1. JACS：载体的金属亲和力决定了金催化剂的烧结
多相催化反应过程中的烧结是负载型金属纳米颗粒催化剂中最臭名昭著的失活通道之一。因此，了解载体对烧结行为的影响至关重要。近日，北京科技大学Yang He，清华大学李隽通过使用原位像差校正的透射电子显微镜和计算模型，揭示了金纳米粒子和各种载体之间的原子级动态相互作用。
本文要点：
1）研究发现，与无定形二氧化硅上的金纳米粒子（Au/SiO2）相比，二氧化铈上的金纳米粒子（Au/CeO2-x）具有更小的接触角，并且明显更不容易移动，尤其是在表面台阶处。
2）类似于亲水性，研究人员将小纳米颗粒的移动性归因于金属亲和力，其决定了金属和支撑材料之间的相互作用。
3）研究人员利用从头算分子动力学(AIMD)和基于机器学习的深势分子动力学(DPMD)模拟直接捕捉了二氧化硅表面的聚结过程和金在二氧化铈上的强钉扎。原子尺度的实验和理论结果表明，活性和惰性载体的金属亲和力是与多相催化剂的烧结和失活相关的关键描述符。
Jin-Cheng Liu, et al, Metal Affinity of Support Dictates Sintering of Gold Catalysts, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c06785
https://doi.org/10.1021/jacs.2c06785
2. JACS：富缺陷氧化铈包埋的Pt原子单层催化剂用于高效氧化CO
金属位点的局部配位结构本质上决定了负载型金属催化剂的性能。基于此，北京工业大学Yue Lu，弗吉尼亚理工学院Hongliang Xin，中佛罗里达大学Fudong Liu利用表面缺陷富集策略，成功地制备了一种铂原子单层（PtASL）结构，该结构具有100%的金属分散性和精确控制的局部配位环境（嵌入与吸附）,该局部配位环境来源于CeO2−Al2O3载体上的Pt单原子（Pt1）。
本文要点：
1）采用初湿浸渍法制备了CeO2负载量为30 wt %的CeO2/Al2O3载体（CA），并通过H2还原处理用于缺陷富集。为了实现CA上缺陷富集的最佳还原温度，在不同温度下确定还原CA载体，并负载1 wt % Pt用于活化后的CO氧化测试基于获得的最高CO氧化性能，研究人员确定CA上的最佳缺陷富集条件为在750 ℃下在10% H2/Ar中还原2 h。使用该最佳条件制造具有缺陷富集的CA载体和1.0Pt/ CA催化剂，并命名为CA-HD和1.0Pt/CA-HD (HD表示“高密度”缺陷)。
2）研究人员在CA和CA-HD载体上制备了含0.25wt%Pt的仅显示Pt1物种的Pt催化剂，AC-STEM结果证实了这一点。这种仅有Pt1的催化剂可命名为Pt1/CA和Pt1/CA-e（-e表示在CA-HD上‘嵌入’Pt物种）。研究发现，Pt1的局部配位环境不仅决定了其催化活性，还决定了Pt1在还原活化时的结构演变。
3）结果显示，嵌入CeO2晶格的PtASL用于CO氧化具有最高的周转频率，是吸附在CeO2表面的PtASL的3.5倍，是Pt1的10-70倍。进一步的研究表明，CO在嵌入的PtASL上的良好吸附和CeO2中晶格氧的活化/反应性的改善有效地促进了CO的氧化。
这项工作为精确控制活性金属位点的局部配位结构提供了新的见解，以同时实现100%的原子利用效率和目标反应的最佳内在催化活性。
Shaohua Xie, et al, Pt Atomic Single-Layer Catalyst Embedded in Defect-Enriched Ceria for Efficient CO Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c08902
https://doi.org/10.1021/jacs.2c08902
3. JACS：用于高效CO2电还原制乙烯的单原子Ni和纳米Cu耦合的复合催化剂
二氧化碳还原利用对实现2055年二氧化碳净零排放的目标至关重要。近日，哥伦比亚大学Chen Jingguang G.、爱荷华州立大学Huang Wenyu、Qi Long、弗吉尼亚大学Zhang Sen发现在电催化CO2还原反应中，通过将单原子Ni和纳米Cu进行耦合得到的复合催化剂，能够在催化过程中利用C-C偶联提高乙烯的合成效率。
本文要点：
1) 锚定在高比表面积有序介孔碳上的单原子Ni能够在宽电势范围内实现CO2向CO的高速选择性转化，并且CO能够在Cu纳米线（NW）上富集，通过C–C偶联合成乙烯。
2) 原位表面增强红外吸收光谱（SEIRAS）证实，单原子Ni的掺入能够显著增强CO在Cu上的富集。此外，原位X射线吸收近边缘结构（XANES）证明，混合催化剂在CO2RR期间能够保持结构稳定性。并且在碱性液流电池中，通过优化组分后的催化剂在-0.5 V (vs. RHE), 100 mA·cm–2的电流密度下的法拉第效率（FE）高达66%。
