1. Angew: 负载Pt的疏水氮化碳纳米片催化剂提高CRR选择性
能源短缺和环境污染问题日益严重,利用太阳能将二氧化碳还原成含碳产物为解决这两个问题提供了一种极具潜力的方案。但在光催化CO2还原的原料之一水易在催化剂作用下发生水分解反应,因此,提高催化剂的CRR选择性和活性迫在眉睫。
最近,德国马普所的Markus Antonietti教授和天津大学的巩金龙教授团队合作利用稳定的聚合物对热剥离法合成的氮化碳纳米片进行疏水改造,均匀负载铂纳米颗粒后制备了负载Pt的疏水氮化碳纳米片催化剂(Pt/o-PCN),疏水性的表面使气液固三相界面可以有效接触,提高了界面上CO2分子的浓度,降低了水分子的浓度,从而极大地促进了CRR,并抑制了HER,大大提高了含碳产物的产率,为提高光催化CRR的选择性提供了一种有效的方法。
AngLi*, Qian Cao, Guangye Zhou, Bernhard V. K. J. Schmidt, Wenjin Zhu,Xintong Yuan, Hailing Huo, Jinlong Gong*, Markus Antonietti*.Three-Phase Photocatalysis for the Enhanced Selectivity and Activity of CO2Reduction on Hydrophobic Surface. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201908058
https://doi.org/10.1002/anie.201908058
2. Angew: 亲钠界面诱导的无枝晶负极助力超高比容量钠金属电池
高理论容量的钠金属负极在构建高比能金属钠电池方面受到了广泛关注。尽管人们在稳定金属钠负极和抑制枝晶生长方面做出了很多努力,但是实现高面容量(10mAh/cm2)金属钠电池的长期稳定循环仍然十分困难。在本文中,复旦大学的彭慧胜 和Bingjie Wang等报道了一种基于氧官能化的碳纳米管网络亲钠界面。
这种界面能够同时促进钠的均匀成核和无枝晶的横向生长行为。这一亲钠界面使得具有10mAh/cm2高面容量的金属钠负极能够保持3000周的稳定循环。由于氧功能化介导的无枝晶钠形态,这种高容量钠负极的实现使得钠空气电池在很大程度上提高了循环性能。这一令人鼓舞的性能为通过合成功能性纳米碳材料设计先进的钠金属电池提供了参考。
LeiYe, Bingjie Wang, Huisheng Peng et al, Sodiophilic interphase mediated,dendrite-free anode with ultrahigh specific capacity for sodium-metalbatteries, Angewandte Chemie International Edtion,2019
DOI: 10.1002/anie.201910202
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201910202?af=R
3. Angew综述:MOFs基电催化剂用于ORR
金属有机框架(MOF)基材料,包括原始MOF,MOF复合材料及其衍生物是氧还原反应(ORR)的独特电催化剂。因其可调的成分和多种结构,高效的MOF基的材料为加速燃料电池和金属空气电池中阴极的缓慢ORR提供了新的机会。
近日,新加坡南洋理工大学楼雄文等对MOFs基电催化剂用于ORR进行了总结。首先介绍了ORR和MOF,然后对MOF基ORR电催化剂进行了分类。介绍了MOF基ORR电催化剂的突破,包括合成策略,组分,形态,结构,电催化性能和反应机理。最后,讨论了MOF基ORR电催化剂的当前挑战和未来前景。
XueFeng Lu, Xiong Wen (David) Lou *,et al. Metal‐Organic Frameworks BasedElectrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction. Angew. Chem. Int.Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201910309
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201910309
4. Angew:利用Au的电荷局域行为调控电催化固氮性能
(光)电催化固氮作用能利用清洁能源和催化材料在较为温和的反应条件下将N2和H2O转化为NH3,如何设计和建立高效的产NH3体系是NRR领域研究的焦点。近日,湖南大学王双印教授、科廷大学蒋三平教授、南京师范大学李亚飞教授等人创造性地向Au纳米颗粒中引入CoOx层来调控Au的局部电子结构,进而提高其固氮性能。
实验结果表明,设计合成的材料具有高的平均氧化态(40%),在-0.5 V(vs NHE)电压下的产氨速率高达~15.1 μg•cm-2•h-1,对应的法拉第效率为19%。此外,材料表征和理论计算结果表明调节Au的氧化态可以控制NRR过程中的N2吸附和反应能垒。总而言之,此项研究通过调节Au的氧化态提高了其电催化固氮性能,为设计构筑高效的NRR体系提供了新的策略。
Yafei Li,Jianyun Zheng, Yanhong Lyu, Man Qiao, Jean P Veder, Roland D Marco, JohnBradley, Ruilun Wang, Aibin Huang, San Ping Jiang, Shuangyin Wang.
Electronlocalization of gold in control of nitrogen-to-ammonia Fixation
Angew.Chem. Int. Ed. 2019.
