1.中科大Nature Commun：高价态Cr无定形氧化物电催化OER调控催化活性位点的电子结构对于理解阴离子交换膜电解槽的电催化OER反应非常重要。有鉴于此，中国科学技术大学姚涛教授、张伟、丁韬等报道通过高价态Cr掺杂合成一系列无定形金属氧化物催化剂（FeCrOx, CoCrOx, NiCrOx），并且展示优异的电催化OER性能。1）通过原位同步辐射表征技术发现当Co位点的价态从低变高，对中间体物种的吸附能产生正面作用，而且有助于降低氧化反应能垒，这是提高OER催化活性的关键。2）构筑AEMWE器件的CoCrOx阳极催化剂在2.1 V的电池电压实现1.5 A cm-2电流密度，电流密度的衰减速率低于4.9 mV h-1。这种优异的电催化活性展示了电催化剂的工业应用前景，为设计高性能AEMWE体系的催化剂提供指导和帮助。 Li, S., Liu, T., Zhang, W. et al. Highly efficient anion exchange membrane water electrolyzers via chromium-doped amorphous electrocatalysts. Nat Commun 15, 3416 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-47736-0https://www.nature.com/articles/s41467-024-47736-02.Nature Commun.：构筑CO2富集层增强电催化还原CO2目前在溶液相进行电化学还原CO2是制备高附加值化学品并且降低碳排放的具有前景的方法。但是即便是对于气体扩散电极构筑的电催化器件，仍然面临着溶液相的CO2溶解度低，这导致催化剂的反应速率和产物选择性受到限制。有鉴于此，巴塞罗那科技学院(BIST) Núria López、本·古里安大学Idan Hod等将氰基修饰的MOF薄膜作为CO2溶剂化层，能够提高异相催化剂的局部CO2浓度，在电催化还原CO2制备HCOOH的反应中得到优异性能。1）修饰的MOF薄膜能够将局部CO2浓度提高至0.82 M，达到体相CO2浓度的27倍，因此在异相电催化CO2转化反应中，使用Bi催化剂构筑气体扩散电极，修饰MOF薄膜改善生成HCOOH的选择性（HCOOH的选择性达到90 %），部分电流密度达到166 mA/cm2。2）通过原位红外光谱和DFT理论计算，验证说明MOF薄膜能够通过稳定反应中间体的方式改善电催化反应。这项策略为增强电催化还原CO2提供方法，有助于CO2电催化达到实用的要求。 Mukhopadhyay, S., Naeem, M.S., Shiva Shanker, G. et al. Local CO2 reservoir layer promotes rapid and selective electrochemical CO2 reduction. Nat Commun 15, 3397 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-47498-9https://www.nature.com/articles/s41467-024-47498-93.Nature Commun.：对映体选择中的极化性问题手性或利手现象在生物世界中的普遍存在是一种基本现象，也是生命的特征。因此，了解对映体选择的起源，即不对称诱导的意义和大小，一直是不对称催化中长期追求的目标。 鉴于此，来自南方科技大学的邢祥友、余沛源、徐晨等人研究发现了极化率衍生的电子效应，该效应被证明能够使不对称催化领域中的广泛立体化学观测结果合理化。1)该研究证实，这种效应为预测钌催化的酮的不对称转移氢化反应中形成的主要对映体提供了一致的对映体控制模型，并且，在三个广泛已知的不对称催化体系中，揭示了底物的局部极化率和观察到的对映选择性之间的直接和定量的线性自由能关系，包括还原和氧化；2) 该研究表明，这种广泛适用的基于极化率的电子效应，结合主要利用空间效应考虑的传统智慧，有助于合理设计对映体选择性过程，以更好地生产手性物质。Chen, F., Chen, Y., Chang, XY. et al. Polarizability matters in enantio-selection. Nat. Commun.(2024).DOI：10.1038/s41467-024-47813-4https://doi.org/10.1038/s41467-024-47813-4
4.Nature Commun.：一种超耐氢氧化物降解的有机质子笼碱性聚合物膜电化学能量转换装置提供了使用非铂族催化剂的前景。然而，它们的阳离子功能目前对于气相应用（如燃料电池）来说不够稳定。鉴于此，来自西蒙弗雷泽大学的Steven Holdcroft、Andrew J. Bennet等人研究发现了1,6-二氮杂双环[4.4.4]十四烷-1,6-ium（在DBD中），一种阳离子质子笼。1)该研究证实，在超干燥条件和高温下，它比最先进的有机阳离子更能抵抗氢氧化物促进的降解，是第一种在极低水合水平下持续存在的有机阳离子氢氧化物( 80%时相对湿度为 <10% °C），并且，这种对氢氧化物促进的降解的高稳定性是由于内面体保护和桥头堡内氢键的独特组合，其阻止了腔间质子的去除并降低了对Hofmann消除的敏感性；2) 该研究表明，这一发现将有助于利用基于in-DBD的阴离子交换膜的材料和电化学设备的进步，这将使其能够在极端碱性条件下稳定运行。 Radford, C.L., Saatkamp, T., Bennet, A.J. et al. An organic proton cage that is ultra-resistant to hydroxide-promoted degradation. Nat. Commun.