Yin Zhouyang et.al Hybrid Catalyst Coupling Single-Atom Ni and Nanoscale Cu for Efficient CO2 Electroreduction to Ethylene JACS 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c09773
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c09773
4. JACS：具有孤立缺电子钴位点的二维范德华异质结构用于高效CO2电还原
电化学CO2转化是可持续化学燃料生产的一种极具潜力的方法，但转化效率受到缓慢的动力学和复杂的反应机理的限制。近日，复旦大学张立明教授将超薄共轭金属卟啉共价有机骨架的二维范德华异质结构来催化CO2还原。
本文要点：
1) X射线吸收和密度泛函理论计算表明，强层间耦合作用能够形成具有电子缺陷金的属中心，并加速电催化反应动力学过程。
2) 在H-电池中，Co（III）-N4活性中心在8.2 mA cm-2的电流密度下的法拉第效率高达97%，并且能够在30小时内稳定运行。
3) 在液流电池中，在电流密度为191 mA cm-2时，Co的选择性接近99%，在−1.15 V(vs RHE)下转换频率达到50400 h-1，这优于大多数有机金属框架催化剂。
Gu Huoliang et.al A Two-Dimensional van der Waals Heterostructure with Isolated Electron-Deficient Cobalt Sites toward High-Efficiency CO2 Electroreduction JACS 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c07601
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c07601
5. JACS：掺磷单晶四元硫化物纳米带实现高效可见光催化析氢
促进半导体的电荷分离和传输对于提高太阳能制氢的转换效率至关重要。为此，通过元素掺杂来操纵电荷动力学已经引起了人们的广泛关注。近日，中国科学技术大学俞书宏院士将磷（P）掺杂到二维（2D）单晶四元硫化物（SCQS）纳米带中，实现了高效的光催化制氢。
本文要点：
1) 通过研究P掺杂后的载流子动力学发现，P的引入能够使带隙变窄，从而抑制光生载流子的复合和增加电导率，而这些都有助于提高其催化性能。同时，生成的单晶结构和暴露的（0001）面有利于载流子传输和光催化制氢。
2) 在没有助催化剂的情况下，P掺杂的Cu–Zn–In–S（CZIS）纳米带显示出12.2 mmol h–1 g–1的可见光光催化制氢速率，是原始CZIS纳米带的3.5倍。
Wu Liang et.al Phosphorus-Doped Single-Crystalline Quaternary Sulfide Nanobelts Enable Efficient Visible-Light Photocatalytic Hydrogen Evolution JACS 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c07313
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c07313
6. JACS: X射线圆二色光谱监测分子光解过程中的时间演化手性损失
手性是一种重要的分子性质，它主导着许多化学和生物过程。手性分子的两个对映体不能重叠在它们的镜像上，并与手性受体和手性光发生不同的相互作用。因此，识别和鉴定对映体已成为控制分子手性的重要课题。最成熟的手性识别技术依赖于手性分子（即圆二色性（CD））对左、右圆偏振光吸收的微小差异。近日，加利福尼亚大学Yeonsig Nam、Shaul Mukamel 、庆北大学Daeheum Cho利用时间和频率分辨X射线圆二色性（TRXCD）光谱，从理论上研究了2-碘代丁烷的超快光致手性损失。
本文要点：
1) 在光激发之后，碘原子从手性中心解离，通过量子非绝热分子动力学模拟捕获了手性中心。在泵浦后的可变时间延迟下，共振X射线脉冲通过选定的核-价跃迁选择性地探测参与手性解离的碘和碳原子。碘L1边缘处的TRXCD信号准确地捕获了C–I光解的时间，因此手性损失约为70 fs。