DOI:10.1002/anie.201909477
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201909477
5. Angew: CsF加入到PbI2薄膜用于稳定的混合阳离子卤化物钙钛矿太阳能电池
通过一步法将少量CsI加入到混合的阳离子 - 卤化物钙钛矿膜中已被证明是高性能钙钛矿太阳能电池(PSC)的优良策略。然而,一步法通常依赖于反溶剂洗涤过程,其难以控制并且不适合于制造大面积装置。近日, 中国科学院化学研究所JizhengWang联合厦门大学Cheng Li 使用CsF通过两步法将Cs掺入钙钛矿膜中。
结果表明,CsF可以有效地扩散到PbI2种子膜中,并大大增强钙钛矿结晶,从而形成高质量的Cs掺杂钙钛矿膜,具有非常长的光致发光载流子寿命(1413 ns),显著提高的光稳定性,热稳定性和湿度稳定。所制备的PSC显示出超过21%的功率转换效率(PCE),并且它们具有高度热稳定性:在60℃下300小时的老化测试中,PCE原始值的96%。
Yi,X. Chen, X. Wang, J. et al. Incorporating CsF into the PbI2 Film forStable Mixed Cation‐Halide Perovskite SolarCells. Angew. 2019.
DOI:10.1002/aenm.201901726
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901726
6. Angew: 明亮黄光的Ag掺杂无铅Na-In双钙钛矿纳米晶
无铅卤化钙钛矿纳米晶(NCs)已引起广泛关注,以解决铅钙钛矿毒性和不稳定性的问题。近日,中国科学院化学物理研究所韩克利研究团队通过变温热注射成功合成了直接带隙双钙钛矿未掺杂和Ag掺杂Cs2NaInCl6 NC。由于黑暗的自陷激子(STEs),Cs2NaInCl6 NC几乎没有光致发光。
有趣的是,通过掺杂Ag +产生明亮的黄色发光,可以将黑色STE转化为光亮的STE,最高的光致发光量子效率为31.1%。通过超快速瞬态吸收(TA)技术直接观察到黑暗的STEs。此外,Ag掺杂的NC显示出比未掺杂的更好的稳定性。该结果为增强无铅钙钛矿NC的光学性能提供了一种新方法,用于高性能光发射器。
Han,P. Han, K. et al. Lead‐Free Na‐In Double Perovskite Nanocrystals Through Doping Ag+ forBright Yellow Emission. Angew.2019.
DOI: 10.1002/ange.201909525
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.201909525
7. Angew综述:表面等离激元共振显微镜:从单分子传感到单细胞成像
表面等离激元共振显微镜(SPRM)是用于化学及生物领域传感和成像的通用平台。近些年在从单分子传感到单细胞成像等应用研究方面已经取得了很大进展。近日,中科大Xian-Wei Liu,亚利桑那州立大学Shaopeng Wang等介绍了SPRM的原理和仪器。总结了SPRM在单个实体分析中的广泛而令人兴奋的应用。最后,讨论了与SPRM相关的挑战和限制以及潜在的解决方案。
Xiao-LiZhou, Yunze Yang, Shaopeng Wang,* and Xian-Wei Liu*. Surface Plasmon ResonanceMicroscopy: From Single‐Molecule Sensing to Single‐Cell Imaging.Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201908806
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201908806
8. Angew:双金属MOFs中铑(II)节点的选择性催化化学
近日,南卡罗来纳大学Donna A. Chen,Natalia B. Shustova,田纳西大学Konstantinos D.Vogiatzis等报道了在晶体金属-有机框架(MOF)的金属节点处由高度分散的位点催化的气相反应的研究。作者发现,CuRhBTC(BTC3-=苯三甲酸酯)具有氢化活性,而其它同构单金属和双金属MOF则没有活性。
作者通过多种技术表征证实了CuRhBTC中Rh的氧化态为+2,这是Rh在之前的晶体MOF金属节点没有观察到过的氧化态。这些Rh2+位点可在室温下催化丙烯加氢制丙烷,并且MOF结构可稳定反应条件下的Rh2+氧化态。DFT计算表明,氢解离和丙烯吸附发生在Rh2+位点上。
DeependraM. Shakya, Konstantinos D. Vogiatzis,* Natalia B. Shustova,* Donna A. Chen*, etal. Selective Catalytic Chemistry at Rhodium(II) Nodes in BimetallicMetal–OrganicFrameworks. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201908761
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201908761
9. Angew: 核壳结构的ZIF-8包覆纳米多孔金催化剂用于电催化固氮
电化学固氮对解决能源短缺和环境污染问题具有重要意义,然而传统贵金属催化剂成本高昂,储量有限,且催化稳定性较差,因此,开发新的低成本、高催化、高稳定性的NRR电催化剂是一个巨大的挑战。
