1. Nat. Commun.: 電荷自調節功勞大，增強富S空位1T’-MoS₂析氫活性

過渡金屬二鹵化物中的活性電子態能夠通過改善氫的吸收來促進氫的析出。然而，熱力學穩定的六方2H-MoS₂作為析氫催化劑的發展可能受到其有限的活性電子態的影響，因此通過更加有效的策略來最大化MoS₂上的析氫反應活性位點和調節活性電子態具有重要意義。近日，中科院上海硅酸鹽研究所黃富強和劉建軍等報道了在亞穩態MoS₂(1T’-MoS₂)結構中通過電荷自調節效應，有利于產生活性電子態并提高析氫反應活性。

為了驗證電荷自調節效應對催化劑性能的影響，研究人員在酸性水溶液中通過拓撲化學反應和化學腐蝕合成了1T’”-MoS₂-VS塊狀晶體；隨后引入S空位，通過形成懸空鍵來激活Mo-Mo鍵。理論計算結果顯示，活化后的Mo-Mo鍵可以通過增強S和H原子(S-H鍵)之間的相互作用，自調節電子態以促進質子吸附，從而提高了催化劑的反應活性。

因此，最佳的1T’”-MoS₂-VS催化劑具有優異的HER性能，在10 mA cm^-2電流密度下的HER過電位僅為158 mV，Tafel斜率為74.5 mV dec^-1，遠低于具有S空位的2H-MoS₂(2H-MoS₂-VS: 369 mV和137 mV dec^-1)；并且該催化劑還具有優異的循環穩定性，其在電化學測試前后結構沒有發生明顯變化。研究表明，TMD中固有的金屬-金屬鍵能夠調節活性電子態，從而實現高效的電催化析氫，這為開發用于能量轉換和儲存的具有優良性能的氧化物/硫化物基催化劑提供了指導。

Charge Self-Regulation in 1T”’-MoS₂ Structure with Rich S Vacancies for Enhanced Hydrogen Evolution Activity. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33636-8

2. Nat. Commun.: 利用AIMD模擬，揭示納米限制促進CO₂在超臨界水中的反應

在極端壓力-溫度條件下，水中CO₂的反應對地表以下的碳儲存和運輸以及對大氣中的碳收支有重要影響。以往的研究主要集中在體相中的CO₂(aq)溶液，對地下水溶液的研究往往局限于納米尺度，因為納米約束和固液界面可能會嚴重影響化學形態和反應機理，目前很少有人在分子尺度上對其進行探究。基于此，香港科技大學潘鼎課題組應用廣泛的從頭算分子動力學模擬來研究在10 GPa和1000~1400 K下被石墨烯和斯石英(SiO₂)納米約束的CO₂水溶液。

研究人與比較了納米約束下的CO₂(aq)反應和體相溶液中的CO₂(aq)反應，并研究了約束壁和約束溶液之間弱的和強的相互作用如何影響化學形態和反應機理。盡管迄今為止在地球深處還沒有發現石墨烯，但它可以與斯石英進行很好的比較；在石墨烯約束條件下，石墨烯與溶液之間沒有化學反應，而斯石英中的懸浮原子則主動參與水相碳反應，因此研究人員可以比較有界面化學和無界面化學的空間約束效應。

研究人員進行了長時間的AIMD模擬，研究了石墨烯和斯石英在10 GPa和1000~1400 K下納米碳溶液的化學反應和形態。實驗結果顯示，石墨烯納米限制促進了CO₂(aq)的反應，當石墨烯被斯石英取代時，較少的CO₂(aq)發生反應；接觸斯石英(100)表面會使溶液變得更酸，從而改變化學平衡，并且斯石英表面還通過吸附HCO₃^–和H⁺催化CO₂(aq)反應。該項研究揭示了通過礦物碳酸化儲存CO₂的原子機制，CO₂在納米約束水中反應更多，有利于CO₂礦化。

Nanoconfinement Facilitates Reactions of Carbon Dioxide in Supercritical Water. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-33696-w

