1.Nature Materials：一种普适性的粉末纤维化方法将粉末以无损的方式加工构筑具有丰富结构和功能的宏观材料具有不可估量的科学意义和价值，但是这对于传统的加工技术仍然是一个巨大的挑战。有鉴于此，浙江农林大学孙庆丰、华中科技大学翟天佑、李会巧等开发了一种通用的粉末材料纤维化方法。这种纤维化方法使用二维纤维素将多种多样的粉末材料加工成微/纳米纤维，二维纤维素能够为颗粒提供结构支撑，并且保留材料自身的特性和结构。1）研究发现，自收缩力驱动二维纤维素和粉末颗粒发生褶皱并且在滚动的状态下形成纤维，这个过程的发生条件温和，从而避免粉末颗粒发生团聚或损坏其结构。我们对120多种纤维样品进行制备，能够对各种粉末（不同形态、密度和粒度的元素、化合物、有机物和混合物）进行纤维化处理。2）制备的纤维具有可调节直径和颗粒含量的特点，并且很容易构建具有各种各样几何形状的高性能宏观材料，可能应用于多种领域。这种粉末纤维化策略实现了一种通用、强大和非损伤的处理方法，将初级纳米颗粒与宏观尺度的应用连接起来。 Wang, H., Zeng, C., Wang, C. et al. Fibration of powdery materials. Nat. Mater. (2024)DOI: 10.1038/s41563-024-01821-3 https://www.nature.com/articles/s41563-024-01821-32.Nature Chemitry：光诱导硫酰胺分子多个化学键的协同旋转人们在一些生物系统中提出了光诱导能够产生多个化学键的协同旋转。但是在合成系统中观察这种现象是个挑战，特别是表征光诱导多个化学键的旋转。有鉴于此，北海道大学Akira Katsuyama、Satoshi Ichikawa等报道硫族原子取代的苯甲酰胺分子体系在杂原子的化学键发现光诱导导致两个化学键旋转的现象。1）将硫族取代基引入具有空间位阻的苯甲酰胺分子使得分子具有足够的动力学稳定性和光敏性，从而能够在光诱导作用下产生化学键的协同旋转。当硫酰胺分子的苯环上存在两个不同的取代基，因此能够在光诱导化学键旋转过程中形成一对对映异构体和E/Z异构体。2）使用这四种立体异构体实现了对分子的特定化学键的旋转，监测了硫酰胺衍生物中光诱导的C–N/C–C协同键旋转。研究发现化学键的旋转取决于温度和光照等外部刺激。作者通过理论计算说明这种选择性光诱导过程的C-N/C-C化学键协同旋转的机制。 Nagami, S., Kaguchi, R., Akahane, T. et al. Photoinduced dual bond rotation of a nitrogen-containing system realized by chalcogen substitution. Nat. Chem. (2024)DOI: 10.1038/s41557-024-01461-9https://www.nature.com/articles/s41557-024-01461-93.Nature Synthesis：智能原子机器人合成磁性纳米石墨烯具有单个化学键精度的碳基量子材料的原子规模制造在推进具有非常规性质的定制量子材料方面具有巨大前景，同时对于下一代自旋电子器件和量子信息技术的发展至关重要。表面辅助合成和探针辅助操作等表面化学方法面临着难以控制反应选择性的问题，以及面临着难以进行扩展、生产效率低的局限。有鉴于此，新加坡国立大学吕炯、Chun Zhang、清华大学王笑楠等报道将探针化学技术和人工智能结合，发展了化学家直觉式原子机器人探针（chemist-intuited atomic robotic probe）概念。这种方法能够进行原子精度的单分子操作，并且合成精度达到单个化学键的单分子量子π磁体。1）通 1) 过深度神经网络将复杂的探针化学过程转化为机器可操作的任务。同时，通过提取数据的关键化学信息，从而能够以化学家直觉的认识方式理解难以捉摸的反应机制。2）通过实验和理论的结合研究，发现电压控制的双电子激发能够诱导产生六键同步结构转变，以扩展由苯基C(sp2)-H键激活触发的单分子量子π-磁体的锯齿形边缘拓扑，实验结果与深度神经模型给出的初始推测相互符合。这项研究实现了从自主制造到智能合成的转变，选择性和操作的精度比现有合成工具更好，改进了有机量子材料的合成方法，有助于实现在芯片上集成有机量子材料。 