1.Nature Nanotechnology：丝素蛋白作为水性纳米加工的表面活性剂水性加工在高科技领域发挥着至关重要的作用，特别是在电子、材料科学和生命科学领域，对开发高效可靠的设备、制造效率、安全性和可持续性具有重要意义。在微观和纳米尺度上，水作为生物和技术系统之间的桥梁具有独特的优势。然而，需要开发新方法来克服水中高表面张力带来的巨大挑战，这阻碍了润湿，从而阻碍了生物-纳米界面的制造。近日，塔夫茨大学Fiorenzo G. Omenetto等人使用丝素蛋白作为表面活性剂来实现纳米级设备的水性加工。1) 即使在微量（例如0.01 w/v%）的情况下，丝素蛋白也能显著提高表面覆盖率，并在精确控制水性溶液和疏水表面之间的界面能方面优于商业表面活性剂。这种效应归因于丝分子的两亲性及其在具有不同表面能基材上的适应性吸附，促进了材料对之间的分子相互作用。2) 作者通过制造从晶体管到光伏电池的水处理纳米器件突显了这种方法的多功能性。其性能与类似的真空处理设备相当，从而突显了该方法在水性纳米制造中的实用性和多功能性。Taehoon Kim et.al Silk fibroin as a surfactant for water-based nanofabrication Nature Nanotechnology 2024DOI: 10.1038/s41565-024-01720-3https://doi.org/10.1038/s41565-024-01720-32.厦门大学Nature Commun：原位表征Fe-N-C催化剂的热解和形成机理Fe/N/C体系是具有前景的价格便宜和可靠高效ORR电催化剂，但是人们对于热解过程中，起始材料转化为Fe-N-掺杂的碳材料的过程相关表征比较少。 有鉴于此，厦门大学廖洪钢教授、姜艳霞教授等通过大量原位诊断技术（ in-situ diagnostic techniques）研究Fe物种的变化情况，并且揭示Fe-N4位点的形成过程。1）通过原位加热显微镜表征发现首先形成FeOx纳米粒子，随后FeOx纳米粒子在碳材料内部移动，当FeOx完全还原后移动停止。纳米粒子的移动和分解导致碳层发生结构重构。2）实验和理论计算结果显示FeOx的变化与尺寸密切相关，尺寸<7 nm的FeOx纳米粒子能够释放Fe原子并且生成Fe-N4位点，尺寸>10 nm的FeOx纳米粒子容易聚集而且阻碍形成Fe-N4位点。这项工作通过成像表征技术研究Fe/N/C材料的热解过程，有助于理性设计催化剂。Yin, S., Yi, H., Liu, M. et al. An in situ exploration of how Fe/N/C oxygen reduction catalysts evolve during synthesis under pyrolytic conditions. Nat Commun 15, 6229 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50629-xhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-50629-x3.Nature Commun：电化学实现界面合成石墨烯纳米带在表面合成边缘官能团修饰的石墨烯纳米带材料受到人们的广泛关注，但是如何在高真空体系在热活化的金属表面大规模生长这种石墨烯纳米带具有非常大的难度和挑战。这是因为300~500 ℃官能团容易分解，而且单层石墨烯纳米带的生长具有局限性。有鉴于此，京都大学Hiroshi Sakaguchi等发展了使用不对称结构分子并且在固液界面具有的电化学双电层内的强电场内进行表面电化学生长石墨烯纳米带。1）在<80℃能够在电极上层层方式生长强供电子石墨烯纳米带材料，而且这种生长过程不会破坏官能团。作者发现高电压能够导致手性二价阳离子物种的聚合反应，这个现象以往未曾发现。 2）通过电化学制备的石墨烯纳米带材料表现迄今为止最强的供电子能力，表现优异的硅蚀刻催化活性，性能比贵金属更好，而且具有优异的光导电性。这项技术为制备各种各样的边缘官能团化修饰的石墨烯纳米带提供可能。Sakaguchi, H., Kojima, T., Cheng, Y. et al. Electrochemical on-surface synthesis of a strong electron-donating graphene nanoribbon catalyst. Nat Commun 15, 5972 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-50086-6https://www.nature.com/articles/s41467-024-50086-64.Nature Commun：MOF转化为晶体多孔碳催化Fenton反应具有调节的纳米结构和长程规则结构的纳米多孔碳材料能源、环境、催化等领域是具有前景的材料。