1.华东理工大学Angew：Ru-O-W超高稳定电解水产氧
开发高效耐用的OER催化剂对于推进质子交换膜电解水（PEMWE）技术至关重要，尤其是开发替代Ir的催化剂。有鉴于此，华东理工大学李春忠教授、李会会研究员、日本东北大学李昊副教授等报道一种Zn、W共掺杂的Ru3Zn0.85W0.15Ox（RZW）三元氧化物催化剂，该催化剂在0.1 M高氯酸电解液和10 mA cm-2电流密度下，过电位仅为200 mV，而且能够稳定工作超4000 h。1）电负性较高的W掺入有助于OER过程中高效率的捕获牺牲性Zn物种释放的电子，随后将其传递到Ru位点。通过这种结构稳定的Ru-O-W位点，得到增加的电子密度，显著提高Ru活性位点的抗氧化性能。2）这项研究结果表明在运行过程中，通过策略性金属掺杂调控OER催化剂电子结构的重要性，有助于开发实用并且持久的电解水技术。 Chunzhong Li, Kai Zhou, Heng Liu, Zhongliang Liu, Xiaoning Li, Nana Wang, Mingyue Wang, Tianrui Xue, Yongjun Shen, Hao Li, Huihui Li, W-mediated electron accumulation in Ru-O-W motifs enables ultra-stable oxygen evolution reaction in acid, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202422707https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024227072.北理工&西安交大&空间技术研究院Angew：Pt-Cu催化剂调控CO2电化学还原选择性基于Cu的催化剂在电化学二氧化碳CO2RR反应中表现了独特的性能，CO2RR反应的机制非常复杂，而且产物的种类多种多样。对关键中间体CO和H的调控是实现高产物选择性的必要因素，但是目前仍然缺少高效和普适性的策略。 有鉴于此，北京理工大学张加涛教授、李欣远助理教授、西安交通大学陈圣华研究员、中国空间技术研究院Botao Hu等报道设计了Pt修饰的Cu催化剂，实现了调节中间体的竞争覆盖，因此能够调控产物的选择性。1）Pt单原子、Pt纳米颗粒修饰的Cu催化剂（分别表示为Cu-Pt1和Cu-PtNPs）能够精确的调控质子化和偶联反应，C2+产物的法拉第效率高达70.4 %，甲烷的法拉第效率达到57.7 %。CO剥离实验结果表明，Pt1位点可增强对CO的吸附，PtNPs对水分子解离具有CO耐受性。2）原位光谱表征的结果进一步证实，在Cu-Pt1位点能够达到较高的CO覆盖度，在Cu-PtNPs上CHO能够通过水解离产生。理论计算研究的结果表明，Cu-Pt1的界面位点有利于CO的覆盖，促进OCCO生成C2+产物，但是PtNPs位点加快水分子解离生成*CHO的动力学，随后产生甲烷。这项工作通过对活性位点进行原子级精度的设计，调控关键中间体的覆盖，为开发高效率的CO2催化剂和CO2转化策略提供思路。 Tailei Hou, Jiexin Zhu, Hongfei Gu, Xinyuan Li, Yiqing Sun, Ze Hua, Ruiwen Shao, Cheng Chen, Botao Hu, Liqiang Mai, Shenghua Chen, Dingsheng Wang, Jiatao Zhang, Switching CO2 Electroreduction toward C2+ Products and CH4 by Regulate the Protonation and Dimerization in Platinum/Copper Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202424749https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024247493.海南大学&天津大学&维也纳工业大学Angew：Fe单原子催化位点的不对称度对ORR活性的影响精确操控不对称配位构型并研究电子效应，能够调节单原子催化剂（SACs）的本征氧还原反应（ORR）活性。然而，由于配位不对称性与催化活性之间缺乏明确关系，使得SACs的理性设计模糊不清。 有鉴于此，海南大学邓意达教授、天津大学郑学荣、维也纳工业大学Günther Rupprechter等报道提出了“不对称度”概念（asymmetry degree），用于定量描述不对称配位结构的构型，评估Fe SACs催化剂的活性基团的有效性。1）这项研究建立了一个理论框架，通过构建一系列在第一或第二配位层掺杂非金属原子（B、P、S、Se和Te）的铁基SAC模型，阐明不对称度与ORR活性之间的火山型关系，这与Sabatier原理相符。随后，利用不对称度对预测的铁不对称活性基团的ORR活性进行实验验证。