Su, J., Li, J., Guo, N. et al. Intelligent synthesis of magnetic nanographenes via chemist-intuited atomic robotic probe. Nat. Synth (2024)DOI: 10.1038/s44160-024-00488-7https://www.nature.com/articles/s44160-024-00488-74.Chem. Rev.：原位紫外-可见-近红外吸收光谱与催化紫外-可见-近红外的光子能量范围包括4000–50000 cm–1之间的波数或200–2500 nm之间的波长。近日，鲁汶大学Robert A. Schoonheydt、Bert F. Sels、斯坦福大学Edward I. Solomon综述研究了催化中的原位紫外-可见-近红外光谱。 1) 1) 作者讨论了确定反应机理、动力学和结构性质的各种实验技术。在光催化中，作者讨论了通过瞬态吸收进行的飞秒和纳秒分辨测量，以跟踪激发态。紫外-可见-近红外吸收光谱可用于结构表征，特别是用于Cu和Fe交换的沸石和金属酶。2) 紫外-可见-近红外吸收光谱可以在过渡金属催化剂上跟踪多种现象，包括氧化态、吸附、反应、载体相互作用、表面等离子体共振和带隙变化。此外，紫外-可见-近红外吸收受到宽吸收带的影响，其可以跟踪酸性沸石上的焦化反应。Max L. Bols et.al In Situ UV–Vis–NIR Absorption Spectroscopy and Catalysis Chem. Rev. 2024DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00602https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00602在过去的十年间人们见证了凝聚态物理学领域的不平凡能带拓扑结构，而且发现了奇异的拓扑材料。最近拓扑物理学的概念拓展到化学领域，并且促使提出拓扑催化概念。理论上拓扑效应应该可以在催化反应中被探测，但是目前还不曾出现拓扑催化现象的报道。有鉴于此，中国科学技术大学曾杰、王征飞等报道通过控制Bi2Se3纳米片的厚度和调节施加磁场，能够精确的控制Bi2Se3的拓扑表面态（topological surface state），并且在Bi2Se3电催化还原CO2的实验中直接观测发现拓扑催化现象，这种拓扑催化现象能够影响产物的分布和电催化反应的法拉第效率。1）当电催化反应中存在拓扑表面态的作用，CO2电催化还原反应以较高的法拉第效率（-1.1 V 过电势的法拉第效率达到90%）生成液体产物（HCOOH和H2C2O4）；当电催化反应不在拓扑表面态的作用，以非常低的法拉第效率生成CO。 2）理论计算结果说明产物的不同和法拉第效率的区别来自于拓扑表面态影响关键中间体物种的吸附，以及影响了电势决定步骤的能垒。这项研究说明能带拓扑结构和电催化反应之间存在着密切关系，这为设计高性能电催化剂提供新方法和可能。Xiangdong Kong, Zhao Liu, Zhigang Geng, An Zhang, Ziyang Guo, Shengtao Cui, Chuan Xia, Shijing Tan, Shiming Zhou, Zhengfei Wang*, and Jie Zeng*, Experimental Demonstration of Topological Catalysis for CO2 Electroreduction, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11088https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c110886.Nature Commun.：锆和铪催化的碳碳单键硼氢化C-C单键的选择性断裂和随后的功能化是合成有机化学中的一个基本挑战。传统上，使用化学计量的过渡金属配合物实现C-C单键的活化。最近，开发了使用贵金属的催化过程的例子。然而，使用廉价和地球上丰富的第四族金属进行催化C-C单键断裂在很大程度上还不发达。中国科学院兰州化学物理研究所吴立朋等报道了锆催化的C-C单键断裂和随后的硼氢化反应是使用Cp2ZrCl2作为催化体系实现的。1）各种γ-硼化胺的一系列结构很容易获得，否则很难获得。机理研究揭示了N–ZrIV物种的形成，然后β-碳消除途径导致C–C单键活化。除了锆之外，铪在这种转变中也表现出类似的性能。