1.湖南大学Angew：二合一策略增强Fe-N-C位点的密度和TOF
催化活性位点的密度、催化反应TOF是决定Fe-N-C催化剂的ORR活性的两个基本标志。但是，如何在单个Fe-N-C催化剂中同时优化这活性位点密度和TOF仍然是一个巨大的挑战。有鉴于此，湖南大学费慧龙教授等通过一步化学气相沉积工艺用碘铵（NH4I）蒸气处理常见Fe-N-C催化剂，不仅通过原位生成的NH3的刻蚀作用增加催化剂的表面积和孔隙率（从而增加活性位点的暴露），而且通过掺入碳基质中的碘掺杂剂调节Fe-N4的电子结构。1）通过原位亚硝酸盐标定（in-situ nitrite stripping）技术测定，NH4I处理的Fe-N-C催化剂实现了2.15×1019个位点g-1的位点密度（与未处理的催化剂增强2倍）、3.71个电子位点-1 s-1的TOF（TOF比未处理催化剂增强3倍）方面都具有很高的值，以及12.78 A g-1的质量活性。2）此外，催化剂在碱性体系具有优异的ORR性能，半波电位（E1/2）为0.924 V，在酸性体系表现出可接受的活性，半波电位E1/2=0.795 V，在锌空气电池中取得249.1 mW cm-2的优异功率密度。 Jianbin Liu, Yao Liu, Bing Nan, Dashuai Wang, Christopher Allen, Zhichao Gong, Guanchao He, Kaixing Fu, Gonglan Ye, Huilong Fei, A Two-in-One Strategy to Simultaneously Boost the Site Density and Turnover Frequency of Fe−N−C Oxygen Reduction Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202425196https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024251962.内蒙古大学Angew：晶面设计介孔CuS反应器增强光催化还原CO2制备C2H4 具有高氧化还原活性的介孔纳米反应器的晶面异质结工程代表了将CO2转化为有价值的C2产物（如C2H4）的有效策略。有鉴于此，内蒙古大学马玉柱研究员、内蒙古大学/复旦大学赵东元院士等报道通过界面受限离子动态迁移重排策略，制备具有各向异性晶面的中空介孔立方体状CuS纳米反应器（~860 nm）。1）S2-离子浓度的调节有助于将高活性（110）与（100）晶面比从0.119调节到0.288，并诱导各向异性晶面异质结的形成。可控晶面异质结触发电荷载流子的定向迁移，并伴随着串联S缺陷位点的形成(Cu0-S1@S3)。促进了有效的电子-空穴对解离，并实现了不对称的C-C耦合。优化晶面比为0.224的中空介孔CuS纳米反应器（HMe-CuS-3）对CO2光催化还原为乙炔（C2H2）的选择性高达72.7%。2）进一步的，构建Au-(110)和Co3O4-(100)空间分离的级联纳米反应器(SS-Au@Co3O4-CuS)用于CO2-C2H4光催化还原，Co位点增强H2O分子解离提供质子，并将*CO质子化为*COH。随后，*COH被Au位点捕获，用于不对称的*CO-*COH偶联和质子化，实现了高达4.11μmol/g/h的高C2H4生成率，选择性高达90.6 %。 Jiaming Zhang, Linlin Duan, Wei Zhang, Bing Ma, Jiangwei Zhang, Jinying Li, Aixia Wang, Peiting Guo, Dongyuan Zhao, Yuzhu Ma, Crystal-Facet Engineering of Mesoporous CuS Cascade Nanoreactors Enhances Photocatalytic C-C Coupling of CO2-to-C2H4, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202423861https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024238613.电子科技大学&中科院深圳先进技术研究院Angew：Co1Cu单原子合金调控电催化还原CO2甲烷化二氧化碳（CO2）电化学还原为甲烷（CH4）是一种有前景的解决方案，可以在生产有价值的化学原料的同时减少二氧化碳排放。虽然单原子催化剂能够选择性的将CO2转化为CH4方面表现应用前景，但是通常单原子催化剂的活性位点数量非常有限，这阻碍了电催化反应过程形成高电流密度，造成了选择性和催化活性的局限。 有鉴于此，电子科技大学夏川教授、郑婷婷教授、中国科学院深圳先进技术研究院郑勇平副研究员等报道开发了一种单原子钴Co掺杂的铜催化剂（Co1Cu），CH4法拉第效率超过60 %，部分电流密度为-482.7 mA cm-2。1）机理研究表明，Co单原子的掺入增强H2O分子的活化和解离，从而降低了*CO中间体的氢化反应能垒。原位光谱实验和DFT理论计算模拟进一步表明，通过增强桥式结合的方式调节*CO吸附位点的结构，有利于通过C-C偶联或CO脱附反应路径实现深度还原生成CH4。