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本文選取了2021年9月9日-9月13日在催化領(lǐng)域中最新的部分優(yōu)質(zhì)成果進行匯總，并進行了簡要的介紹，供大家了解和學(xué)習(xí)。

1. J. Am. Chem. Soc.：高出3倍！利用SACs的EMSI產(chǎn)生高區(qū)域選擇性

催化頂刊集錦：JACS、Angew.、ACS Energy Lett.、ACS Nano、ACS Catal.等最新成果

配體是控制有機反應(yīng)區(qū)域選擇性最常用的手段，因此開發(fā)新的區(qū)域選擇性控制方法對有機合成具有重要意義。今日，清華大學(xué)王定勝教授（通訊作者）等人通過研究各種反應(yīng)機理，設(shè)計并合成了具有強電子-金屬-載體相互作用（EMSI）效應(yīng)的單原子位點催化劑（SACs），即Cu₁-TiC。

利用瞬態(tài)富電子特性，在反應(yīng)過程中，金屬催化中間體上炔烴的π-云回饋增強。通過這種方式，該反應(yīng)實現(xiàn)了電子無偏炔烴的高度線性E-型區(qū)域選擇性轉(zhuǎn)化，并完全避免了支鏈異構(gòu)體的形成（ln: br>100:1，TON高達612，比先前記錄的高3倍）。

此外，SACs的結(jié)構(gòu)元件按照合成機理的要求進行設(shè)計。催化劑中的每一種元素在合成機理中都起著重要作用，表明通常被認為是提高多相催化中催化效率和持久性的EMSI，現(xiàn)在首次顯示出調(diào)節(jié)均相催化中區(qū)域選擇性的優(yōu)異的潛力。

Creating High Regioselectivity by Electronic Metal-Support Interaction of a Single-Atomic-Site Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c08088.

https://doi.org/10.1021/jacs.1c08088.

2. J. Am. Chem. Soc.：分解納米級鈷氧化物催化劑的析氧反應(yīng)：最強的性能，最小的努力

析氧反應(yīng)（OER）是人工光合作用的關(guān)鍵瓶頸步驟，也是可再生能源研究的重要課題。因此，對穩(wěn)定、高效、經(jīng)濟的水氧化催化劑（WOCs）的需求量很大，而鈷（Co）基納米材料是很有希望的目標(biāo)。近日，瑞士蘇黎世大學(xué)Greta R. Patzke（通訊作者）等人報道了他們解決了鈷（Co）輔助可見光驅(qū)動的水氧化的兩個關(guān)鍵的開放性問題：是什么使簡單的Co基沉淀物具有如此高的活性，以及我們在多大程度上需要Co-WOC設(shè)計？

作者從Co(NO₃)₂開始生成前體沉淀物，該沉淀物在光催化過程中轉(zhuǎn)化為高活性WOC，采用優(yōu)于最先進Co催化劑的[Ru(bpy)₃]²⁺/S₂O₈^2-/硼酸鹽緩沖標(biāo)準(zhǔn)分析。通過多種表征技術(shù)進行監(jiān)測這些納米Co催化劑的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。結(jié)果表明，沉淀后的催化劑沒有完全轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)的CoO_x材料，但具有一些結(jié)晶特征。從沉淀到無序Co₃O₄材料的轉(zhuǎn)變在約1 min內(nèi)進行，隨后在前10 min內(nèi)進一步轉(zhuǎn)化為高活性無序CoOOH。

在非催化條件下，前體直接轉(zhuǎn)化為CoOOH。此外，快速沉淀和分離提供了一種高活性的前催化劑，在可見光驅(qū)動的[Ru(bpy)₃]²⁺/S₂O₈^2-分析中，水氧化的O₂產(chǎn)率高達91%，優(yōu)于各種精心設(shè)計的含鈷WOCs。因此，作者證明了高性能Co基OER催化劑確實可以輕松地從有利于在所有八面體環(huán)境中形成Co(III)中心的自優(yōu)化過程中脫穎而出，從而為新的低成本維護流體化學(xué)OER工藝鋪平了道路。

Unraveling Nanoscale Cobalt Oxide Catalysts for the Oxygen Evolution Reaction: Maximum Performance, Minimum Effort. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c03375.

https://doi.org/10.1021/jacs.1c03375.

3. Appl. Catal. B Environ.：FeMn@HZSM-5膠囊催化劑通過Fischer-Tropsch合成直接合成輕質(zhì)烯烴：抑制CO₂形成的研究

對于鐵（Fe）基Fischer-Tropsch合成催化劑，如何降低CO₂的生成是一個巨大的挑戰(zhàn)。近日，中科院山西煤炭化學(xué)研究所楊國輝研究員和譚明慧副研究員，以及日本富山大學(xué)Noritatsu Tsubaki（共同通訊作者）等人報道了一種膠囊催化劑（FeMn@HZSM-5），并將其用于Fischer-Tropsch合成烯烴（FTO）反應(yīng)。

