1.Adv Mater：双原子催化CO2电化学合成尿素
硝酸盐和CO2电催化合成尿素能够实现可持续和高效率合成尿素。有鉴于此，兰州交通大学褚克教授、昆明理工大学鲍瑞教授、广西大学刘熙俊教授等报道通过理论设计，将Pd和Rh单原子修饰在Cu基底上，构筑双原子合金催化剂（CuPd1Rh1-DAA）。实验验证发现这种理论设计的Cu-Pd1Rh1-DAA催化剂在硝酸盐和CO2电催化合成尿素的反应中具有选择性和高催化活性。(1) 通过理论计算和原位光谱表征，说明Pd1-Cu和Rh1Cu催化活性位点之间通过串联催化的协同作用促进硝酸盐和CO2电催化合成尿素。Pd1-Cu能够引发C-N偶联，促进*CO2NO2转化为*CO2NH，Rh1-Cu有助于*CO2NH2转化为*COOHNH2并且生成尿素。
(2) CuPd1Rh1-DAA催化剂结合流动相电解槽，在-0.5 V过电势进行电催化合成尿素，法拉第效率达到72.1 %，产率达到53.2 mmol h-1 g-1，这个产率是目前报道的最好结果。
参考文献
Kai Chen, Danyang Ma, Ying Zhang, Fuzhou Wang, Xing Yang, Xiaomei Wang, Hu Zhang, Xijun Liu, Rui Bao, Ke Chu, Urea Electrosynthesis from Nitrate and CO2 on Diatomic Alloys, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202402160
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202402160
2.ACS Catal：原子级Pt/MXenes催化CO2丙烷脱氢
中国科学院上海高等研究院李圣刚教授、中国石油大学蓝兴英教授、青岛科技大学何燕教授等报道DFT理论计算和微动力学模拟研究MXene担载原子分散Pt1催化剂的CO2丙烷氧化脱氢催化反应机理和性能。
本文要点
(1)Pt单原子能够促进丙烷分子切断两个C-H化学键，从而通过丙烷脱氢反应直接生成丙烯(DDHP)，Pt-MXene界面能够切断CO2分子的C-O化学键，通过RWGS反应将O*加氢生成H2O。
(2)通过反应速率和BEP研究说明C3H7*与Pt的结合强度决定丙烷脱氢（DDHP）反应的性能，MXene与O*的结合强度决定了RWGS反应性能。DDHP反应的性能与Pt单原子的d能带中心位置以及Pt1@MXene界面的功函密切相关。微动力学建模结果显示结合在Mo2CO2和W2CO2的Pt单原子DDHP性能比Pt(111)表面更好。此外，Pt1@Mo2CO2的深度脱氢反应能垒和C-C化学键裂解的能垒更高，因此Pt1@Mo2CO2具有更好的耐积碳性能。这些研究结果说明，Pt1@Mo2CO2具有是具有前景的CO2-ODHP催化剂。
参考文献
Changqing Chu, Baoyu Chen, Yan He, Guiyuan Jiang, Xingying Lan, Shenggang Li, Changning Wu, and Daofan Cao, CO2-Assisted Dehydrogenation of Propane by Atomically Dispersed Pt on Mxenes，ACS Catal. 2024, 14, 9662–9677
DOI: 10.1021/acscatal.4c01473
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.4c01473
3.Nature Commun：有机半导体光催化全分解水
如何使用全有机半导体光催化剂材料直接使用太阳能将纯水转化为氢气目前仍没有得到清楚的理解。这个过程的挑战有两点：太阳能光谱的低能量光子无法形成S1激发态用于分解水，有机半导体光催化剂H+→H2反应的过电势非常高。有鉴于此，江苏大学袁寿其院士、闫研教授、中国科学院化学所马万红教授等报道通过自旋开壳层的:PDI2-与自旋闭壳层PDI2-之间自组装构筑有机分子晶体纳米带。(1)自组装:PDI2-/PDI2-晶体纳米带的自旋激发被改变，在可见光区间（420-700 nm）区间产生S0S1→1(TT)→T1+T1，在近红外光区间（700-1100 nm）产生自旋禁阻S0→T1。(2)由于三重态-三重态湮灭上转换效应能够产生S1激发态，因此H+还原能够通过亲水性的电子转移过程，在可见光和近红外光区间光催化制氢的表观量子产率达到1.5 %。
参考文献
Lin, X., Hao, Y., Gong, Y. et al. Solar overall water-splitting by a spin-hybrid all-organic semiconductor. Nat Commun 15, 5047 (2024).
