1.中科大曾杰Nature Commun：PtSn/γAl2O3催化丙烷湿法重整制备丙酮丙酮是一种非常重要的溶剂，以及化工原料，但是目前丙酮的合成过程通常高耗能，而且使用的是生产苯酚的昂贵工艺。有鉴于此，中国科学技术大学曾杰教授、李洪良副教授、罗赖昊等报道使用PtSn/γ-Al2O3催化剂，在温和条件（350℃）通过丙烷湿法重整策略合成丙酮。1）丙酮产量达到858.4μmol/g，比例占到所有碳产物的57.8%，在液体产物中的占比达到99.3%。通过详细的光谱表征和控制实验，说明丙酮的合成经历丙烯中间体和异丙醇中间体。2）当使用各种不同烷烃（丁烷、戊烷、己烷、庚烷、辛烷）作为反应物，同样能够生成相应的酮产物，说明这个反应方法的应用广泛。
Ma, X., Yin, H., Pu, Z. et al. Propane wet reforming over PtSn nanoparticles on γ-Al2O3 for acetone synthesis. Nat Commun 15, 8470 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-52702-xhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-52702-x2.Nature Commun：通过SO2F2实现click合成二硫化物 动态二硫连接结构在许多生物过程以及药物和生物材料中起到非常重要的作用，如何将巯基转化为二硫化物是硫化学的标志性课题，但是转化为二硫化物过程的选择性难以控制。有鉴于此，中国农业大学安杰教授等报道实现了批反应和流动相反应的硫醇点击化学合成二硫化物。1）这个反应通过亲核取代的串联反应实现硫醇转化为二硫化物。反应的特点是，具有较高的热力学动力，反应条件简单，反应物兼容性较广，达到化学计量比的产率，优异的选择性，不必进行色谱提纯。2）这个反应能够模块化合成对称/不对称/环状二硫化物以及聚二硫化物，而且能够合成二硫化物交联的水凝胶。Li, H., Peng, M., Li, J. et al. SO2F2 mediated click chemistry enables modular disulfide formation in diverse reaction media. Nat Commun 15, 8325 (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-52606-whttps://www.nature.com/articles/s41467-024-52606-w3.东华大学储玲玲JACS：Ni光催化切断C-N对炔烃实现碳氢氰基化探索强化学键作为具有合成功能的把手，为通过过渡金属催化合成功能化分子提供了新的断开策略。然而，这些共价键与过渡金属中心的氧化加成速率非常缓慢，阻碍了它们的合成应用。有鉴于此，东华大学储玲玲教授等报道一种C(sp3)-N键活化策略，这个策略绕过热力学上具有挑战性的2e-或1e-氧化加成。1）该策略利用了一种以前未曾报道的低价镍（异腈）光诱导内球电荷转移的活化途径，金属-配体相互作用切断远端C(sp3)-N键，生成镍（氰化物）和多功能的烷基。利用这种催化策略，可以实现炔烃与烷基异腈作为烷基化和氰化剂的选择性分子间1,2-碳腈化反应，在温和条件下提供具有优异原子经济性、区域和立体选择性的三取代烯基腈。2）通过使用异腈作为氰化剂的光催化剂的协同作用能够实现脂肪炔烃的Markovnikov选择性氢氰化反应。机理研究研究结果验证，光化学产生低价态的镍（异腈）配合物，这些配合物经历C(sp3)-N键的光化学均裂，随后与炔烃发生催化氰化反应。
Jian Qin, Yingying Li, Yuntong Hu, Zhonghou Huang, Weihang Miao, and Lingling Chu*, Photoinduced Nickel-Catalyzed Homolytic C(sp3)–N Bond Activation of Isonitriles for Selective Carbo- and Hydro-Cyanation of Alkynes, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c08631https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c086314.暨南大学JACS：Cu4I4-三唑MOF从四元C3烃一步提纯丙烯在许多化学品的制备过程中，C3H6是关键的构筑分子，但是如何从C3烃类混合物中分离C3H6具有非常大的困难和挑战。有鉴于此，暨南大学李丹教授、陆伟刚教授、曾恒等报道了水解稳定的Cu4I4-三唑MOF，JNU-9-CH3，这种结构MOF具有1D通道，通过Cu4I4和三唑配体，使得具有容易接触的I和N原子。 1）通过原位单晶和Raman光谱表征，发现了暴露I和N原子能够协同的方式固定C3烃分子。因此JNU-9-CH3对C3H4、CH2=C=CH2、C3H8具有强结合亲和性，对C3H6的亲和性较弱。穿透实验测试结果验证，在不同的比例或者流速，能够从C3H4/CH2═C═CH2/C3H8/C3H6 混合物直接分离纯度≥99.99%的C3H6。2）这项研究通过Cu4I4-MOF具有的协同结合作用能够从C3分子的四个混合物中提纯C3H6，展示了金属-碘簇结构MOF吸附剂能够协同的方式结合和分离烃类分子。
