1.中科大Angew：Cu/Cu2O异质结增强过电势较低的C-N偶联电催化合成尿素性能CO2和NO3-电催化C-N偶联合成尿素能够替代传统Bosch-Meiser方法，作为尿素的可持续合成方法。但是由于共同还原反应过程存在复杂的中间体，导致获得较高的尿素法拉第效率非常困难。有鉴于此，中国科学技术大学章根强教授等报道通过原位Cu2O电化学还原方法合成了Cu/Cu2O Mott-Schottky催化剂，在电催化制备尿素的反应中，在0~-0.3V较宽的电化学窗口，实现了32.6~47.0%的法拉第效率，尿素的产率达到6.08~30.4μmol h-1 cm-2。1）通过原位同步辐射红外表征（SR-FTIR）发现*CO中间体和C-N化学键的形成，通过DFT理论计算发现Cu/Cu2O异质结能够调节*CO吸附，显著改善*CO和*NOH之间的C-N偶联的反应动力学。2）这项工作不仅突破了C-N偶联反应的路线，而且有助于理解基于Cu的异质结催化剂电催化合成尿素。
Mingyu Cheng, Shao Wang, Zechuan Dai, Jing Xia, Bocheng Zhang, Pingyi Feng, Yin Zhu, Yangyang Zhang, Genqiang Zhang, Rectifying Heterointerface Facilitated C-N Coupling Dynamics Enables Efficient Urea Electrosynthesis Under Ultralow Potentials, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202413534https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024135342.中科大Angew：Mn-Ce共生纳米酶通过电子转移和多个活性位点增强ROS消除调节金属活性位点的价态，比如Ce3+/Ce4+和Mn3+/Mn2+，以及表面缺陷位点，对于增强Ce或Mn纳米酶的催化活性非常重要。 有鉴于此，中国科学技术大学吴宇恩教授、Kong Chen、徐索文研究员等报道基于豆科植物根瘤菌定殖根细胞（rhizobia-colonized）能够高效率的进行反应物质的交换，发展了将根瘤菌样CeOx纳米酶锚定修饰在Mn3O4载体的共生纳米酶体系。1）Ce和Mn原子之间的物质交换现象不仅能够调节金属活性位点的价态，得到合适的Ce3+/Ce4+和Mn3+/Mn2+，而且通过界面缺陷工程提高缺陷位点的比例。此外，限域在Mn3O4的CeOx能够促进催化反应过程中的电子转移。2）这种CeOx/Mn3O4纳米酶具有过氧化酶样（CAT-like）和超氧化物歧化酶样（SOD-like）性能，在化学环境和高活性氧（ROS）细胞环境中都有优异的表现。Juan Zhang, Zhihua Wang, Xingen Lin, Xiaoping Gao, Qiuping Wang, Rui Huang, Yaner Ruan, Haonan Xu, Lin Tian, Chen Ling, Ran Shi, Suowen Xu, Kong Chen, Yuen Wu, Mn–Ce Symbiosis: Nanozymes with Multiple Active Sites Facilitate Scavenging of Reactive Oxygen Species (ROS) Based on Electron Transfer and Confinement Anchoring, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202416686https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024166863.四川大学Angew：CoCu纳米片电催化还原硝酸盐合成氨&生物质氧化双功能电催化在温和条件进行电催化还原NO3-是一种符合可持续发展前景的绿色制氨路线，虽然电催化还原NO3-取得一些进展，但是这个反应具有动力学非常缓慢，包括8e-和9个质子和多个加氢反应路径，严重的影响了电催化合成NH3的法拉第效率，导致产率较低。有鉴于此，四川大学刘犇研究员等报道发展了一种二维多孔CoCu纳米片电催化剂，展示了优异的电催化还原NO3-性能，产物NH3的法拉第效率达到98.8%，NH3的产率达到3.39molg-1h-1，能源利用效率达到49.8%，并且具有优异的循环性能。1）反应机理研究发现，H2O分子在Co位点分解产生活性氢（*H）自由基能够溢流到相邻Cu位点，稳定在多孔结构中，这种策略能够从动力学上促进电催化反应生成NH3。2）多孔CoCu纳米片催化剂能够作为双功能电催化剂，在阴极电催化还原NO3-，在阳极发生5-羟甲基呋喃甲醛氧化生成2-5-呋喃二甲酸。 这项工作展示了多孔微环境能够稳定*H自由基，有助于发展选择性电催化合成高附加值化学品的技术。