DOI: 10.1038/s41467-024-49511-7https://www.nature.com/articles/s41467-024-49511-7
4.Angew：调节催化活性位点重构增强电催化尿素转化
目前人们开发了调节电催化剂并且构筑丰富Ni活性位点用于尿素电催化氧化的技术，但是通常的电催化反应过程中，人们为了避免尿素被高价态Ni过度氧化，通常更多的关注于生成价值比较低的氮气产物，能够避免生成具有毒性的亚硝酸盐。有鉴于此，伦敦大学学院何冠杰教授、Ivan P. Parkin、武汉理工大学麦立强教授等提出介导策略，显著提高生成亚硝酸盐。(1)这项策略使用Pt-Ni2P催化剂，电催化生成亚硝酸盐的速率达到0.82 mol kWh-1 cm-2，构筑的Zn-尿素-空气电池体系能够稳定工作66 h。当构筑膜电解槽电催化体系，能够同时制备亚硝酸盐和氢气，电流密度达到200 mA cm-2，时间达到135 h。(2)通过原位光谱表征和理论计算说明Ni3+催化活性位点促进尿素氧化反应的动力学，从而增强“氰酸盐”路径。进一步的研究结果说明，*NOO脱附是电催化反应的决速步。
参考文献
Jichao Zhang, Jianrui Feng, Jiexin Zhu, Liqun Kang, Longxiang Liu, Fei Guo, Jing Li, Kaiqi Li, Jie Chen, Wei Zong, Mingqiang Liu, Ruwei Chen, Ivan P. Parkin, Liqiang Mai, Guanjie He, Regulating reconstruction-engineered active sites for accelerated electrocatalytic conversion of urea, Angew. Chem. Int. Ed. 2024
DOI: 10.1002/anie.202407038https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202407038
5.Adv Mater：调节MoNi4/MnO2缺陷增强电催化HER
通过电解水的节能方式制备绿氢能够实现将氢能技术变成现实，虽然Pt基催化剂具有优异的HER电催化活性，但是Pt催化剂的价格高昂、储量稀缺，这对于经济和可持续发展而言是个挑战。有鉴于此，墨尔本大学Yuan Wang、悉尼大学Hamidreza Arandiyan、新南尔威士大学赵川等通过化学合成和热还原之间结合，合成MoNi4/MoO2纳米片并且修饰大量的堆垛层错缺陷，将其命名为d-MoNi，研究发现堆垛层错缺陷显著提高HER电催化活性。(1)d-MoNi催化剂在1 M KOH电解液进行HER电催化反应，达到500 mA cm-2和1000 mA cm-2电流密度所需的过电势分别为78 mV和121 mV。富含缺陷的d-MoNi催化剂的催化TOF比Pt/C高4倍，而且稳定性达到>100 h，因此这种d-MoNi催化剂是迄今为止性能最好的非铂HER催化剂之一。(2)实验与理论计算结果说明d-MoNi催化剂丰富的堆垛层错缺陷产生压缩应力，降低质子吸附能，增强HER电催化活性。这项工作展示了通过调控金属以及合金的缺陷调节电化学能源转化和存储应用的技术方法。
参考文献
Yuan Wang, Hamidreza Arandiyan, Sajjad S. Mofarah, Xiangjian Shen, Stuart A. Bartlett, Pramod Koshy, Charles C. Sorrell, Hongyu Sun, Cristina Pozo-Gonzalo, Kamran Dastafkan, Sylvia Britto, Suresh K. Bhargava, Chuan Zhao, Stacking Fault-Enriched MoNi4/MoO2 Enables High-Performance Hydrogen Evolution, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202402156https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202402156
6.Adv Mater：Y和Co双掺杂增强CeO2的碱性HER