2) 强电偶极子-电四极子（ED-EQ）响应使得该信号在高X射线区域对振动相干特别敏感。在碳K边缘，信号监测2-丁基自由基光产物的分子手性和碘原子的自旋状态。ED-EQ响应被强电偶极子-磁偶极子响应掩蔽，使得该信号对于电子群体特别明显。作者还讨论了核心电子态的演化及其手性灵敏度。
Gu Bing et.al Time-Evolving Chirality Loss in Molecular Photodissociation Monitored by X-ray Circular Dichroism Spectroscopy JACS 2022
DOI：10.1021/jacs.2c08458
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.2c08458
7. JACS：载体的金属亲和力决定了金催化剂的烧结
多相催化反应过程中的烧结是负载型金属纳米颗粒催化剂中最臭名昭著的失活通道之一。因此，了解载体对烧结行为的影响至关重要。近日，北京科技大学Yang He，清华大学Jun Li通过使用原位像差校正的透射电子显微镜和计算模型，揭示了金纳米粒子和各种载体之间的原子级动态相互作用。
本文要点：
1）研究发现，与无定形二氧化硅上的金纳米粒子（Au/SiO2）相比，二氧化铈上的金纳米粒子（Au/CeO2-x）具有更小的接触角，并且明显更不容易移动，尤其是在表面台阶处。
2）类似于亲水性，研究人员将小纳米颗粒的移动性归因于金属亲和力，其决定了金属和支撑材料之间的相互作用。
3）研究人员利用从头算分子动力学(AIMD)和基于机器学习的深势分子动力学(DPMD)模拟直接捕捉了二氧化硅表面的聚结过程和金在二氧化铈上的强钉扎。原子尺度的实验和理论结果表明，活性和惰性载体的金属亲和力是与多相催化剂的烧结和失活相关的关键描述符。
Jin-Cheng Liu, et al, Metal Affinity of Support Dictates Sintering of Gold Catalysts, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c06785
https://doi.org/10.1021/jacs.2c06785
8. Angew：用于水中碘和碘化物高效修复的交联离子有机骨架
在野外和外层空间，碘被广泛用作水消毒的抗菌试剂，但出于健康原因，需要清除残留的碘和碘。目前，去除水中(~5 ppm)的低浓度碘和碘化物仍是一项挑战。此外，关于碘和碘化物在较宽温度范围内(高达90°C)的修复以前没有进行过研究。近日，达特茅斯学院Chenfeng Ke报道了引入三聚氰胺基团来构建离子HCOF-7同时去除碘和碘化物。
本文要点：
1）HCOF-7通过卤素键相互作用吸附碘，通过阴离子交换吸附碘。首先合成具有四个烯丙基-三聚氰胺臂的分子前驱体1，与硝酸共结晶形成1•4H+•4NO3-。然后，这些三聚氰胺基单晶通过光辐照硫醇烯单晶到单晶(SCSC)转化为单晶离子HCOF-7。
2）噻吩-烯交联后，多孔结构稳定。HCOF-7的晶体结构表明，它是第一个通过硝酸盐二聚体连接的多孔有机网络。这些硝酸盐二聚体与HCOF-7中的三聚氰胺基团氢键结合。
3）将HCOF-7用于去除水溶液中的I2或I-，当使用I2•HCOF-7时，NO3-/I-阴离子交换更有效。当I2/I-的加药浓度为5 ppm时，HCOF-7将残留I2/I-浓度在23℃时降低到0.22 ppm，在90℃时降低到0.45 ppm，在较广的温度范围内显示出优异的碘/碘离子去除效率。当碘化水(5ppm的I2/I-)通过时，HCOF-7色谱柱显示出较高的突破体积，在23 °C下记录为20.0 L/g，在23 °C下记录为18.3 L/g。
这些基准明显高于任何已报道的多孔框架材料或多孔聚合物，表明HCOF-7在实际应用中具有广阔的潜力。
Mingshi Zhang, et al, A Crosslinked Ionic Organic Framework for Efficient Iodine and Iodide Remediation in Water, Angew. Chem. Int. Ed. 2022, e202214189
DOI: 10.1002/anie.202214189
https://doi.org/10.1002/anie.202214189
9. ACS Nano：基于环糊精的直接电催化氨合成纳米催化剂
电催化硝酸盐还原反应（NO3–RR）合成氨因其绿色环保的特点而受到越来越多的关注。近日，南开大学刘育、刘玉萍报道了在环境条件下，将纯有机大环化合物α-、β-和γ-环糊精（CD）作为纳米催化剂，实现了高效电催化硝酸盐还原合成氨。
本文要点：