2）理论计算和实验相结合的结果表明，具有适度不对称度的单原子基团展现出最佳的本征ORR活性，因为打破FeN4的平面正方形对称性可以改变Fe 3d轨道的电子排布，优化中间体的吸附-脱附强度，进而增强本征ORR活性。这种从几何和电子层面对于催化活性的基础认知，为设计具有不对称构型的高性能SACs提供更加合理的指导和帮助。 Yanhui Cao, Yuan Liu, Xuerong Zheng, Jingxia Yang, Haozhi Wang, Jinfeng Zhang, Xiaopeng Han, Yida Deng, Günther Rupprechter, Wenbin Hu, Quantifying Asymmetric Coordination to Correlate Oxygen Reduction Activity in Fe‐Based Single‐Atom Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202423556https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202423556氢溢流是催化加氢反应的重要过程，氢溢流现象有助于氢气分子的活化，而且能够调节可还原氧化催化剂的表面化学性质。 有鉴于此，美国劳伦斯伯克利实验室Ethan J. Crumlin、匹斯堡大学Giannis Mpourmpakis等报道通过常压X射线光电子能谱、DFT理论计算以及微观动力学建模等原位手段，研究Pt诱导的单斜氧化钨γ-WO3的氢溢流现象，研究了不同温度下的催化剂表面态的动态演变。1）在室温下，在Pt簇的促进下，氢溢流导致形成W5+和氢中间体（OH物种和吸附H2O）的形成。随着温度升高，吸附水分子脱附、逆向氢溢流、氢原子从表面到体相的扩散之间发生相互的竞争，导致近表面的W原子的重新氧化，随后再还原。2）通过实验结果与模拟计算之间结合，为全面理解氢与可还原金属氧化物相互作用的机制提供帮助，这对于设计性能更加优异的加氢催化剂提供指导。 Haoyi Li, Mona Abdelgaid, Jay R. Paudel, Noah P. Holzapfel, Veronica Augustyn, James R. McKone, Giannis Mpourmpakis*, and Ethan J. Crumlin*, Operando Unveiling of Hydrogen Spillover Mechanisms on Tungsten Oxide Surfaces, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c13711https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c13711缓慢的水氧化反应（WOR）具有复杂的4 e-和4 H+转移过程，人们认为WOR反应是人工光合作用的动力学面临的困境。有鉴于此，中国科学院化学所章宇超研究员等报道在强光照射下，在四种典型的光阳极（即α–Fe2O3、TiO2、WO3和BiVO4）上的WOR催化反应动力学过程几乎不存在能垒。 1）限速步骤O-O键形成步骤由积累的表面光生空穴驱动，呈现出明显的四阶动力学特征。通过将布居模型（Population model）、Butler-Volmer模型与Eyring-like方程之间结合，定量估算出四阶动力学路径的活化能约为0.03 eV，DFT理论计算进一步证实了这一结果。与一阶、二阶或三阶动力学相比，该条件下的WOR速率提升了一个数量级以上。2） 以α–Fe2O3为例，原位Raman光谱表征和从头算分子动力学模拟的结果表明，积累的高密度表面空穴形成相邻的FeV═O中间体，通过氢键有效的活化表面吸附H2O分子。这项工作揭示了对表面空穴的活化能与反应级数之间内在关系的系统性理解，为未来WOR研究提供了帮助。Siqin Liu, Kun Dang, Lei Wu, Shuming Bai, Yuchao Zhang*, and Jincai Zhao, Nearly Barrierless Four-Hole Water Oxidation Catalysis on Semiconductor Photoanodes with High Density of Accumulated Surface Holes, J. Am. Chem. Soc. 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c16443https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16443电催化加氢脱氧（EHDO）是一种很有前景的方法，可将生物质衍生的生物油升级为可持续燃料，且无需使用高压氢气和高温条件。然而，直接通过 EHDO 制备实际应用中疏水性木质素基油仍面临挑战。