近日,天津师范大学的杜淼教授团队制备了具有核-壳结构的沸石咪唑酯骨架ZIF-8包覆纳米多孔金催化剂(PAu-ZIF-8),用于常温常压电催化固氮合成氨。该PAu-ZIF-8催化剂具有优异的NRR电催化性能,在0.1mol/L的Na2SO4溶液中,氨产率可达28.7μg/h/cm2,法拉第效率高达44%,并且具有很好的稳定性和选择性,性能远远优于传统的多孔金、ZIF-8或纳米金催化剂,有望在电化学固氮领域得到广泛应用。
YijieYang, Shu-Qi Wang, Haoming Wen, Tao Ye, Jing Chen, Cheng-Peng Li, Miao Du*.Nanoporous Gold Embedded ZIF Composite for Enhanced Electrochemical NitrogenFixation. Angew. Chem. Int. Ed., 2019
DOI:10.1002/anie.201909770
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909770
10. Angew: 锂盐介导的共价三嗪框架的合成助力高稳定锂金属电池
金属锂负极凭借其高理论比容量和最低的氧化还原电势等优势而成为构建新一代高比能二次电池的首选。然而,严重的枝晶生长以及由此诱导的安全问题限制了金属锂负极的实际应用。在本文中,瑞典弗莱堡大学的Jang Wook Choi与Ali Coskun等以LiTFSI为催化剂在离子热条件下对1,4-二氰基苯进行聚合合成了共价三嗪框架(CTF)。
LiTFSI在这个反应中不仅作为催化剂,还能够促进原位生成LiF并使其在框架中均匀分布。他们将这种CTF-LiF负载在气辅纸(AP)上后形成了一种分层结构,这种结构中CTF提供亲锂性、LiF有助于提升界面稳定性而AP则提供了足够的储锂空间。基于上述协同效应,CTF-LiF-Li负极即便在10mA/cm2的高电流密度下也表现出优异的循环稳定性。
Tianhong Zhou, Jang Wook Choi, Ali Coskun et al, Lithium Salt Mediated Synthesis of a CovalentTriazine Framework for Highly Stable Lithium Metal Batteries, Angewandte ChemieInternational Edtion,2019
DOI: 10.1002/anie.201908513
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201908513?af=R
11. Adv. Sci.:Janus纳米子弹用于增强协同的抗肿瘤转移免疫疗法
光动力疗法(PDT)可以有效治疗原发性肿瘤,但对远处的转移瘤往往无效。大连理工大学孙文博士和中科院苏州生物医学工程技术研究所董文飞研究员合作,利用免疫原性纳米颗粒介导的联合PDT和磁热治疗来协同增强抗肿瘤转移的免疫疗法。实验利用肿瘤细胞膜对该Janus纳米子弹进行包裹得到M-MONs@Ce6,它具有良好的肿瘤靶向效果和较长的血液循环时间。
结果表明,PDT和磁热疗法相结合后具有很强的协同抗癌活性,并会引发免疫原性细胞死亡,从而产生肿瘤特异性免疫反应。在进一步结合抗CTLA-4抗体后,该仿生纳米颗粒可显著清除原发和转移性肿瘤。
ZhengWang, Dan Shao, Wen Sun, Wen-Fei Dong. et al. Janus Nanobullets Combine Photodynamic Therapy and Magnetic Hyperthermia to Potentiate Synergetic Anti-Metastatic Immunotherapy. Advanced Science. 2019
DOI:10.1002/advs.201901690
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.201901690
12. ACS Catal.: TiO2负载Pt/MoOx异相催化剂用于低温CO2加氢制甲醇
二氧化碳电催化还原制备有机物对于解决能源危机和温室效应具有重要意义,尤其是CO2加氢制备甲醇在工业上具有巨大的发展前景。目前,CRR催化剂依然存在催化选择性不高、低温催化活性较低等问题,因此设计制备高催化活性和高选择性的CRR催化剂仍是一个较大的挑战。
鉴于此,日本京都大学和北海道大学的Ken-Ichi Shimizu教授团队利用顺序浸渍法和氢还原法制备了TiO2负载Pt/MoOx异相催化剂(Pt/MoOx@TiO2),Pt和MoOx高度分散在TiO2上,Pt纳米颗粒的平均粒径为2.7nm,该催化剂在较低的反应温度(150℃)下就拥有高的催化活性和对CH3OH的选择性,这归因于Pt和MoOx的协同效应。而且研究发现,Pt和Mo的相对含量对催化活性和选择性具有重要影响,当Pt含量为3wt%,MoO3含量为30wt %时,制备的Pt(3)/MoOx(30)@TiO2催化剂的性能最优。该工作为提高CRR催化剂的选择性和活性提供了一种新的思路。
Takashi Toyao*,Shingo Kayamori, Zen Maeno, S. M. A. Hakim Siddiki, Ken-ichi Shimizu*.Heterogeneous Pt and MoOx Co-Loaded TiO2 Catalysts forLow-Temperature CO2 Hydrogenation to Form CH3OH. ACSCatal., 2019.
DOI: 10.1021/acscatal.9b01225
https://doi.org/10.1021/acscatal.9b01225