3. AM: 半導體-金屬異質界面電荷轉移，調節氫吸附以實現高效析氫催化

設計合成高效穩定的析氫反應(HER)電催化劑對實現氫經濟具有重要意義。調整電催化劑的電子結構對于獲得最佳HER活性至關重要，而界面工程可以誘導異質結構界面中的電子轉移，從而優化HER動力學。基于此，新加坡南洋理工大學劉彬、蘇州科技大學楊鴻斌和胡芳馨等采用一步熱解法，在N，P共摻雜石墨烯中制備了具有半導體-金屬異質界面的超細RhP₂/Rh納米粒子(RhP₂/Rh@NPG)。

在0.5 M H₂SO₄、1.0 M磷酸鹽緩沖液(PBS)和1.0 M KOH中，電流密度為10 mA cm^-2時，RhP₂/Rh@NPG的HER過電位分別為9 mV、31 mV和21.3 mV；研究人員利用RhP₂/Rh@NPG作為陰極和陽極組裝了一個肼分解電池，在1.0 M KOH+0.1 M N₂H₄混合電解質中，RhP₂/Rh@NPG催化劑僅需要3.1和26.4 mV的過電位就能達到10和50 mA cm^-2的電流密度，并且連續運行24小時后性能僅輕微下降。

電化學表征和第一性原理密度泛函理論(DFT)計算表明，RhP₂/Rh異質界面誘導了金屬Rh向半導體RhP₂的電子轉移，增加了RhP₂中銠原子的電子密度，減弱了RhP₂對氫的吸附，從而加速了HER動力學。此外，界面電子轉移在中性和堿性環境中激活了RhP₂的Rh和P的雙位點協同效應(強共價d-p雜化)，從而促進了界面水分子的重組，加快了HER動力學。

Modulating Hydrogen Adsorption via Charge Transfer at Semiconductor-Metal Heterointerface for Highly Efficient Hydrogen Evolution Catalysis. Advanced Materials, 2022. DOI: 10.1002/adma.202207114

4. AEM: 首次報道，熱和太陽能促進Ni單原子催化制氨分解制氫

催化分解NH₃產H₂是建立無碳H₂能源系統的基礎之一，但需要高活性、低溫耐用的NH₃分解催化劑。雖然目前已經設計了各種非貴金屬催化劑，但氨分解仍然在相對較高的溫度(600-850 °C)下進行，這會造成大的能耗和對催化劑產生腐蝕，嚴重限制了催化分解NH₃產H₂的進一步發展和實際應用。基于此，日本國立物質材料研究所葉金花、廣東省科學院新材料研究所張志波和河北大學李亞光等首次提出了一種Ni單原子(SA Ni/CeO₂)氨分解催化劑，其能夠在加熱和太陽光輻照下有效催化NH₃分解產H₂。

密度泛函理論(DFT)計算表明，由于SA Ni/CeO₂的Ni-N鍵(離子鍵)比Ni納米粒子(共價鍵)弱，在CeO₂上負載的原子Ni位點可以顯著削弱氨裂解的反應勢壘(氨在SA Ni/CeO₂上分裂的能壘(1.21 eV)低于Ni納米粒子(1.77 eV))。因此，通過溶膠-凝膠法合成的SA Ni/CeO₂在300°C下催化氨分解90 h后，H₂產率穩定在3.544 mmol g^-1 min^-1。

此外，結合自制的TiC/Cu基太陽能加熱裝置，在太陽光輻照下SA Ni/CeO₂催化氨氣分解72小時的反應溫度和H₂產率分別為310°C和1.58 mmol g^-1 min^-1。總的來說，，單原子策略是設計高效非稀有催化劑的新策略，并且在研究人員設計的太陽能加熱裝置的輔助下，該系統可能實現在自然太陽輻照下大量生產高質量的綠色氫氣，從而為未來的無碳H₂能源系統的發展奠定了基礎。

Low Temperature Thermal and Solar Heating Carbon-Free Hydrogen Production from Ammonia Using Nickel Single Atom Catalysts. Advanced Energy Materials, 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202459

5. ACS Catal.: 比容量高達35583 mAh g^-1！Mn₃O₄ NS/G作為Li-O₂電池的高效氧催化劑

設計具有良好形狀和高活性晶面的氧催化劑對提高鋰氧電池的催化性能具有重要意義，但也具有一定的挑戰性。近日，中科院大連化物所吳忠帥課題組通過面工程在石墨烯上制備具有(101)晶面的超薄Mn₃O₄納米片(NS)(Mn₃O₄ NS/G)作為超高容量和長期穩定的高性能Li-O₂電池的氧催化劑。