但是目前的合成方法难以设计控制局部结构。有鉴于此，马克思·普朗克胶体与界面研究所Yang Wang等报道盐辅助策略能够通过MOF热解得到纳米碳晶体。1）通过盐辅助热解策略生成的纳米碳晶体材料具有由于的2D堆叠结构，生成的这种结构与高温热解法生成的纳米多孔碳具有明显区别。2）MOF热解生成的晶体纳米碳材料具有较高程度的N和C原子作为终止原子，在催化Fenton反应净水应用中表现优异的性能。这种制备晶体多孔碳材料说明开发其他杂原子掺杂碳材料通过设计有机前驱分子和模板反应的前景和机会。Lian, T., Xu, L., Piankova, D. et al. Metal-organic framework derived crystalline nanocarbon for Fenton-like reaction. Nat Commun 15, 6199 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-50476-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-50476-w5.JACS：CNT@MO2–x (M = Sn, Ce)界面Pt的局部环境调控增强碱性HERPt催化剂是前景最广泛的HER电催化剂，但是Pt催化剂仍然面临着缓慢的碱性体系反应动力学和昂贵的价格。有鉴于此，清华大学王定胜教授、四川大学岳海荣教授等通过优化Pt物种的局部环境以及构筑金属氧化物界面，从而改善碱性HER电催化反应动力学。1）PtRu双金属簇催化剂与相邻MO2-x（M=Sn和Ce）修饰在碳纳米棒表面（PtRu/CNT@MO2-x）表现具有前景的碱性HER，在1 M KOH电解液进行电催化HER，75 mV就达到100 mA cm-2电流密度。PtRu/CNT@MO2-x在70 mV过电势的质量活性达到12.3 mA μg-1Pt+Ru，比活性达到32.0 mA cm-2ECSA。其质量活性和比活性分别达到Pt/C催化剂的56倍和64倍。2）实验和理论计算结果显示，Pt簇和Mo2-x的界面能够促进H2O吸附和活化，通过修饰Ru能够进一步优化H吸附和H2O分子的解离能垒。由于反应基元步骤之间的反应动力学能够相互匹配能够加快反应速率，因此得到优异的碱性电催化反应活性。这项工作为调节催化剂的局部环境，优化反应基元步骤并且得到优异的碱性HER性能。 Chang-An Zhou, Kui Ma, Zechao Zhuang, Meiling Ran, Guoqiang Shu, Chao Wang, Lei Song, Lirong Zheng, Hairong Yue*, and Dingsheng Wang*, Tuning the Local Environment of Pt Species at CNT@MO2–x (M = Sn and Ce) Heterointerfaces for Boosted Alkaline Hydrogen Evolution, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c04189https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c041896.Angew综述：原位TEM表征金属载体相互作用精确控制载体表面金属催化剂的微结构以及调节金属-载体相互作用是得到高性能异相催化剂的关键。较强的金属-载体相互作用（SMSI）不仅能够稳定金属纳米粒子，而且改善金属催化剂位点的耐烧结，调节金属和载体之间的电子相互作用，优化催化活性和选择性。因此理解SMSI的形成机理以及化学反应过程的SMSI动态变化对于设计载体金属催化剂的结构以及性能优化非常重要。近期原位TEM表征技术探索了这种复杂的现象，从而有助于更好的理解SMSI动态变化。 有鉴于此，北京科技大学王荣明教授、段嗣斌副教授等报道总结原位TEM表征技术研究异相催化剂的SMSI相互作用。1）对原位TEM关于异相催化剂的SMSI效应的研究进行总结，包括SMSI的动态形成、催化反应过程的结构变化、调节SMSI的方法。此外总结原位TEM技术用于研究SMSI的进展。2）对于原位TEM表征研究面临的挑战和发展方向进行总结。 