1.黄维院士团队Angew：串联构筑丰富异质结界面实现安培电催化制氢
设计具有优异催化活性和稳定性的高性能电催化剂是电解水大规模制氢的关键，异质结构的纳米阵列是具有前景的电催化剂，能够保证高活性和高稳定性，但是保证在大电流密度的活性和稳定性仍是个挑战。有鉴于此，西北工业大学黄维院士、艾伟教授等报道开发了一系列具有丰富异质界面的异质结纳米阵列催化剂，能够催化串联反应。1）将泡沫Ni使用KSCN熔盐处理和过渡金属盐处理。首先泡沫Ni与KSCN反应生成Ni9S8阵列和S2-，随后捕获过渡金属离子生成硫化物并且负载在纳米阵列上，因此通过这种方法，构筑丰富的异质结面。2）实验和理论计算结果都表明丰富的异质结面显著增强Ni9S8和RuS2的界面相互作用，记作RH-Ni9S8/RuS2。RH-Ni9S8/RuS2具有优异的HER性能，在1000mA cm-2电流密度的过电势仅为180mV，而且在这种大电流密度的稳定时间达到500h。这项研究为设计界面以及合成安培量级的高性能电催化剂提供帮助。 Hongfang Du, Song He, Boxin Li, Ke Wang, Zhenkai Zhou, Junhui Li, Tingfeng Wang, Zhuzhu Du, Wei Ai, Wei Huang, Cascade Reaction Enables Heterointerfaces-Enriched Nanoarrays for Ampere-Level Hydrogen Production, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202422393https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024223932.北京化工大学Angew：不对称脉冲过电势策略促进醇氧化和制氢耦合电催化有机氧化反应与制氢反应结合的技术目前成为能够降低制氢能源消耗并且同时合成高附加值化学品的技术，贵金属催化剂通常具有优异的电催化氧化活性，但是在实际操作中，贵金属通常容易失活，导致贵金属催化剂的实用性受到抑制。有鉴于此，北京化工大学邵明飞教授、栗振华教授等报道一种不对称脉冲电势策略，有助于各种不同的贵金属和各种醇氧化反应过程中维持贵金属长期稳定性。1）比如当施加0V~0.8V之间的脉冲过电势，Pd催化甘油电化学氧化反应能够连续工作超过2800h，甘油酸选择性>70%。对比情况下，在恒定过电势进行工作6h后催化剂基本失活。2）实验和理论计算结果表明Pd催化剂表面H2O/OH-氧化产生的亲电OH*作为主要的活性物种，促进甘油氧化。但是Pd-OH*容易氧化生成PdOx导致催化活性消失。当施加短时间的还原性脉冲过电势（0V，5s），PdOx能够重新还原。作者在流动相电解槽内测试这种策略，验证了这种策略的实用前景。Tian Xia, Jiangrong Yang, Qinghui Ren, Yu Fu, Zhiyuan Zhang, Zhenhua Li, Mingfei Shao, Xue Duan, Promoting Alcohols Electrooxidation Coupled with Hydrogen Production via Asymmetric Pulse Potential Strategy, Angew. Chem. Int. Ed. 2024 DOI: 10.1002/anie.202420992https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.2024209923.中科大JACS：机器学习光谱定量揭示电场效应对CO2电催化的作用在化学反应中，尤其是电催化/电化学合成，电场在调控反应过程中起到关键作用。但是，由于难以微观定量表征电场效应的影响，因此通过电场调控电催化反应未曾得到深入理解。有鉴于此，中国科学技术大学罗毅教授、王嵩教授、河南省科学院/中国科学技术大学江俊教授等报道通过红外/拉曼光谱的CO2信号作为描述符，定量的预测不同电场对催化反应性质的影响。1）以金属掺杂C3N4为例，通过理论预测方式对不同方向和强度电场下的CO2吸附在27个不同金属单原子表面的情况，在机器学习方法在红外/拉曼光谱描述符和吸附能/电荷转移之间建立关系，因此定量描述电场对CO2催化转化的影响。基于注意力机理（attention mechanism），挖掘了光谱和吸附模式之间的关系，并且能够从光谱反演电场强度。2）这项工作为机器学习光谱用于定量描述和调控电催化反应提供帮助。Cheng-Xing Cui, Yixi Shen, Jun-Ru He, Yao Fu, Xin Hong, Song Wang*, Jun Jiang*, and Yi Luo*, Quantitative Insight into the Electric Field Effect on CO2 Electrocatalysis via Machine Learning Spectroscopy, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c12174https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c121744.JACS：Cu催化1,1二硼烷对烯丙基立体选择性烷基化浦项科技大学（POSTECH）Seung Hwan Cho等报道Cu催化，使用1,1-双硼烷作为前手性亲核试剂对烯丙基溴进行位点选择、立体选择、对映选择性烯丙基烷基化。1）该反应使用Cu(I)溴化物和(R)-BINOL衍生磷酸酰胺（phosphoramidite）配体，加入关键性的添加剂苯甲酸锂，以较好的产率和高立体选择性/对映选择性生成立体富集的高烯丙基硼酸酯。 2）这种方法具有广泛底物兼容，对非常广泛的1,1-二芳基烷烃和烯丙基溴化物兼容。通过氘标记实验和DFT理论计算等反应机理研究，得到反应路线和立体选择性。该反应方法能够进行一系列转化反应，而且将立体富集的高烯丙稀硼酸酯转化为高附加值手性化合物。Minjae Kim, Gwanggyun Kim, Doyoon Kim, and Seung Hwan Cho*, Copper-Catalyzed Regio-, Diastereo-, and Enantioselective Allylic Alkylation with 1,1-Diborylalkanes, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c14150https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c14150将苯环还原为富含C(sp3)的结构对于设计药物分子非常重要，因为C(sp3)被证明是临床成功的结构，环己烯是具有前景的结构，因为环己烯能够快速的转化为结构丰富的产物，而且非常稳定，具有耐芳构化的能力。