Xiao-Jing Xie, Zhi-Hao Zhang, Qi-Yun Cao, Yong-Liang Huang, Dong Luo, Heng Zeng*, Weigang Lu*, and Dan Li*, Surface Chemistry Regulation in Cu4I4-Triazolate Metal–Organic Frameworks for One-Step C3H6 Purification from Quaternary C3 Mixtures, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c08530https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c085305.JACS：Ir氧化物OER催化剂的原子结构特点OER反应过程能够对许多电催化反应提供质子，包括水分解制氢、CO2合成甲醇。Ir的氧氢氧化物（IOH）是优异的OER电催化剂，因为Ir的氧氢氧化物能够很好的平衡稳定性和催化活性。IOH的这种稳定性和催化活性的平衡是通过原子结构改变而实现的。无定形IOH具有最好的结构变化能力，但是无定形IOH的稳定性较低。这个现象与晶体化IOH材料恰好相反。IOH材料的这些特点能够用于设计和减少IOH催化剂的用量，但是目前人们对于原子尺度这种催化剂的活性和稳定性的关系并不清楚，因此阻碍了人们进一步对IOH催化剂设计。有鉴于此，马克斯·普朗克学会弗里茨·哈伯研究所Lorenz J. Falling教授、Travis E. Jones教授等报道通过文献报道和这项研究的各种IOH材料，提出了IOH催化剂的设计策略。1）选取IrOOH纳米片作为研究对象，IrOOH纳米片具有优异的催化剂使用效率和可预测的结构。发现IrOOH的晶体化学稳定性比无定形的稳定性更高。晶体结构IrOOH纳米片具有密集的金字塔型3价氧（μ3Δ-O），从而保证结构稳定，同时能够可逆的还原，避免在还原电势发生结构坍塌。 2）与其他IOH材料以及文献报道材料进行比较，验证了这种普适性的发现。作者提出了合成的简单规则，能够通过原子结构模型预测IOH的稳定性和反应活性。这项工作得到的规律有助于原子尺寸设计新型OER电催化剂。Lorenz J. Falling*, Woosun Jang, Sourav Laha, Thomas Götsch, Maxwell W. Terban, Sebastian Bette, Rik Mom, Juan-Jesús Velasco-Vélez, Frank Girgsdies, Detre Teschner, Andrey Tarasov, Cheng-Hao Chuang, Thomas Lunkenbein, Axel Knop-Gericke, Daniel Weber, Robert Dinnebier, Bettina V. Lotsch, Robert Schlögl, and Travis E. Jones*, Atomic Insights into the Competitive Edge of Nanosheets Splitting Water, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c10312https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c10312 6.吉大Adv Mater综述：氧电催化剂的结构-性能关系氧电催化剂是许多绿色能源技术的关键一环，目前受到广泛的关注，但是氧电催化剂的动力学缓慢问题是个巨大挑战，需要人们开发新型氧催化剂。有鉴于此，吉林大学管景奇教授等综述基与反应机理和原位表征技术，研究氧电催化剂的结构-性能关系。1）总结了形貌和结构对电催化剂性能的影响，随后对实验/理论计算与器件有关的应用的结合的角度对目前各种材料范畴的先进电催化剂进行讨论。最后，对催化剂未来发展面临的挑战进行讨论，因此能够促进氧电催化剂的工业化。2）对单原子催化剂、合金催化剂、MOF/COF等不同种类的氧电催化剂的最新发展进行总结，并且与Zn-空气电池、燃料电池等器件应用进行结合讨论。目前大规模应用氧电催化剂的发展仍处于早期，而且还面临着一些困难。一些问题需要解决，包括：在活性和稳定性之间进行平衡；氧电催化剂的动力学和热力学不匹配，需要开发具有优异催化活性和稳定性的氧电催化剂；碱性条件的成本太高；如何从原子尺度优化催化剂的表面积和催化活性位点结构；需要开发大量制备氧催化剂的方法；器件优化存在较大的空间。