為了突出特定暴露晶面的重要性，研究人員還使用類似的液相方法來制備具有大量(211)面暴露晶面的Mn₃O₄納米顆粒(NP)錨定在石墨烯(Mn₃O₄ NP/G)上；Mn₃O₄ NS和Mn₃O₄ NP催化劑主要分別暴露(101)和(211)晶面。各種表征結果表明，(101)表面的氧空位能顯著提高催化活性，尤其是對充電反應。因此，具有(101)面和富氧空位的Mn₃O₄ NS/G比石墨烯上的Mn₃O₄納米顆粒提供更低的過電位。此外，Mn₃O₄ NS/G陰極具有超過1300 h的長期穩定性，在200 mA g^-1下的超高比容量高達35583 mAh g^-1，優于報道的大多數錳基氧化物。

實驗結果和理論計算表明，Mn₃O₄ NS/G具有豐富的氧空位，并且Mn₃O₄(101)對Li₂O₂的吸附能比Mn₃O₄(211)低，表明在充電過程中Li₂O₂更容易分解，從而大大降低了鋰氧電池的充電過電位。這種低成本、高效率、耐用的空氣陰極催化劑將為鋰氧電池的降解提供可靠的解決方案，并促進了對新型電化學儲能系統的開發。

Two-Dimensional Mn₃O₄ Nanosheets with Dominant (101) Crystal Planes on Graphene as Efficient Oxygen Catalysts for Ultrahigh Capacity and Long-Life Li-O₂ Batteries. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c02544

6. ACS Catal.: 變廢為寶：具有MoS₂尖端的CdS將塑料光重整為增值化學品和氫氣

將塑料轉化為增值產品為解決環境問題提供了一個有前景的方法，同時為循環碳經濟提供了推動力。與傳統的塑料加工途徑(例如熱解和氣化)相比，光催化塑料氧化與水分解相結合的光重整策略旨在在溫和條件下實現塑料轉化為增值化學品，同時提供氫燃料。基于此，南京農業大學邱博誠課題組在水性介質中制備出具有MoS₂尖端的CdS納米棒光催化劑，并實現了將聚酯(例如聚乳酸(PLA)和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))重整為聚烯烴(聚乙烯(PE))。

MoS₂的定向生長表明界面S^2-陰離子可以通過MoS₂和CdS中的懸空鍵匹配來共享，這種基于以一維(1D)半導體為末端的異質結構有利于通過空間局域化的深能態來實現電荷載流子的快速轉移和分離。此外，在這種異質結構中，源自受限空穴的離域電子傾向于在MoS₂位點上積累，這有利于水還原成氫。同時，CdS側壁上留下的空穴負責塑料的氧化。

實驗結果顯示，基于MoS₂/CdS的光催化體系通過使用預處理的塑料廢料作為原料進行進化，成功將聚酯(PLA和PET)轉化為聚烯烴(PE)，并且能夠有效產H₂；另一方面，塑料氧化半反應是通過光生空穴從CdS轉移到塑料基材引發的，并產生大量的增值羧酸鹽(例如甲酸鹽、乙酸鹽和乙醇酸鹽)和氣態烷烴(例如，甲烷、乙烷、丙烷和n-戊烷)，這有助于通過環保和經濟可行的方式回收塑料。總體而言，光重整策略具有巨大的潛力，不僅可以在減少浪費的同時發展商品化學品，還促進了塑料升級的進一步發展。

Trash to Treasure: Photoreforming of Plastic Waste into Commodity Chemicals and Hydrogen over MoS₂-Tipped CdS Nanorods. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c03605