2）这项研究结果展示了，Co1Cu催化剂具有克服选择性-活性权衡（selectivity-activity trade-off）的潜力，为CO2合成CH4的高效率转化技术和大规模利用提供可能。 Jiawei Li, Miaojin Wei, Bifa Ji, Sunpei Hu, Jing Xue, Donghao Zhao, Haoyuan Wang, Chunxiao Liu, Yifan Ye, Jilong Xu, Jie Zeng, Ruquan Ye, Yongping Zheng, Tingting Zheng, Chuan Xia, Copper-Catalysed Electrochemical CO2 Methanation via the Alloying of Single Cobalt Atoms, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202417008https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024170084.西湖大学Angew：通过傅-克反应快速大规模构筑高晶度三嗪CTFFriedel-Crafts反应因其操作简单、结构单元丰富而被广泛应用于制备各种多孔有机聚合物。但是，由于其较差的可逆性和过多的无规反应位点，到目前为止，通过傅克反应合成结晶有机聚合物/框架的方法仍未曾实现。有鉴于此，西湖大学徐宇曦研究员等报道开发了一种分子限制的傅克反应策略，首次实现了具有功能设计的高结晶共价三嗪框架（CTF）的快速制备（仅需30 min）。 1）理论计算和详细的实验表明，羧基在CTF结晶过程中在芳香苯单体中的关键作用，不仅可以通过其吸电子性质有效地为2,4,6-三氯-1,3,5-三嗪的亲电攻击形成合适的活化能垒，而且能够引入锚定效应（分子限制效应），促进特定位点在二维平面方向的有序聚合。2）由于简便的合成路线和原料的低成本，这项研究前所未有的实现了羧基官能化高结晶度CTF的公斤级制备。此外，由于羧基的亲水性和可电离性，所获得的官能化CTF表现出优异的水相分散性，优异的溶液加工性能。Lei Zhang, Tian Sun, Zhao Zhang, Ziyue Zhang, Yuxi Xu, Rapid and Scalable Preparation of High-Crystalline Carboxyl-Functionalized Covalent Triazine Frameworks via Friedel-Crafts Reaction, Angew. Chem. Int. Ed. 2025 DOI: 10.1002/anie.202421251https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024212515.JACS：Pd1-Pdn-(Ni,Co)(OH)x的三重活性位点增强甲醇辅助低电压现场制氢甲醇（ME）是一种液态氢载体，非常适合于现场的实时按照需求制氢，避免了其昂贵和危险的存储和输送，但是ME-to-H2的电化学转换反应过程受到高压（能耗）和竞争性OER反应的抑制。有鉴于此，香港大学郭正晓教授、暨南大学高庆生研究员、Lihua Zhu、中国科学院福建物构所柴国良研究员等报道证实Pt单原子（Pt1）和Pd纳米簇（Pdn）锚定在富含OH空位（VOH）的(Ni, Co)(OH)x纳米粒子上构筑得到Pt1Pdn/(Ni, Co)(OH)x，通过协同功能可以产生协同的三元活性位点，因此实现了甲醇增强的低压制H2。1）对于MOR，OH*优先吸附在Pdn上，(Ni, Co)(OH)x表面氢原子的氢键能够帮助，与有利吸附在相邻Pt1位点上的中间体（如*CHO或*CHOOH）相互作用。 2）通过提高*CHOOH途径的选择性，没有改善*CO路径的选择性，因此MOR活性实现了实用化的大电流密度。对于HER，(Ni, Co)(OH)x上的Pt1、Pdn和OH空位三元位点形成了一个“酸碱”微环境，能够促进水分子的吸附和分解，在Pt1和Pdn上生成H*物种，在空位形成*OH，因此能够促进从不对称Pt1和Pdn位点的Tafel释放H2。三元位点协同作用为设计和合成高效稳定的共功能催化剂为液体甲醇促进“现场”生产H2提供可能。An Pei, Ruikuan Xie, Lihua Zhu*, Fengshun Wu, Zinan Huang, Yongyu Pang, Yu-Chung Chang, Guoliang Chai*, Chih-Wen Pao, Qingsheng Gao*, Congxiao Shang, Guang Li, Jinyu Ye, Huaze Zhu, Zhiqing Yang, and Zhengxiao Guo*, Methanol-Enhanced Low-Cell-Voltage Hydrogen Generation at Industrial-Grade Current Density by Triadic Active Sites of Pt1–Pdn–(Ni,Co)(OH)x, J. Am. Chem. Soc. 