作者以FeMn為核，HZSM-5為殼，制備了FeMn與HZSM-5以不同方式物理混合制備的FeMn催化劑，并與裸FeMn催化劑和幾種雜化催化劑進行了比較。在這些催化劑中，F(xiàn)eMn@HZSM-5膠囊催化劑表現(xiàn)出最好的催化性能，具有最高的輕烯烴選擇性和最低的CO₂選擇性。

對比FeMn催化劑，F(xiàn)eMn@HZSM-5催化劑的CO₂選擇性降低了10%以上。然而，其他物理混合催化劑的CO₂選擇性與裸FeMn催化劑相似，表明隨機添加HZSM-5對抑制CO₂生成沒有影響。得益于HZSM-5外殼，F(xiàn)eMn@HZSM-5膠囊催化劑能有效地影響H₂O的擴散，從而抑制FTO反應(yīng)中的水-煤氣轉(zhuǎn)換（WGS）反應(yīng)。

FeMn@HZSM-5 capsule catalyst for light olefins direct synthesis via Fischer-Tropsch synthesis: Studies on depressing the CO₂ formation. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120713.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120713.

4. Angew. Chem. Int. Ed.：Rh(I)-Pt(II)烯烴配合物催化氫氣還原氮氧化物

氮氧化物（NO₂、NO和N₂O等）是21世紀(jì)最有效的空氣污染物之一。近日，瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)Hansj?rg Grützmacher和Monica Trincado、美國亞利桑那大學(xué)Thomas L. Gianetti（共同通訊作者）等人報道了一種含有特別設(shè)計的多齒膦烯配體的雙金屬銠-鉑（Rh(I)-Pt(II)）絡(luò)合物，其能夠在氫氣存在的情況下催化將這些氮氧化物還原為水和氮氣作為良性產(chǎn)物。

該催化反應(yīng)在室溫和低壓下進行（氮氧化物和氫氣混合氣體為3-4 bar），作者記錄了一氧化二氮（N₂O）還原為水和N₂的轉(zhuǎn)化數(shù)（TON），使這些Rh(I)-Pt(II)絡(luò)合物成為目前該反應(yīng)的最佳均相催化劑。其中，氮氧化物（NO，TON=38）或二氧化氮（NO₂，TON=8）的轉(zhuǎn)化率較低。

通過多核NMR技術(shù)和密度泛函理論（DFT）計算相結(jié)合，對這些前所未有的均相催化NO_x加氫反應(yīng)進行了研究，從而深入了解了可能的反應(yīng)機理。NO₂的加氫分步進行，首先生成NO和H₂O，然后生成N₂O和H₂O，最后進一步轉(zhuǎn)化為N₂和H₂O。其中，N-N鍵形成步驟發(fā)生在從NO轉(zhuǎn)化為N₂O的過程中，涉及NO在Rh中心的還原二聚化，生成亞硝酸根（N₂O₂^2-）絡(luò)合物，而該絡(luò)合物被檢測為中間體。

Reduction of Nitrogen Oxides by Hydrogen with Rh(I)-Pt(II) Olefin Complexes as Catalysts. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202109642.

https://doi.org/10.1002/anie.202109642.

5. ACS Energy Lett.：FE>93%！膜電極組件電解槽中低濃度CO₂氣體的電催化還原

鑒于純CO₂的昂貴氣體調(diào)節(jié)過程，低濃度CO₂的直接轉(zhuǎn)化是一種必要的方法，但尚未在膜電極組件（MEA）電解槽中進行深入研究。近日，韓國科學(xué)技術(shù)研究院Da Hye Won和Ung Lee、韓國首爾國立大學(xué)Yun Jeong Hwang（共同通訊作者）等人報道了零間隙MEA電解槽中不同CO₂濃度下的CO₂還原，發(fā)現(xiàn)在低CO₂濃度下抑制析氫反應(yīng)（HER）變得更為關(guān)鍵。

作者證明了鎳（Ni）單原子（Ni-N/C）催化劑對低CO₂分壓（P_CO2）表現(xiàn)出很高的耐受性，因為其本身具有較大的活化能。Ni-N/C比Ag納米顆粒的CO產(chǎn)率高，尤其是在零間隙MEA的低CO₂濃度下。

當(dāng)P_CO2從1.0降低到0.1 atm時，Ni-N/C的CO法拉第效率（FE_CO）始終超過了93%，而Ag納米顆粒的FE_CO從94%降低到了40%。此外，在計算流體動力學(xué)模擬的基礎(chǔ)上，作者開發(fā)了控制水從陽極液轉(zhuǎn)移到催化劑層的外部操作條件，并在MEA電解槽的低CO₂濃度下提高了CO選擇性。

Electrocatalytic Reduction of Low Concentrations of CO₂ Gas in a Membrane Electrode Assembly Electrolyzer. ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01797.

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01797.