储量丰富的金属氧化物通常具有稳定性，但是氧化物没有合适的氢中间体的吸附，因此氧化物对于HER反应是惰性的。有鉴于此，河北工业大学李敬德教授、刘桂华副教授等通过质量比较重的稀土和过渡金属双掺杂策略，在CeO2内产生晶格应力，并且稳定氧空穴位点，从而显著提高CeO2的碱性HER。(1)稀土元素Y和过渡金属Co双掺杂能够产生压缩晶格应力，并且提高氧空穴位点的密度，能够增强水分子在氧空穴位点解离，改善氧空穴相邻位点的氢吸附，因此显著增强HER电催化动力学。(2)稀土元素Y掺杂的Y-O化学键比Ce-O化学键更强，因此Y掺杂能够稳定氧空穴位点，实现优异的稳定性。Y,Co-CeO2双掺杂氧化物电催化剂具有超低的HER过电势（27 mV, 10 mA cm-2）和Tafel斜率（48 mV dec-1），性能超过了Pt电催化剂。当使用Y,Co-CeO2构筑阴离子交换膜电解槽，能够在600 mA cm-2电流密度稳定工作500 h。这种晶格应力调控和氧空穴稳定的协同策略有助于理性设计高效率且稳定的氧化物HER电催化剂。
Xiaojing Liu, Shuaichong Wei, Shuyi Cao, Yongguang Zhang, Wei Xue, Yanji Wang, Guihua Liu, Jingde Li, Lattice Strain with Stabilized Oxygen Vacancies Boosts Ceria for Robust Alkaline Hydrogen Evolution Outperforming Benchmark Pt, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202405970https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202405970
7.Chem. Rev.：空间受限微电池：TMD催化剂设计的一条途径
二维过渡金属二硫族化合物（TMD）具有广泛暴露的活性位点，已成为一类极具应用前景的电催化材料。最近，电化学微电池以其独特的空间限制能力使人们能够理解单一材料上的催化行为，从而大大促进这一领域的发展。近日，南洋理工大学刘政、湖南大学何勇民综述研究了基于微电池的TMD电催化剂研究的最新进展。
本文要点：
1) 作者首先介绍了TMD材料的结构特征，并讨论了它们用于电催化的工程策略。随后，作者全面描述了两种不同类型的微电池：窗口限制芯片上电化学微电池（OCEM）和液滴限制扫描电化学电池显微镜（SECCM），并分别详细阐述了它们的结构、工作原理和装置。
2) 此外，作者总结了TMD催化剂中OCEM和SECCM的最新研究进展，如活性位点识别和成像、位点监测、电荷注入和传输调制以及静电场门控。最后，作者讨论了当前研究中的挑战，并对电化学微电池的未来研究进行了展望。
参考文献
Shasha Guo et.al Spatially Confined Microcells: A Path toward TMD Catalyst Design Chem. Rev. 2024
DOI: 10.1021/acs.chemrev.3c00711
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.3c00711
8.Nano Lett：DNA介导的磁-二聚体组装用于对肿瘤进行无错超高场磁共振成像
超高场(UHF)磁共振成像(MRI)是一项重要的生物医学成像技术，但其仍难以避免错误的成像信号的产生。尽管双模态造影剂能够改善常规MRI的性能，但高磁矩也会导致其在UHF中的应用效果不够理想，使其T1弛豫值降低，T2弛豫值发生过度增强。有鉴于此，上海交通大学凌代舜教授和李方园研究员制备了一种DNA介导的磁-二聚体组装(DMA)的氧化铁纳米粒子，其可利用为UHF定制纳米磁性实现无错UHF-MRI。
本文要点：
（1）DMA在9 T磁场中的纵向弛豫率为4.42 mM−1·s−1，横向弛豫率为26.23 mM−1·s−1，是一种典型的T1-T2双模态UHF-MRI造影剂。
（2）实验结果表明，DMA可利用T1-T2双模态图像融合实现无伪影的乳腺癌可视化，能够以极高的精度有效地过滤来自百微米级假阳性信号的干扰。综上所述，这种为UHF定制的T1-T2双模态造影剂DMA有望进一步提高MRI在疾病诊断应用中的准确性。
Xun Liu. et al. DNA-Mediated Magnetic-Dimer Assembly for Fault-Free Ultra-High-Field Magnetic Resonance Imaging of Tumors. Nano Letters. 2024
DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c01389
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.4c01389