有鉴于此，韩国科学技术研究院Woong Hee Lee等报道探讨了在添加了异丙醇或表面活性剂的酸性电解液中，木质素生物油在Pt/C上进行电催化加氢脱氧反应（EHDO）的分子动力学。1）在常温常压下，实现了98.1 %的优异转化率以及79.0 %的氢化产物高产率，其中丙基环己烷占40.5 %。实验结果以及对分子动力学的多项研究表明，EHDO是在水-溶剂-催化剂三相界面处发生。2）质子转移对EHDO的电流密度有显著影响。基于木质素的油簇尺寸以及其到电极的向量等因素，决定了EHDO的催化反应选择性和电催化法拉第效率。 这项工作深化了我们对EHDO动力学的理解，并指出了可用于改进该过程的影响因素。Jialu Wang, Man Ho Han, Kezia Megagita Gerby Langie, Da Hye Won, Mi-Young Lee, Cheoulwoo Oh, Hyo Sang Jeon, Jai Hyun Koh, Hyung-Suk Oh, Dong Ki Lee, and Woong Hee Lee*, Understanding the Dynamics Governing Electrocatalytic Hydrodeoxygenation of Lignin Bio-Oil to Hydrocarbons, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c14254https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c142547.JACS：具有近红外二区聚集诱导发射活性的金属制剂用于乳腺癌光学诊疗通过良好的激发态能量耗散平衡开发具有近红外二区（NIR-II）聚集诱导发射（AIE）性能的有机小分子光疗剂对于实现光触发的诊断成像和同步癌症原位治疗至关重要。有鉴于此，深圳大学王东教授将AIE活性N^N辅助配体与三价铱离子进行配位，开发了多功能铱（III）配合物。 1）该配合物DPTPzIr在吸收/发射波长、活性氧（ROS）产生和光热转换等方面具有明显优于其母体配体的性能。研究发现，DPTPzIr纳米粒子具有能够匹配808 nm商用激光的吸收峰以及目前已被报道的AIE铱（III）配合物中最长的NIR-II发射峰（超过1100 nm），可增强I型ROS的产生，光热转换效率高达60.5%。2）实验结果表明，DPTPzIr纳米颗粒能够在乳腺癌小鼠肿瘤模型中实现有效的多模态成像引导的光动力-光热治疗，可精准诊断肿瘤，并实现具有高生物相容性的肿瘤完全消融。综上所述，该研究工作为开发先进的光学诊疗药物提供了一个简单、可行的有效范例。 Caifa You. et al. The Midas Touch by Iridium: A Second Near-Infrared Aggregation-Induced Emission-Active Metallo-Agent for Exceptional Phototheranostics of Breast Cancer. Journal of the American Chemical Society. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c15150https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c151508.上海交大&北京大学&华中师范&新加坡国立Nature Commun：CrMnOx-GaN光催化乙醇脱水合成乙烯光驱动生物乙醇脱水为乙烯的可持续生产具有非常强的吸引力和前景。有鉴于此，上海交通大学周宝文副教授、北京大学王新强教授、华中师范大学余颖教授、新加坡国立大学欧鹏飞教授等报道将表面氢化的CrMnOx与氮化镓纳米线（GaN@CMO-H）结合，实现了光催化乙醇脱水制乙烯。 1）通过实验与计算相结合的研究方法，提出了一种表面氢补充机制，发现GaN@CMO-H上乙醇脱水的反应路径。此外，与GaN和GaN@CMO相比，表面氢化的GaN@CMO-H通过改变速率决定反应步骤，能够显著降低乙醇转化为乙烯的反应能垒。因此，表面氢化的 GaN@CMO-H 展现出相当可观的乙烯生产活性，达到1.78 mol gcat-1 h-1，CrMnOx的TOF高达94769 molC2H4-1。2）这项工作开发了一种仅利用生物乙醇和阳光而非化石燃料来可持续生产乙烯的新途径。Wang, Z., Ye, H., Li, Y. et al. Surface-hydrogenated CrMnOx coupled with GaN nanowires for light-driven bioethanol dehydration to ethylene. Nat Commun 16, 1002 (2025).DOI: 10.1038/s41467-025-56277-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-025-56277-z
