包信和、张锁江、汪国秀、张荻、韦世强、孙立成、吴长征、刘健教授等催化研究成果速览
在本文中，中科院大连化物所包信和院士、傅强研究员等课题组在Au(111)晶面上沉积了具有可控化学态和覆盖率的锰氧化物(MnOx)覆盖层，并通过高温高压(高达100 mbar)CO处理和原位表面表征，探索了MnOx/Au(111)模型表面的CO活化机理。研究发现，在近常压CO气氛中，所有的MnOx纳米结构都会转变为还原的MnO态(MnO1–y, 0 < y < 1)，并且在473 K以上CO会分解成碳沉积。因此，作者提出了碳沉积量随MnO覆盖率变化的火山曲线，表明MnO的岛边缘为活性中心。密度泛函理论计算表明，MnO/Au(111)界面提供了与两个氧原子配位的边缘Mn原子，而CO的歧化通过CO二聚体和CCO*中间体发生。
文章链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.0c04302
2. 中科院过程工程所张锁江院士Energy Environ. Sci.: 电化学固氮合成氨研究进展——提高催化活性和选择性的策略
Haber–Bosch于1913建立的现代合成氨工业成功地改变了食品生产的历史，促进了爆炸性的人口增长，并奠定了多相催化和化学工程的基础。然而，中国依靠化石燃料生产反应物氢气，消耗了世界1-3%的电能和2-5%的天然气，每年的二氧化碳排放量超过4亿吨。利用水作为质子源和电能来驱动氨合成反应可以有效减少化石燃料的消耗和二氧化碳的排放，因此是传统Haber–Bosch法一种绿色、可持续的替代方法。到目前为止，电化学合成氨领域的研究已经发表了一些很优质的综述，但大多数综述都是根据催化剂的类型来归纳的，对氨合成电催化剂性能改进的策略进行系统总结的报道很少，因此也非常有必要综述这类催化剂性能改善策略。在本文中，中科院过程工程所张锁江院士等课题组首先简要介绍了氮还原反应机理和近年来的理论进展，然后系统地讨论了提高催化剂和催化体系反应活性和选择性的策略。在此基础上，对电化学氮还原反应的判据、氨的定量方法进行了总结，并对进一步的研究进行了展望。本文旨在为高效选择性电化学合成氨系统的设计提供有效的指导。
Bing Yang, Weilu Ding, Honghua Zhang and Suojiang Zhang. Recent progress in electrochemical synthesis of ammonia from nitrogen: strategies to improve the catalytic activity and selectivity. Energy Environ. Sci. 2021. DOI:10.1039/D0EE02263B
文章链接：https://doi.org/10.1039/D0EE02263B
3. 悉尼科技大学汪国秀教授Nano Lett.: 硼辅助策略在超薄镍掺杂磷化钴纳米片中构建异质金属原子位点用于高效水分解
在原子尺度上确定高效催化剂的活性中心对于水分解仍然是一个巨大的挑战。在本文中，悉尼科技大学汪国秀教授、刘浩教授、Jinqiang Zhang等课题组通过硼辅助策略在超薄镍掺杂磷化钴多孔纳米片(Ni-CoP)上制备出原子级异质金属位点(NiCo16–xP6)。硼的存在可以诱导释放和氧化机制，导致氢氧化物纳米片逐渐剥离。在随后的磷化过程之后，所制备出的Ni-CoP纳米片会植入不饱和原子级异质金属NiCo16–xP6位点(具有Co空位)以进行碱性介质下的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。优化后的Ni-CoP催化剂在碱性介质中的10 mA cm–2电流密度下催化HER和OER过程，分别表现出88和290 mV的低过电位。优异的催化活性可归因于自由能势垒的减少，这来自于中心镍原子对NiCo16–xP6位点附近Co/P原子的直接影响。该研究为原子结构和催化活性之间的关系提供了基本的见解。
Yufei Zhao, Jinqiang Zhang, Yuhan Xie, Bing Sun, Junjie Jiang, Wen-Jie Jiang, Shibo Xi, Hui Ying Yang, Kang Yan, Shijian Wang, Xin Guo, Peng Li, Zhaojun Han, Xunyu Lu, Hao Liu, and Guoxiu Wang. Constructing Atomic Heterometallic Sites in Ultrathin Nickel-Incorporated Cobalt Phosphide Nanosheets via a Boron-Assisted Strategy for Highly Efficient Water Splitting. Nano Lett. 2021. DOI:10.1021/acs.nanolett.0c04569