但是能够将苯还原为环己烯的方法非常罕见。 有鉴于此，波鸿鲁尔大学Mario P. Wiesenfeldt等报道一种具有兼容性的方法，能够将电子浓度低的苯转化为环己烯。1）这种方法对Lewis碱官能团兼容，包括三唑、硫醚，以及还原性官能团（氰基、炔烃、砜）。2）这个反应使用有机供体作为催化剂，通过光激发电子供体-受体复合物（EDA）实现温和条件下的芳烃还原。能够将不容易氧化还原反应的1,4-环己二烯异构生成可还原的1,3-环己二烯。Kirti Devi, Asad Shehzad, and Mario P. Wiesenfeldt*, Organophotocatalytic Reduction of Benzenes to Cyclohexenes, J. Am. Chem. Soc. 2024 DOI: 10.1021/jacs.4c14669https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c146696.Nature Commun：胶束能够模拟水溶液界面合成2D材料水的界面化学通常具有增强的反应活性，独特的选择性，以及限域反应结构，因此具有化学合成和材料合成领域的应用前景。但是目前由于缺少稳定的空气-水界面，因此水溶液界面化学合成技术难以得到有效应用。有鉴于此，德累斯顿大学冯新亮教授等报道通过胶束策略模拟水溶液界面化学，通过带电表面活性剂分子在超过临界胶束浓度（CMC）的自组装形成类似空气-水的界面的胶束结构。1）构筑的胶束形成有助于化学反应的微环境，其中具有疏水的核和外层水分子层。这种模拟水溶液表面胶束结构并且具有卟啉单体组装，具有独特的限域结构和方向性，在14个可逆/不可逆不同的化学反应具有反应性和选择性（≥99 %）。2）进一步的，这种方法能够用于2D聚合反应，并且合成了2D聚合物薄层材料。这项研究拓展了水溶液界面化学在合成领域的应用。 Prasoon, A., Ghouse, S., Nguyen, N.N. et al. Mimicking on-water surface synthesis through micellar interfaces. Nat Commun 15, 10495 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-54962-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-024-54962-z7.Nature Commun：阳离子COF对全氟辛酸的协同传感-吸附 PFAS（多氟化合物/全氟化合物）污染的水体造成严重的危害，因为PFAS分子对人体或者环境有害。有鉴于此，纽约大学阿布扎比分校Ali Trabolsi、Serdal Kirmizialtin等报道研究阳离子COF材料，TG-PD COF，能够高效率的检测和消除水体中的全氟辛酸（perfluorooctanoic acid）。1）通过简单的超声方法合成TG-PD COF，合成的TG-PD COF具有优异的PFOA选择性和灵敏度，检测限达到1.8μg L-1。在批次和多次循环过程中，能够在数秒内实现PFOA的吸附量超过2600mg g-1，对环境浓度PFOA完全去除。2）研究结果表明TG-PD COF具有独特的两相吸附性质，能够缓解疏水相互作用导致的PFOA聚集。计算模拟结果表明TG-PD COF的传感、吸附、电荷转移的机理。这项研究表明这种COF设计策略是具有前景的水体PFAS污染物消除策略。 Jrad, A., Das, G., Alkhatib, N. et al. Cationic covalent organic framework for the fluorescent sensing and cooperative adsorption of perfluorooctanoic acid. Nat Commun 15, 10490 (2024).DOI: 10.1038/s41467-024-53945-4https://www.nature.com/articles/s41467-024-53945-4 8.AM：超快速合成IrB1.15用于氯氧化和制氢双功能海水电解通过太阳能、海洋、地热、风能等可再生能源进行电解水制备可储存的氢能是具有前景的实现能源可持续发展的路径。但是目前最先进的电解技术需要辅助工艺的帮助，这导致增加经费和能源消耗。开发含有杂质的水体的直接电解技术能够克服这种辅助工艺。有鉴于此，魁北克大学国立科学研究院（INRS）能源材料与电信研究中心孙书会教授、魁北克大学高等技术学院张改霞教授、魁北克大学国立科学研究院/福建师范大学蒲宗华教授等报道发现焦耳热方法合成的结构有序IrB1.15作为催化剂能够电解海水持续生成氯气（Cl2）和氢气。1）IrB1.15催化剂具有优异的电催化性能，在10mA cm-2电流密度，氯氧化反应的过电势为75mV，制氢反应的过电势为12mV。此外，IrB1.15催化剂对氯氧化（CER）和制氢（HER）反应的稳定工作时间都超过90h。2）DFT理论计算结果表明IrB1.15催化剂对Cl和H的吸附能接近0eV，这与IrO2和Pt/C类似。通过原位Raman光谱表征发现IrB1.15催化剂中的Ir作为CER反应的活性位点，B原子能够缓解Ir表面的吸附氢，因此增强IrB1.15的HER催化活性。 Tingting Liu, Zhangsen Chen, Sixiang Liu, Pan Wang, Zonghua Pu, Gaixia Zhang, Shuhui Sun, Ultrafast Synthesis of IrB1.15 Nanocrystals for Efficient Chlorine and Hydrogen Evolution Reactions in Saline Water, Angew. Chem. Int. Ed. 2024DOI: 10.1002/anie.202414021https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202414021