1) 与α-CD和β-CD相比，γ-CD表现出优异的催化性能和高达2.28 mg h–1 cm–2的NH3产率，并且在0.9V （vs. RHE）下法拉第效率（FE）为63.2%。而钾离子配位的γ-CD络合物可以实现最高4.66 mg h–1 cm–2的NH3生成速率，并且NH3 的FE为79.3%。
2) 进一步将NO3–RR与全甲基-γ-CD、d-葡萄糖和聚乙烯醇进行比较表明，CD的典型环状结构和边缘羟基在电催化过程中起着至关重要的作用。含有六个CD和K+介导的3Dγ-CD-K+框架通过氢键相互作用和静电相互作用可以大大增强硝酸盐的富集效应和提高催化反应的传质过程，从而在碱性电解质中表现出高的NO3–RR催化活性。
Dai Xianyin et al. Nanoreactor Based on Cyclodextrin for Direct Electrocatalyzed Ammonia Synthesis ACS Nano 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c06441
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsnano.2c06441
10. ACS Nano：液体金属定制PEDOT:高空间分辨率非接触柔性电子的PSS
基于电场的非接触式柔性电子器件(EF-NFEs)允许人们通过非接触式人机交互的方式与智能设备进行通信，但目前的EF-NFEs检测距离有限(通常<20 cm)，往往缺乏高空间分辨率。基于此，复旦大学沈剑峰和叶明新课题组报道了一种多功能材料，用于制备具有高空间分辨率的EF-NFE器件，以实现人类日常活动的检测。
本文要点：
1）将共晶镓-铟合金(EGaIn)引入聚(3,4-乙二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)链中，制备了Ga-PP材料。EGaIn的引入成功地调节PEDOT链内和链间的相互作用，从而增加Ga-PP链上π电子的积累，有利于提高Ga-PP的电子存储能力和非接触传感能力。所得Ga-PP的水溶性可达约15 mg/mL，与商用PEDOT:PSS相当，因此Ga-PP适用于各种制备EF-NFE器件的策略。
2）作者证明将商业蚕丝织物浸入Ga-PP溶液中5分钟即可获得具有非接触式传感能力的导电纺织品。制备的Ga-PP基导电纺织品(Ga-PP- CT)在检测距离超过1米的情况下，具有优异的非接触式传感灵敏度，在跟踪信号源位置和区分运动状态方面具有优势。令人惊讶的是，即使将Ga-PP-CT放置在水中，也可以用来监测不同运动项目运动员的运动信号，并输出针对不同运动项目的特定非接触响应信号。有趣的是，Ga-PP解决方案本身可以用来构建非接触式传感导电电路，显示出纳入智能电子产品的潜力。
Bin Chen, et al. Liquid Metal-Tailored PEDOT:PSS for Noncontact Flexible Electronics with High Spatial Resolution. ACS Nano 2022
DOI:10.1021/acsnano.2c08760
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08760
11. ACS Nano：金属键合的Pt−Co原子分散在Co4N基质中作为高效电催化剂用于制氢
开发高效的析氢反应（HER）电催化剂对电解水制氢具有重要意义。近日，皇家墨尔本理工大学马天翼、青岛科技大学王磊通过溶剂热法、TA处理和氮化工艺在泡沫镍上将银杏叶状Co4N与具痕量Pt结合具有金属键合的Pt−Co（T-Pt-Co4N）。
本文要点：
1）所合成的电催化剂独特的纳米结构有利于电催化过程中的质量/电子传递，同时也暴露出丰富的活性中心。此外，超亲水/疏水表面有利于加速HER的反应动力学。理论计算表明，通过优化反应动力学，Pt−Co配位键对反应路径有调节作用。
2）因此，合成的T-Pt-Co4N在碱性和中性电解液中对HER表现出优异的电催化性能，并具有良好的长期稳定性。此外，制备的T-Pt-Co4N还可以在太阳能、风能和热能的辅助下实现整体水分解，有利于降低制氢成本。
这一合成策略为开发和制造能源相关领域的催化剂铺平了一条有效的道路。
Zexing Wu, et al, Metallic-Bonded Pt−Co for Atomically Dispersed Pt in the Co4N Matrix as an Efficient Electrocatalyst for Hydrogen Generation, ACS Nano, 2022
DOI: 10.1021/acsnano.2c04090
https://doi.org/10.1021/acsnano.2c04090