文章链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04569
4. 上海交通大学张荻教授J. Mater. Chem. A: 多级少层无氟Ti3C2TX (T = O, OH)/MoS2杂化催化剂用于高效析氢
氢能作为一种环境友好的可再生能源，近年来引起了科研人员的广泛关注。MoS2纳米材料是电催化析氢反应(HER)的典型催化剂，但其导电性差、自发团聚等缺点限制了HER催化性能。在本文中，上海交通大学张荻教授、顾佳俊教授、刘庆雷教授等课题组制备出少层无Ti3C2TX (T = O, OH)作为MoS2的导电基底，并将其用于HER催化。所制备出的复合催化剂在酸性介质中具有优异的催化活性，在−10 mA cm−2电流密度下具有139 mV的较小过电位，Tafel斜率为78 mV dec−1，并且以100 mV s−1的扫描速率进行3000次循环后性能没有明显衰减。如此优异的HER催化活性来自于独特少层无氟结构提高的材料电导率，增加的O活性中心，以及优化的2D传质通道。有趣的是，少层无氟的Ti3C2TX/MoS2催化剂在中性和碱性条件下也表现良好的HER催化活性。该工作表明，少层无氟Ti3C2TX (T = O, OH)可以作为一种优良的导电基底，从而干扰进一步提高其它纳米电催化剂的HER性能。
Mingming Li, Yibo Wang, Tengfei Li, Jinghan Li, Lujun Huang, Qinglei Liu, Jiajun Gu and Di Zhang. Hierarchical few-layer fluorine-free Ti3C2TX (T = O, OH)/MoS2 hybrid for efficient electrocatalytic hydrogen evolution. J. Mater. Chem. A 2021. DOI:10.1039/D0TA08762A
文章链接：https://doi.org/10.1039/D0TA08762A
5. 中国科学技术大学韦世强教授Angew. Chem. Int. Ed.: 长程铁磁性活化单层MoS2膜中的单原子层催化——超越单原子催化
具有完全活化基面原子的单原子层催化剂将为单原子催化剂的低负载密度瓶颈提供一种最终的解决方案。在本文中，中国科学技术大学韦世强教授、孙治湖教授、Wensheng Yan等课题组通过掺杂Co离子诱导长程铁磁有序来活化单层MoS2膜中的大部分基面位点。原位同步辐射显微红外光谱和电化学测试表明，这种策略可以活化铁磁性单层膜中50%以上的原始惰性基面S原子进行析氢反应。因此，在芯片微电池中测试的铁磁性MoS2单层仅需137 mV的过电位即可可获得10 mA cm-2的电流密度，对应于28, 571 A g‐1的质量活度，比多层膜高出两个数量级。此外，单层MoS2膜的交换电流密度为75 μA cm‐2，也超过了目前报道的大多数MoS2基催化剂。实验表征和理论计算表明，基面S原子的活化是由于d-电子自旋态的离域化和费米能级附近S-p电子密度的增加，从而提高了基面S原子的H吸附能力。
Hengli Duan, Chao Wang, Guinan Li, Hao Tan, Wei Hu, Liang Cai, Wei Liu, Na Li, Qianqian Ji, Yao Wang, Ying Lu, Wensheng Yan, Fengchun Hu, Wenhua Zhang, Zhihu Sun, Zeming Qi, Li Song, and Shiqiang Wei. Single‐atom‐layer catalysis in MoS2 monolayer activated by long‐range ferromagnetism: beyond the single‐atom catalysis. Angew. Chem. Int. Ed. 2021. DOI:10.1002/anie.202014968
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.202014968
