电催化还原硝酸盐制备NH3是具有前景和环境友好的制氨技术。但是电催化还原硝酸盐为8电子过程，反应动力学非常缓慢，而且人们对于反应机理并不清楚。有鉴于此，苏州大学晏成林、路建美等报道通过一系列Pd合金属烯（PdM, M=Fe, Co, Ni, Cu）研究催化剂的电催化还原硝酸盐制氨的催化剂结构-性能关系。1）超薄的金属烯暴露丰富的催化活性位点，过渡金属掺杂打破电子结构，并且提高d能带中心的位置，从而改善中间体吸附。2）这些催化剂的各向异性电子结构使得催化剂的规律为PdCu>PdCo≈PdFe>PdNi>Pd，PdCu的中性电催化生成NH3的产率达到纪录的295 mg h-1 mgcat-1，法拉第效率达到90.9 %。详细的研究结果说明适中的氮吸附（*NO3和*NO2），增强的*NO活化能力，更低的HER催化活性有助于生成NH3。作者认为这些研究结果有助于设计NO3还原电催化剂。 Yuanbo Zhou, Lifang Zhang, Zebin Zhu, Mengfan Wang, Najun Li, Tao Qian, Chenglin Yan, Jianmei Lu, Optimizing Intermediate Adsorption over PdM (M = Fe, Co, Ni, Cu) Bimetallene for Boosted Nitrate Electroreduction to Ammonia, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202319029https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2023190292.Angew：设计芳基多孔材料光催化制备H2O2发展稳定高效率的光催化制备H2O2的光催化剂非常重要，但是存在非常大的挑战。有鉴于此，东北师范大学朱广山、谭华桥、陶鑫等合成了D-A交替排列的基于环八四噻吩(cyclooctatetrathiophene)光活性多孔芳烃骨架材料PAF（porous aromatic frameworks），实现了优异的光催化制备H2O2性能。1）通过与三嗪电子受体结合构筑的PAF-363表现优异的可见光催化合成H2O2性能，在牺牲试剂存在下的光催化合成H2O2速率达到11733 μmol g-1 h-1，没有牺牲试剂时的光催化合成H2O2速率达到3930 μmol g-1 h-1。2）实验和理论计算结果说明PAF-363的电荷转移和O2吸附位点都位于COTh结构，这能够促进ORR反应生成H2O2。这项工作说明通过D-A结构的设计取向、优化电荷转移位置、O2吸附位点方式设计的COTh-PAF能够实现优异的光催化制备H2O2。Linzhu Cao, Cong Wang, He Wang, Xinmeng Xu, Xin Tao, Huaqiao Tan, Guangshan Zhu, Rationally Designed Cyclooctatetrathiophene-Based Porous Aromatic Frameworks (COTh-PAFs) for Efficient Photocatalytic Hydrogen Peroxide Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202402095https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024020953.JACS：阳离子和催化剂结构在调节Pt电极碱性析氢过程中的协同作用碱性介质中析氢反应 (HER) 的动力学是碱性水电解槽的核心反应，传统的基于吸附的活性描述符无法准确捕获。因此，减水或 HER 速率的确切机制和主要驱动力仍然存在激烈争论。在这里，莱顿大学Marc T. M. Koper报道了在碱性条件下对 Pt 单晶电极上的 pH 和阳离子依赖性 HER 速率进行了广泛的动力学测量。1）研究发现与 Pt 阶梯位点相互作用的阳离子控制 HER 活性，而它们仅与 Pt(111) 和 Pt(100) 阶地相互作用较弱，因此，阳离子不会影响阶地位点上的 HER 动力学。这通过阶梯式 Pt 表面与不具有阶梯特征的 Pt 表面（例如 Pt(111)）上的 pH 和阳离子浓度的函数不同的活性趋势反映出来。 2）研究表明，通过选择性吸附原子沉积来合理调整这些阶梯-阳离子相互作用并选择最佳电解质组成，可以优化 HER 活性。因此，研究工作表明，催化剂和电解质必须结合定制才能实现尽可能高的 HER 活性。Akansha Goyal, et al, Alkaline Hydrogen Evolution on Pt Electrodes, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c11866https://doi.org/10.1021/jacs.3c118664.JACS: 一种笼状金属有机框架用于增强 C2H2/CO2 和 C2H2/C2H4 分离由于 C2H2 与 CO2 和 C2H4 具有相似的物理和化学性质，因此在石化工业中将 C2H2 与 CO2 和 C2H4 分离非常重要，但也极具挑战性。在此，福建理工大学张磊，中山大学陈成侠，北德克萨斯大学马胜前教授基于网状化学，通过缩小吡啶和羧酸官能化连接体的尺寸并引入氟化物和硫酸盐桥接钴簇，完成了笼状混合配体MFOF-1的孔纳米空间工程策略。1）与原型MFOF-1相比，具有相同拓扑结构的FJUT-1由于笼腔尺寸减小、孔表面功能化和适当的孔体积而显着提高了C2H2吸附能力和选择性C2H2分离性能。2）氟化物和硫酸盐桥接立方烷型四核钴簇的引入，使FJUT-1在恶劣条件下具有优异的化学稳定性，同时提供多个潜在的C2H2结合位点，从而为实际的C2H2分离应用提供了足够的能力，这一动态穿透证实了这一点在干燥和潮湿条件下进行实验。3）理论计算表明了独特的结合机制，其中涉及CH·O、C·H·F和其他范德华力的多重超分子相互作用在选择性C2H2分离中发挥着关键作用。