2）作者的工作为C-C单键硼氢化反应提供了另一种催化方法，并建立了键活化模型和IV族过渡金属的催化应用。Li, S., Jiao, H., Shu, XZ. et al. Zirconium and hafnium catalyzed C–C single bond hydroboration. Nat Commun 15, 1846 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-45697-yhttps://doi.org/10.1038/s41467-024-45697-y7.Angew：异质结内建电场调节氢氧中间体吸附增强电催化分解水 碱性电解水是氢能经济成为现实的关键，设计和发展高效稳定的HER-OER双功能电催化剂是得到高效率碱性电解水的重要一步。有鉴于此，南开大学焦丽芳、青岛大学龙云泽、杨磊等设计合成了一种催化剂，这种催化剂是WC1-x/Mo2C纳米粒子嵌入碳纳米纤维，因此具有丰富的界面，并且实现了优异的HER、OER电催化活性和稳定性。1）由于Mo2C能够向WC1-x发生电子转移，因此WC1-x/Mo2C@CNF催化剂实现了优异的HER和OER电催化活性。将WC1-x/Mo2C@CNF用于膜电解槽的阳极和阴极电催化剂表现优异的催化活性和稳定性，在200 mA cm-2较高的电流密度能够稳定工作100 h。2）通过实验表征和理论计算模拟结果说明因为功函的区别产生内建电场，内建电场产生不对称的电荷分布，因此WC1-x/Mo2C@CNF催化剂的d能带中心的位置得到调控，改善氢/氧中间体物种的吸附强度，促进全分解水的反应动力学。这项工作有助于发展和设计高活性的电催化剂。 Wenjie Zhang, Lei Yang, Zhi Li, Guangzhi Nie, Xuejie Cao, Zizheng Fang, Xiaojun Wang, Seeram Ramakrishna, Yunze Long, Lifang Jiao, Regulating Hydrogen/Oxygen Species Adsorption via Built-in Electric Field -Driven Electron Transfer Behavior at the Heterointerface for Efficient Water Splitting, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202400888https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024008888.ACS Nano：超疏氧/超亲水多维电极系统用于高电流密度水电解水电解法是一种具有代表性和可靠性的清洁能源--氢气的绿色生产，是一种很有发展前途的可再生能源。从经济和工业的角度来看，开发富含稀土的非贵金属基双功能催化剂，同时表现出对析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的高催化活性和稳定性是至关重要的；然而，到目前为止，这些类型的催化剂还没有被构建出来，特别是用于工业水平的大电流密度水电解。近日，高丽大学Hyesung Park，成均馆大学Jeong Min Baik，东国大学Young-Kyu Han以异质结构零维(0D)−一维(1D)PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ(PbSCF)-Ni3S2为研究对象，通过界面和形态工程的方法制备了一种自支撑催化电极。1）PbSCF-Ni3S2体系的这种独特的多维纳米结构显示出超疏氧/超亲水特性，并最大限度地暴露了高活性的异质界面，使PbSCF-Ni3S2电极在HER和OER中都具有出色的电催化性能，并在高电流密度(500 mA cm−2,500h)下的整体水电解过程中具有出色的操作稳定性。这项研究为高效稳定的大规模制氢系统的催化电极的开发提供了重要的启示。Seulgi Jeong, et al, Superaerophobic/Superhydrophilic Multidimensional Electrode System for HighCurrent-Density Water Electrolysis, ACS Nano, 2024DOI: 10.1021/acsnano.3c12533 https://doi.org/10.1021/acsnano.3c12533