6. 大连理工大学孙立成教授Chem. Soc. Rev.: 金属有机骨架及衍生物作为电催化剂用于析氧反应
电化学分解水是一种很有前景的能量转换和储存方法。作为电化学驱动水分解的关键半反应，析氧反应(OER)是一个缓慢的过程，主要由四个质子和四个电子的转移所引起。因此，开发低成本、高性能的OER电催化剂对提高水分解的效率具有重要意义。金属有机骨架(MOFs)及其衍生物具有比表面积大、孔结构丰富、组成多样、金属中心清晰等优点，已被广泛用作OER电催化剂。在本文中，大连理工大学孙立成教授、李斐教授等课题组综述了MOF及其衍生物作为OER电催化剂的研究进展，重点介绍了MOF基材料的设计原理、合成方法和性能。此外，作者还讨论了MOFs及其衍生物在OER催化过程中的构效关系，为合理开发高效的OER催化剂提供了有益的启示。最后，作者讨论了当前的科学技术挑战和对可持续工业应用的未来展望。
Jian Du, Fei Li and Licheng Sun. Metal–organic frameworks and their derivatives as electrocatalysts for the oxygen evolution reaction. Chem. Soc. Rev. 2021. DOI:10.1039/D0CS01191F
文章链接：https://doi.org/10.1039/D0CS01191F
7. 中国科学技术大学吴长征教授Adv. Sci.: 电子相关材料表/界面化学工程——从导电固体、相变到外场响应
具有强电子-电子相互作用的电子相关材料(CEMs)通常与许多奇特的性质有关，如金属-绝缘体转变(MIT)、电荷密度波(CDW)、超导性和磁阻(MR)等，这些特性是下一代凝聚态物质研究和电子器件的基础。当CEMs的维度减小时，其暴露的比表面积增大，并且电子的关联增强，此时的表面态影响与体相同样重要。因此，表/界面化学相互作用提供了另一种途径来调节低维CEMs的固有特性。在本文中，中国科学技术大学吴长征教授等课题组综述了近年来低维CEMs表面/界面化学工程的研究进展，利用表面修饰、分子-固体相互作用和界面电子耦合，对导电固体、相变(包括MIT、CDW、超导性和磁性转变)以及外场响应进行精确的调制，表明表/界面化学工程为探索低维CEMs的新性质和功能应用提供了一种很有前景的策略。最后，作者指出了表/界面工程的研究现状和发展前景。
Zejun Li, Qiran Wu, and Changzheng Wu. Surface/Interface Chemistry Engineering of Correlated‐Electron Materials: From Conducting Solids, Phase Transitions to External‐Field Response. Adv. Sci. 2021. DOI:10.1002/advs.202002807
文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202002807
8. 中科院大连化物所刘健研究员Chem. Soc. Rev.: 碳基催化剂用于费托合成
费托合成(FTS)是将煤、生物质和页岩气转化为低碳烯烃、汽油、柴油等燃料和高价值化学品的重要途径。近年来，在商业规模上部署FTS的动机越来越强烈，这也促进了高性能催化剂的开发。特别地，载体在调节金属活性方面的重要性已经得到诸多研究，因此碳基材料作为FTS的载体也引起了科研人员的广泛关注。在本文中，中科院大连化物所刘健研究员、Yanping Chen联合法国催化器件与固体化学研究院Vitaly V. Ordomsky教授等课题组综述了以活性炭(AC)、碳纳米管(CNTs)、碳纳米纤维(CNFs)、碳球(CSs)和金属有机骨架(MOFs)为载体制备FTS催化剂的研究进展。通过系统的讨论用于FTS的碳基催化剂载体和金属性质、活性及产物选择性以及它们之间的相互作用，提出了碳基催化剂在FTS工业应用中面临的挑战和发展趋势。
Yanping Chen, Jiatong Wei, Melis S. Duyar, Vitaly V. Ordomsky, Andrei Y. Khodakov and Jian Liu. Carbon-based catalysts for Fischer–Tropsch synthesis. Chem. Soc. Rev. 2021. DOI:10.1039/D0CS00905A
文章链接：https://doi.org/10.1039/D0CS00905A