Chenyu Han, Lizhi Sun, Shu Han, Ben Liu, Stabilizing Hydrogen Radicals in Two-Dimensional Cobalt-Copper Mesoporous Nanoplates for Complete Nitrate Reduction Electrocatalysis to Ammonia, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202416910https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024169104.南昌大学Angew：理论计算筛选稀土MOF电催化还原CO2制备CH4关于使用可再生电能进行电催化CO2还原的催化剂研究对于能源转化非常重要，尤其是合成烃类产物。有鉴于此，南昌大学王红明教授等报道通过DFT理论计算对一系列非放射性镧系二维MOF材料的电催化还原CO2进行研究。1）基与理论计算对催化剂的筛选，发现了Lu基导电性MOF，Lu-HHIP在电催化还原CO2的反应中，在-1.1V过电势，实现了77%的CH4法拉第效率和-280mA cm-2电流密度。2）通过原位电化学实验和材料表征发现Lu位点在电催化还原CO2过程中，具有较高的配位稳定性和结构恢复能力。Lu具有优异的电催化还原CO2能力归因于Lu的f轨道和O的π*轨道之间相互重叠，并且Lu的f轨道和CO的π*轨道之间的反馈作用增强CH4的选择性，并且降低过电势。这篇文章研究了稀土MOF材料的调控，为调控低配位和稳定稀土材料提供新型策略，建立了如何将线性吸附*CO转化为烃类产物的理论框架。
Fuqing Yu, Guangyao Zhang, Minxing Shu, Hongming Wang, f-π* Back Bonding Orbital Induced by Lutetium-Based Conducting MOF Promotes Highly Selective CO2 to CH4 at Low Potential, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202416467https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024164675.江南大学Angew：手性Au@CeO2光催化固氮手性光催化纳米材料具有独特的性质，有可能在化学合成、环境保护、能源转化、光电器件等领域具有应用前景。但是目前合成手性plasmonic纳米材料的方法比较少见。 有鉴于此，江南大学徐丽广教授、李斯副研究员等报道通过简单的湿法化学在Au HNR纳米棒上选择性生长CeO2，构筑L/D-Au@CeO2螺旋纳米棒(HNRs)。1）合成的手性Au@CeO2 HNRs具有空间分开的Au和CeO2特征结构，在光催化反应中实现了最高的光催化N2固定性能，达到Au HNRs对照催化剂的50.80±2.64倍。2）当L-Au@CeO2 HNRs和D-Au@CeO2 HNRs分别对应于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光，由于能够不对称的方式形成热载流子，因此光催化性能增强3.06±0.06倍。这项研究不仅为增强手性材料的光催化性能提供一种简单的策略，而且展示了手性plasmonic纳米材料在N2固定等光催化反应中的应用前景。
Fang Wang, Weimin Yang, Qi Ding, Xinhe Xing, liguang xu, Hengwei Lin, Chuanlai Xu, Si Li, Chiral Au@CeO2 Helical Nanorods with Spatially Separated Structures for Polarization-dependent N2 Photofixation, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415031https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415031液态有机氢载体在氢能的存储和应用领域具有重要意义，甲苯能够通过多步骤加氢还原为甲基环己烷，作为液态有机氢载体受到广泛研究。优势包括毒性低和氢存储能力较高。Ru等贵金属具有优异的多步骤加氢催化活性，但是价格昂贵且原子利用率低，阻碍了Ru催化剂的应用。因此，发展具有高活性和高原子利用效率的贵金属催化剂成为巨大的挑战。 有鉴于此，中科院金属研究所刘洪阳研究员、北京大学马丁教授、Mi Peng、辽宁大学杨黎妮教授等报道合成了Ru单原子、完全暴露的Ru团簇、以及Ru纳米粒子，研究结构与甲苯催化加氢反应活性之间的关系。1）由3个Ru原子构成的完全暴露Ru团簇具有优异的甲苯多步骤加氢催化活性，TOF达到9850.3h-1，反应条件温和（100℃，1.5MPa）。Ru团簇的催化活性达到Ru单原子或者纳米粒子，而且比相关文献报道的催化剂相比具有优势。2）DFT理论计算结果显示Ru团簇的甲苯多步骤加氢催化反应过程的能垒低于Ru单原子或者Ru纳米粒子，这导致Ru团簇具有更高的催化活性。这项研究展示了完全暴露团簇催化剂是调控多步骤加氢催化反应的有效策略。