Jie Dai, Yifei Sun, Zhewei Liu, Yiyuan Zhang, Sibin Duan, Rongming Wang, Using In-situ Transmission Electron Microscopy to Study Strong Metal-Support Interactions in Heterogeneous Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202409673https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024096737.Angew：Cu分子筛催化甲烷氧化制备甲醇的活性位点性质具有不同Si/Al比例和不同Cu担载量的Cu修饰的菱沸石分子筛受到CH4催化氧化的广泛研究，人们发现Si/Al比例和Cu担载量导致催化活性不同，是由于形成活性中心位点具有区别。 有鉴于此，苏黎世理工大学Jeroen A. van Bokhoven、瑞士保罗谢勒研究所Vitaly L. Sushkevich等通过塞流反应器试验、原位FTIR、XAS表征说明Cu担载量降低，导致反应活性和氧化还原朝向更高的温度区间，而且能够增加CH3OH的选择性，提高Cu的利用效率。1）原位ESR、Raman、UV-Vis、PL光谱等表征说明催化活性变化的趋势与单个Cu原子的活性位点有关，结构为Cu2+和[CuOH]+，在比较低的Si/Al比例和较低的Cu担载量。2）在比较高的Si/Al比例或者更高的Cu担载量，能够形成两种[Cu2(μ-O)]2+位点，导致趋势朝着相反的方向变化。原位ESR和UV光谱表征说明，随着Si/Al比例增加，单个Cu原子位点的表观活化能降低，但是双原子Cu位点并不受到影响。 Andreas Brenig, Jörg W. A. Fischer, Daniel Klose, Gunnar Jeschke, Jeroen A. van Bokhoven, Vitaly L. Sushkevich, Redox and Kinetic Properties of Composition-Dependent Active Sites in Copper-Exchanged Chabazite for Direct Methane-to-Methanol Oxidation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202411662https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024116628.东华大学Adv Mater：硼掺杂Pd电催化塑料转化为乙醇酸聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）通过电化学重整制备高附加值化学品的路径能够在温和条件利用废物资源，因此受到人们的广泛关注。但是，目前人们发现如何在Pd电催化剂上进行PET水解产物内的乙二醇氧化制备高附加值C2化学品仍然具有非常大的难度和挑战。Pd与*CO中间体之间的强相互作用导致过度氧化反应，并且导致Pd位点中毒。这个现象阻碍高效生成C2产物。 有鉴于此，东华大学杨建平研究员等报道非金属合金策略构筑Pd-B合金气溶胶催化剂，其中通过引入B原子陶杰Pd的电子结构和表面亲氧性。1）这个方法得到的PdB气溶胶催化剂在电解PET的反应过程实现了6.71 A mgPd-1的质量活性，乙醇酸的法拉第效率达到93.8 %，实现了100 h稳定电解。2）原位实验以及DFT理论计算的结果说明B插入Pd的晶格有助于高效率乙二醇转化为乙醇酸。B掺杂导致提高的表面亲氧性以及调控电子结构降低*CO中间体的吸附，增强羟基物种的亲和性，加快*OH吸附物种氧化，因此实现避免过度氧化和合成乙醇酸的双重作用。这项工作展示了亲氧性B策略进行理性设计制备乙醇酸的高活性催化剂。 Junliang Chen, Miaomiao Jiang, Fangzhou Zhang, Li Wang, Jianping Yang, Interstitial Boron Atoms in Pd Aerogel Selectively Switch the Pathway for Glycolic Acid Synthesis from Waste Plastics, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202401867https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202401867