(2024).DOI：10.1038/s41467-024-47809-0https://doi.org/10.1038/s41467-024-47809-05.JACS：配体调控Au纳米簇局部环境改善电催化还原CO2酶催化剂能够通过本征的特定次序的氨基酸和折叠结构实现对特定底物的选择性，但是这对于纳米催化剂而言具有非常大的挑战性，尤其是对于修饰配体的金属纳米催化剂。有鉴于此，新加坡国立大学谢建平、Lei Wang、天津大学姚桥峰教授、德比尔特大学De-en Jiang等通过原子精确的Au金属纳米簇作为模型催化剂，通过配体工程控制Au纳米粒子的表面CO2局部浓度，显著提高CO2还原反应速率。1）精确的将两个2-硫脲嘧啶-5-羧酸（2-thiouracil-5-carboxylic acid）配体安装在[Au25(pMBA)18]− 纳米晶体的口袋状空腔内，从而能够显著增强CO2还原反应的动力学。这种提高CO2还原动力学是因为催化活性位点的TCA分子配体的嘧啶Nδ-与CO2的亲电Cδ+之间的相互作用有关的微环境有助于活化CO2。2）通过吸收光谱、质谱、同位素标记、电化学分析、量子化学理论计算等方法说明修饰TCA分子的Au25纳米粒子导致局部CO2富集，从而增强CO2还原反应的催化活性和产物选择性，因此在CO2还原反应中实现了98.6 %的CO选择性。这种表面工程策略以及催化剂设计有助于系统的从分子级别进行金属电催化剂的设计。Zhihe Liu, Junmei Chen, Bo Li, De-en Jiang*, Lei Wang*, Qiaofeng Yao*, and Jianping Xie*, Enzyme-Inspired Ligand Engineering of Gold Nanoclusters for Electrocatalytic Microenvironment Manipulation, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c00019https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c00019牛津大学Véronique Gouverneur等报道TEMPO衍生物的烷氧胺作为原料进行光催化亲核氟化。该反应能够从容易得到的羧酸、卤化物、烯烃、醇、醛、硼试剂、C-H化学键原料，通过一步光催化反应制备18/19F标记具有临床药用前景的化合物。1）这个反应具有条件温和的优势，通过单电子过程进行，对于反应性较低、存在竞争性消除反应的反应物而言，通过传统亲核取代反应难以发生，但是通过这种单电子光催化反应能够很好的发生。2）通过用于友好并且能够商业化的流动相光催化氧化还原装置进行这个光催化反应，能够制备18/19F标记的脂肪族氟化物。 Sebastiano Ortalli, Joseph Ford, Andrés A. Trabanco, Matthew Tredwell, and Véronique Gouverneur*, Photoredox Nucleophilic (Radio)fluorination of Alkoxyamines, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c02474https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c024747.Angew：拉伸应变介导的双金属烯纳米酶用于增强光热肿瘤催化治疗纳米酶可通过催化治疗实现对恶性肿瘤增殖的有效抑制，但其治疗效果仍会因催化性能不足而受到很大的限制。有鉴于此，吉林大学陈芳芳教授和崔小强教授提出利用应变工程技术来充分暴露金属烯的超薄活性区域。1）实验首次构建了一种拉伸应变介导的局部非晶RhRu(la-RhRu)新型双金属烯，其具有光热效应和光增强的多种类酶活性。研究者通过几何相分析、电子衍射解析和X射线衍射等技术证明了该双金属烯中的结晶-非晶异相界面可产生约2%的拉伸应变。研究发现，双金属烯的超薄结构和面内应变会引起放大的应变效应。实验和理论结果均证实了拉伸应变可提高多种类酶活性。2）研究结果表明，la-RhRu是一种能够响应肿瘤微环境(TME)的纳米酶，其可在体内外表现出显著的治疗效果。综上所述，该研究工作证明了原子尺度的拉伸应变工程策略在增强肿瘤催化治疗方面具有巨大的应用潜力。Jiandong Wu. et al. Tensile Strain-Mediated Bimetallene Nanozyme for Enhanced Photothermal Tumor Catalytic Therapy. Angewandte Chemie International Edition. 2024 DOI: 10.1002/anie.202403203https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024032038.Joule：用于锌-空气电池的数据驱动双功能电催化剂刷新双功能氧电催化剂的电催化活性记录是开发下一代可充电锌空气电池的首要任务。近日，清华大学张强、北京理工大学李博权等人开发了一种双功能电催化剂，其具有超高的双功能电催化活性，并可实现高性能可充电锌-空气电池。1) 在数据驱动分析的指导下，作者通过将原子分散的Fe-N-C位点和NiFeCe层状双氢氧化物整合在一起，以实现FeNC@LDH电催化剂。此外，作者发现FeNC@LDH电催化剂具有优异的电催化活性。2) 作者实现的锌-空气电池容量为6.4Ah，并且可以在1.0A和1.0Ah的条件下循环运行。该工作为锌-空气电池提供了一种高效的双功能电催化剂。Jia-Ning Liu et.al A data-driven bifunctional oxygen electrocatalyst with a record-breaking ΔE = 0.57 V for ampere-hour-scale zinc-air batteries Joule 2024DOI: 10.1016/j.joule.2024.03.017https://doi.org/10.1016/j.joule.2024.03.017