7. Nano-Micro Lett.: 配位效應促進Ni(OH)₂在水/甲醇共電催化節能制氫

電催化水分解是一種可行的制氫技術，但析氧反應(OER)緩慢動力學限制了其進一步發展和實際應用。根據最近文獻報道，具有較低工作電位的小分子氧化反應(例如甲醇氧化反應)，是具有更快動力學的OER替代反應。然而，目前阻礙該方法進一步應用的問題是催化小分子氧化反應使用的鎳基電催化劑活性和穩定性較差。基于此，深圳大學劉建文課題組通過從NiMoO₄·0.75H₂O中選擇性溶解Mo物種，合成了一種新型Mo摻雜的含有H₂O分子的Ni(OH)₂電催化劑(LC-Ni(OH)₂·xH₂O)，并通過催化析氫耦合甲醇氧化，實現節能制氫的快速動力學和耐久性。

性能測試結果表明，所獲得的LC-Ni(OH)₂·xH₂O電催化劑表現出優異的甲醇氧化反應(MOR)活性和對增值甲酸鹽的高選擇性(特別是在工業高電流密度下)。具體而言，對于MOR，在1.39 V達到了100 mA cm^-2的電流密度，Tafel斜率為28 mV dec^-1。組裝好的雙電極電解槽產生500 mA cm^-2電流密度時的電池電壓為2.00 V，甲醇氧化為甲酸鹽的法拉第效率為90%；LC-Ni(OH)₂·xH₂O在高濃度電解液(6 M KOH)中運行50小時，性能沒有發生明顯下降。

基于密度泛函理論(DFT)計算和X射線吸收光譜(XAS)的機理研究表明，改進的動力學和耐久性主要歸因于：1.超低Ni-Ni配位，它在結構中誘導高孔隙率，增加接觸面積和促進反應；2.3D網絡結構增加了反應活性位點的密度；3.未完全溶出的Mo，加強了3D網絡框架的結合。總的來說，該研究為設計用于工業節能制氫的具有增強活性和耐久性的電催化劑提供了指導。

Coordination Effect-Promoted Durable Ni(OH)₂ for Energy-Saving Hydrogen Evolution from Water/Methanol Co-Electrocatalysis. Nano-Micro Letters, 2022. DOI: 10.1007/s40820-022-00940-3

8. Nano Energy: 利用光、動能和電能，促進摻氮4H-SiC納米孔陣列催化水分解

壓電極化促進光電化學(PE-PEC)水分解是一種將光能、動能和電能轉化為化學能以獲得氫能的有前途的方法。然而，由于目前大多數壓電材料的能帶位置不當和穩定性較差，迫切需要設計和制備具有合適的帶狀結構、優異的壓電效應和高的物理/化學穩定性的壓電半導體材料以促進PE-PEC水分解。基于此，中科院北京納米能源與系統研究所王中林、朱來攀和北京科技大學侯新梅、楊濤等制備了一種氮摻雜的4H-SiC納米孔陣列(NHA)，并研究了其中的誘導極化對PE-PEC水分解的促進作用。

理論計算表明，N摻雜可以有效地調節4H-SiC的能帶結構，并且隨著N摻雜量的增加，費米能級進入導帶的深度增加。此外，當N的摻雜量達到一定值后，載流子擴散速度幾乎達到平衡；N摻雜有效地提高了4H-SiC的電子濃度并且由于N元素的電負性較強，更多的電子被吸引到靠近N原子的N-Si鍵的一側。

在PE-PEC水分解過程中，摻氮4H-SiC NHA能夠同時獲取光能、動能和電能。在1.4 V_Ag/AgCl下，模擬太陽光照射和120 W超聲振動條件下，NHA的電流密度達到6.50 mA cm^-2，比在單獨光照條件下（1.4?V_Ag/AgCl下4.33 mA cm^-2)的電流密度提高了50.1%。為了消除反應工程中傳質和氣泡的影響，在黑暗中分別進行攪拌和超聲振動。而NHA的電流密度幾乎相同，表明增強的傳質和消除氣泡不是關鍵點，單晶NHAs中具有均勻取向的壓電場起主導作用。因此，氮摻雜4H-SiC中壓電勢的存在不僅調節了能帶結構，而且加速了電荷的分離和遷移，從而提高了水分解能力。這為設計同時獲取多種能量以促進有效產氫的催化劑提供了一種有前景的策略。

Boosting of Water Splitting Using the Chemical Energy Simultaneously Harvested from Light, Kinetic Energy and Electrical Energy Using N Doped 4H-SiC Nanohole Arrays. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107876