过原位剥离形成纳米片，表现出良好的稳定性和催化活性。剥离的2D‐M₂TCPE纳米片显示出4174 μmol g⁻¹h⁻¹的高CO产生速率和M=CO和Ni时的97.3%的高选择性，因此它们优于大多数报道的MOF。通过理论计算和光电实验研究了其性能差异和光催化机理。这项工作为基于结构和形态协同调控的有效结晶性光催化剂的可控合成提供了新的见解。

原文链接：

https://doi.org/10.1002/anie.202012019

相关推荐：

2. SCI论文写作专题汇总

4. 理论化学基础知识汇总

更多科研作图、软件使用、表征分析、SCI 写作、名师介绍等干货知识请进入研之成理后台自主查询。

微信加群

催化/能源交流群，请添加微信：yzcl93
理论计算交流群，请添加微信：ccl2098科研绘图交流群，请添加微信：17857127498
写作/表征交流群，请添加微信：xueshan199