Lei Zhang, et al, Isoreticular Contraction of Cage-like Metal−Organic Frameworks with Optimized Pore Space for Enhanced C2H2/CO2 and C2H2/C2H4 Separations, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.3c120325.JACS：d-π 共轭聚合物的自旋磁效应增强水氧化中的 O-H 裂解深入了解自旋磁效应对 O−H 裂解的作用机制对于开发新型水氧化催化剂至关重要。有鉴于此，北京师范大学Liu Lin，Zemin Sun，南开大学Zhenhua Yan设计并合成了晶体Fe-DABDT和Co-DABDT（DABDT = 2,5-二氨基苯-1,4二硫醇）并优化了有效磁矩，以探索自旋磁效应在水氧化调节中的作用活动。可以发现催化剂的OER活性与其有效磁矩呈正相关。1）在外磁场作用下，具有更多自旋单电子的Fe-DABDT比Fe/Co-DABDT和Co-DABDT对水氧化具有更强的自旋磁响应。Fe-DABDT的OER电流增加量比Co-DABDT高近2倍。2）实验和密度泛函理论研究表明，磁化的Fe位点可以实现亲核反应，加速电子自旋态的极化，促进OH的极性分解和O−O键的形成。这项研究为析氧反应的自旋磁效应提供了机理见解，并进一步了解催化活性的自旋起源，有望提高制氢的能源效率。Liu Lin, et al, Spin-Magnetic Effect of d‑π Conjugation Polymer Enhanced O−H Cleavage in Water Oxidation, J. Am. Chem. Soc., 2024https://doi.org/10.1021/jacs.3c119076.JACS：14.8% 量子效率磷化镓光催化剂用于析氢磷化镓是一种成熟的用于从水中析出 H2 或 O2 的光电极材料，但用于析氢的颗粒基 GaP 光催化剂非常罕见。为了了解其原因，加州大学戴维斯分校Frank E. Osterloh研究了悬浮 n 型 GaP 颗粒的光催化析氢反应 (HER)，以碘化物、亚硫酸盐、铁氰化物、亚铁离子和氢硫化物作为牺牲电子供体，并使用 Pt、RhyCr2−yO3 和 Ni2P HER助催化剂。 1）在去除 GaP 表面的镓和氧化物电荷俘获态、添加 Ni2P 助催化剂以降低质子还原过电势、降低 GaP−助催化剂界面处的肖特基势垒、调节GaP-液体界面耗尽层的极性，并优化电子供体的电化学势。这项工作不仅展示了控制悬浮光催化剂中电荷分离的主要因素，而且还解释了为什么文献中大多数已知的 HER 光催化剂都是基于 n 型而不是 p 型半导体。Kathleen Becker, et al, 14.8% Quantum Efficient Gallium Phosphide Photocatalyst for Hydrogen Evolution, J. Am. Chem. Soc., 2024DOI: 10.1021/jacs.3c14545https://doi.org/10.1021/jacs.3c145457.Nature Commun.：无线无电池的眼调节贴片用于治疗高度近视适当的眼轴长度是实现正视的关键。有鉴于此，电子科技大学薛欣宇教授、钟捷研究员等人开发了一种无线无电池的眼调节贴片，并将其用于矫正高度近视和防止复发。1）该贴片由压电换能器、电化学微驱动器、药物微针阵列、μ-LED、柔性电路和具有生物相容性的封装材料所组成。研究发现，外部超声可对该系统进行无线供电和控制。电化学微驱动器则能够驱动后巩膜向内，因此其在精准缩短眼轴长度的过程中具有重要作用，可确保在视网膜上实现精确的场景成像。2）与此同时，药物微针阵列可将核黄素递送到后巩膜，并且μ-LED的蓝光能够诱导胶原交联，以增强巩膜的强度。体内实验结果表明，该贴片可成功地缩短兔眼的眼轴长度（约1217 μm），并显著提高巩膜强度（387%）。此外，该系统也可在无需电池的情况下实现有效的体内运行。综上所述，该研究构建的贴片有望为临床治疗高度近视提供一个新的途径。 Tianyan Zhong. et al. A wireless battery-free eye modulation patch for high myopia therapy. Nature Communications. 2024https://www.nature.com/articles/s41467-024-46049-68.Nature Review Mater：高熵材料在能源和电子学领域的应用高熵材料HEM（High-entropy materials）能够通过选择特定元素或者调节各种元素化学计量比调节材料，因此高熵材料的性质非常容易调控，从而使得高熵材料具有广泛的应用前景。有鉴于此，卡尔斯鲁厄理工学院Ben Breitung、Torsten Brezesinski、Jasmin Aghassi-Hagmann、Horst Hahn等总结高熵材料在能源和电子学领域的发展前景。1）作者重点总结介绍2015年开始出现的离子/共价陶瓷材料。目前这种离子/共价陶瓷材料的发现仍处于初期，作者对高熵材料改善材料和器件性能的一些研究进行总结讨论。2）对于未来高熵材料研究领域的材料性质、主体、影响之间的关系进行总结。对高熵材料的鸡尾酒效应（cocktail effects）、晶格畸变、组分自由度等以上角度进行总结，并且将这些效应与材料性质改变的关系进行总结。Schweidler, S., Botros, M., Strauss, F. et al. High-entropy materials for energy and electronic applications. Nat Rev Mater (2024)DOI: 10.1038/s41578-024-00654-5https://www.nature.com/articles/s41578-024-00654-5