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c12665https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c126656.浙江大学Nature Commun：价格便宜且性能稳健MOF实现持续性分离SF6/N2物理吸附为低温蒸馏提供了一种有前景的替代方案，用于捕获最强效的温室气体SF6，但现有的吸附剂在满足各种化学和工程问题方面面临挑战。有鉴于此，浙江大学杨启炜研究员、柯天等在本文中，通过对孔内化学和工业过程设计的深入了解，构建了两种低成本复合材料颗粒（2 % HPC的Al（fum）和5%高岭土的Al（fum）），并且结合一种创新的两阶段真空变温吸附（VTSA，two-stage Vacuum Temperature Swing Adsorption）工艺，实现了从氮气中超高效回收低浓度SF6。1）实现了创纪录的高选择性（>2×104）和SF6动态容量（~2.7 mmol/g），同时实现了优异的SF6产量（~58.7 L/kg）、收率（~96.8 %），在温和的再生条件下，通过固定床的吸附-脱附实验，验证了能够循环利用（~1000次循环）。 2）2D固体NMR光谱和原位FTIR红外光谱、DFT-D结合/扩散模拟，揭示了SF6在通道内的多位点结合方式以及超快速的扩散。VTSA工艺能够达到环境保护和电力设备运行的双重严格要求：SF6回收率为99.91%，SF6纯度/工作容量为99.91%/2.1 mmol/g，性能显著超过了工业沸石13X，能耗仅为低温蒸馏过程能耗的18.7 %。Li, J., Chen, Y., Ke, T. et al. Efficient continuous SF6/N2 separation using low-cost and robust metal-organic frameworks composites. Nat Commun 16, 632 (2025).DOI: 10.1038/s41467-025-56031-5 https://www.nature.com/articles/s41467-025-56031-57.吉林大学Nature Commun：键强度策略预测晶界能和金属的宏观强度将结合强度与金属的宏观强度相关联对于理解机械性能和设计多主元素合金（MPEA）至关重要。有鉴于此，吉林大学高旺教授等报道受到晶界在金属强度中的作用的启发，引入了一种预测模型，根据内聚能和原子半径确定金属的晶界能和宏观强度。1）这项研究通过紧束缚模型的d带特性和断裂键的本质，表明了排斥/吸引效应在不同金属的键强度变化中起着不同的作用。2）重要的是，我们的框架不仅适用于纯金属和MPEA，而且揭示了由元素组成、晶格结构、高熵和无定形效应引起的键强度的区别。这项研究通过使用易于获取的材料特性，构建了一个跨越结合强度、晶界能和金属强度的物理关系，并且为高强度合金的设计提供了一种稳健的方法。 Li, X., Wu, H., Gao, W. et al. A roadmap from the bond strength to the grain-boundary energies and macro strength of metals. Nat Commun 16, 615 (2025).DOI: 10.1038/s41467-025-55921-yhttps://www.nature.com/articles/s41467-025-55921-y8.Nature Commun：过渡金属空位和位点工程实现可逆阴离子氧化还原反应用于储钠引发阴离子氧化还原反应是提高层状过渡金属(TM)氧化物容量的有效方法。然而，不可逆的氧释放和高电压下的结构恶化仍然是一个难题。在此，武汉理工大学麦立强教授，周亮教授，Khalil Amine，Jiantao Li等人开发了一种Mg离子和空位双掺杂策略，部分TM离子钉扎在Na层中，以提高阴离子氧化还原反应的可逆性和层状氧化物的结构稳定性。 1）Mg离子和空位(□)都包含在TM层中，而部分Mn离子(~1.1%)占据Na位。引入的Mg离子与空位结合不仅创造了丰富的非键合O 2p轨道，有利于高氧氧化还原容量，而且还抑制了源自Na–O–□配置的电压衰减。2）钉扎在Na层中的Mn离子充当“铆钉”，抑制板坯在极端脱钠状态下的滑动，从而抑制裂纹的产生。正极Na0.67Mn0.011[Mg0.1□0.07Mn0.83]O2具有增强的放电容量和良好的循环性能。这项研究为构建稳定的层状氧化物正极以及用于钠存储的高度可逆阴离子氧化还原反应提供了见解。
Cai, C., Li, X., Li, J. et al. Transition metal vacancy and position engineering enables reversible anionic redox reaction for sodium storage. Nat Commun 16, 100 (2025).DOI：10.1038/s41467-024-54998-1https://doi.org/10.1038/s41467-024-54998-1