Jingyi Han, Jingru Sun, Siyu Chen, Siying Zhang, Luoluo Qi, Anaer Husile, Jingqi Guan, Structure–Activity Relationships in Oxygen Electrocatalysis, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202408139https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.2024081397.Adv Mater：通过设计离子液体聚合物实现了含CO2工业废气直接制备纯甲酸电催化还原CO2是有望解决碳循环和降低石油燃料依赖性的技术，但是传统的CO2RR电催化反应过程包括高能耗的CO2捕获，转换，产物分离，因此增加操作成本。 有鉴于此，香港城市大学叶汝全助理教授、奥克兰大学王子运教授等报道Bi-离子液体聚合物的复合材料（Bi-PIL, bismuth-poly(ionic liquid)）在CO2电催化转化反应中表现优异的甲酸催化活性。1）Bi-PIL催化剂能够在比较宽的电化学窗口以90 %的法拉第效率生成甲酸，甚至在处理CO2浓度仅为15 % v/v的常见工业废气仍能够工作。PIL的双苯基骨架结构具有疏水性，于此同时保证较高的离子导电性，因此能够解决电解液“溢流”问题。PIL层能够起到浓缩CO2和助催化剂的双功能，加快CO2RR电催化反应动力学。2）测试说明Bi-PIL催化剂用于固态电解质电解槽进行连续的直接从废气制备甲酸溶液的前景。通过技术-经济性分析，说明这种技术能够显著的降低传统技术的成本。这项工作提出了克服低浓度CO2转化问题的解决方案，提供了CO2转化制备高附加值液体燃料和化学品的方法。
Geng Li, Chengyi Zhang, Yong Liu, Yun Song, Weihua Guo, Libei Huang, Jianjun Su, Qiang Zhang, Yinger Xin, Tanglue Feng, Xiaohu Cao, Mingming He, Tsz Kin Kwok, Jacky W. Y. Lam, Zhong Jin, Ben Zhong Tang, Ziyun Wang, Ruquan Ye, Molecular Engineering of Poly(Ionic Liquid) for Direct and Continuous Production of Pure Formic Acid from Flue Gas, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202409390https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.2024093908.Adv Mater：生物启发构筑双原子Fe抗污渗透能转换膜基于膜的反向电渗析被全球公认为是一种有前景的利用渗透能的技术。然而，由于现有膜材料的防污能力较差，其实际应用受到很大限制。有鉴于此，中国科学技术大学张振教授、济南大学Yizhong Lu、淮北师范大学马东伟教授、新加坡科技研究局化学、能源和环境可持续性研究所席识博研究员等报道基于天然细胞色素c氧化酶（CcO）的结构和功能模型的启发，首次使用原子结构精确的同核双原子Fe构筑理论具有优异防污能力的高性能渗透能转换膜。1）通过合理调整双原子铁位点的原子构型，可以精确地设计氧化酶样活性，从而提高离子通量和防污能力。具有嵌入纤维素纳米纤维中的直接Fe-Fe基序结构的复合膜（CNF/Fe-DACs-P）超过了最先进CNF膜的性能，功率密度达到~6.7Wm−2，抗菌性能提高44.5倍。2）结合实验表征和DFT理论计算模拟，发现具有金属-金属相互作用的同核双原子铁位点能够对中间体的平衡吸附和解吸，从而实现优异的氧化酶样活性、增加离子通量和优异的抗菌活性。
Zhe Li, Donghai Wu, Qingchen Wang, Qixiang Zhang, Peng Xu, Fangning Liu, Shibo Xi, Dongwei Ma, Yizhong Lu, Lei Jiang, Zhen Zhang, Bioinspired Homonuclear Diatomic Iron Active Site Regulation for Efficient Antifouling Osmotic Energy Conversion, Adv. Mater. 2024DOI: 10.1002/adma.202408364https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202408364