Yue Wang, Hancheng Yu, Yurong He, Shengling Xiang, Xuetao Qin, Lini Yang, Jiawei Chen, Yang Si, Jingwang Zhang, Jiangyong Diao, Ning Wang, Mi Peng, Ding Ma, Hongyang Liu, Fully Exposed Ru Clusters for the Efficient Multi-step Toluene Hydrogenation Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415542https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024155427.上海大学&慕尼黑大学Angew：POM介导Pt单原子-CeO2环境催化性能在异相催化剂领域，如何优化单原子催化剂（SAC）的反应活性和选择性仍然是个巨大挑战。有鉴于此，上海大学张登松教授、慕尼黑大学Emiliano Cortés等报道通过POM（金属聚阴离子簇）电子相互作用（PMEI，polyoxometalates-mediated electronic interaction），构筑CeO2载体修饰POM的Pt单原子，命名为Pt1/CeO2-HPW，实现了选择性催化。1）通过CeO2载体之上的Pt单原子和HPW簇独特的结构产生PMEI效应，CeO2对HPW的亲电性W发生电子转移，随后Pt原子向缺电子CeO2提供电子。这种现象能够增强Pt原子携带的正电荷，调控O2活化，限制晶格氧的移动，比Pt1/CeO2单原子催化剂相比得到更好的效果。2）Pt的电子结构以及HMP的局部强酸性能够增强NH3的分解，NO转化反应的N2选择性，当使用挥发有机化合物作为反应物，具有更高的CO2产物选择性。这项研究发展了平衡反应性和选择性的SAC单原子催化剂的设计理念，有助于环境催化应用。Tianwei Lan, Rambabu Yalavarthi, Yongjie Shen, Min Gao, Fuli Wang, Qingmin Hu, Pengfei Hu, Mohsen Beladi-Mousavi, Xin Chen, Xiaonan Hu, Huiqian Yang, Emiliano Cortes, Dengsong Zhang, Polyoxometalates-Mediated Selectivity in Pt Single-Atoms on Ceria for Environmental Catalysis, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202415786https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024157868.香港科技大学Angew：酸性电催化CO2还原反应的质子来源和碱金属阳离子作用酸性电解液电催化还原CO2具有高碳利用效率和稳定性，因此受到人们的广泛关注。但是人们对于酸性电催化CO2反应体系的质子来源以及碱金属阳离子的作用仍然存在争议。 有鉴于此，香港科技大学邵敏华教授、香港科技大学/大湾区大学（筹）Yao Yao等报道通过旋转圆盘电极和表面增强Raman表征技术，发现酸性电催化还原CO2需要形成界面中性/碱性环境的重要性。1）作者发现水分子作为CO2R的质子来源，而不是氢原子。Helmholtz面之外的碱金属阳离子能够活化H2O分子，促进界面吸附CO分子脱附。溶剂化的CO2分子、或者CO2（aq）是CO2R的反应分子。2）这项研究有助于深入理解酸性电催化CO2R反应的电极/电解液界面，有助于进一步发展酸性CO2R体系。
Yao Yao, Ernest Pahuyo Delmo, Minhua Shao, The Electrode/Electrolyte Interface Study during the Electrochemical CO2 Reduction in Acidic Electrolytes, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202415894https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202415894