6. ACS Energy Lett.：冠醚基COF催化劑助力CO₂電還原

二氧化碳的電化學(xué)還原（CO₂RR）對于碳中和清潔能源具有重要意義。利用金屬卟啉骨架構(gòu)建的催化共價有機框架（COFs）是CO₂轉(zhuǎn)化為CO的理想選擇。然而，COFs的強疏水性和較差的電子轉(zhuǎn)移能力限制了其催化性能。近日，華東理工大學(xué)劉洪來教授、上海交通大學(xué)莊小東研究員和中科院上海高等研究院Qing Xu（共同通訊作者）等人報道了一種冠醚和鈷（Co）卟啉基-COF（TAPP(Co)-B18C6-COF）催化劑，并利用其來催化CO₂還原。

研究發(fā)現(xiàn)，COFs中的冠醚單元不僅增強了骨架的親水性，而且促進了冠醚向Co卟啉核的電子轉(zhuǎn)移。此外，冠醚單元增強了CO₂的結(jié)合能力。

由于這些特性，催化COF顯示出優(yōu)異的催化性能，在-0.60和-0.90 V vs RHE的外加電壓下，其法拉第效率（FE_CO）為84.4-93.2%，在-0.9 V vs RHE下的最大轉(zhuǎn)化頻率（TOF）為1267 h^-1。總之，該工作為COFs和電催化提供了新的見解。

Constructing Catalytic Crown Ether-Based Covalent Organic Frameworks for Electroreduction of CO₂. ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01681.

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c01681.

7. ACS Nano：原位電化學(xué)活化層狀雙氫氧化物OER的活性相及催化機理

目前，鎳（Ni）基層狀雙氫氧化物（LDHs）材料在析氧反應(yīng)（OER）中的活性相和催化機理尚未達成共識，且仍存在爭議。此外，由于LDHs層的厚度和堆積結(jié)構(gòu)限制了催化活性，因此設(shè)計LDHs的活性位點和活性位點數(shù)量是提高OER活性的有效途徑。近日，國立臺灣科技大學(xué)Bing Joe Hwang、Wei-Nien Su和Meng-Che Tsai（共同通訊作者）等人報道了一種原位調(diào)節(jié)NiMn-LDHs的位點活性和活性位點數(shù)量的方法，其表現(xiàn)出優(yōu)異的OER性能，在電流密度為10 mA cm^-2時的起始過電位為0.17 V，過電位為0.24 V。

通過operando技術(shù)和密度泛函理論（DFT）計算進行了表征，對OER過程中的基本機理和活性相進行了理解，揭示了Ni位點構(gòu)成OER活性，動態(tài)生成的NiOOH部分是活性相。作者還證明，在工作條件下，Ni位點經(jīng)歷了可逆氧化狀態(tài)，生成活性NiOH物種，催化水生成氧氣。這些發(fā)現(xiàn)表明NiMn-LDHs中的Ni(III)相是OER活性位點，Mn促進了Ni位點的電子性質(zhì)。

此外，作者利用原位/operando技術(shù)和DFT計算發(fā)現(xiàn)，客體陰離子的原位插層允許LDH層膨脹，并且通過電子耦合將活性NiOH物種保持在+3價的氧化狀態(tài)下，從而分別將位點數(shù)量和位點活性調(diào)節(jié)到最優(yōu)的OER活性。總之，該工作為水電解和燃料電池技術(shù)設(shè)計下一代高活性催化劑的策略提供了見解。

Tuning Dynamically Formed Active Phases and Catalytic Mechanisms of In Situ Electrochemically Activated Layered Double Hydroxide for Oxygen Evolution Reaction. ACS Nano, 2021, DOI: 10.1021/acsnano.1c05250.

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c05250.

8. ACS Catal.：高縱橫比Ag納米線電極助力CO₂電化學(xué)轉(zhuǎn)化為CO

經(jīng)濟的CO₂轉(zhuǎn)化為CO或生成合成氣需要產(chǎn)品選擇性、高通量和耐用的電解槽。結(jié)合氣體擴散層（GDL）的高比表面積納米催化劑可實現(xiàn)高CO₂通量和轉(zhuǎn)化率，但催化劑利用率低、過早降解和GDL溢流會限制電解槽的運行。近日，美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所Thomas P. Moffat和David Raciti、杜克大學(xué)Benjamin J. Wiley（共同通訊作者）等人報道了一種由高縱橫比Ag納米線（Ag NW）電催化劑的高導(dǎo)電催化劑床組成的催化劑層（CL）與非導(dǎo)電多孔聚四氟乙烯（PTFE）GDL集成，實現(xiàn)了更耐用和選擇性的電解槽性能。

該電解槽能夠探索氯離子厚度對催化劑利用效率和選擇性的影響。結(jié)合Ag NW-PTFE GDL的1-D計算模型，發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的CL厚度受到局部CO₂水溶液濃度的顯著的限制，導(dǎo)致最佳性能為250 A/g（15×改善），對析氫反應(yīng)（HER）抑制高達20×。

此外，催化劑微環(huán)境中的局部pH值表明，碳酸氫鹽電解質(zhì)的局部形態(tài)影響H₂和CO之間的選擇性。附加的實驗測量表明，碳酸氫鹽中的質(zhì)子離解對中間過電位下的析氫有顯著貢獻。導(dǎo)電和機械穩(wěn)定的NW催化網(wǎng)絡(luò)與疏水性PTFE多孔支撐結(jié)構(gòu)的結(jié)合為調(diào)整介尺度催化劑的微環(huán)境提供了一個有效的平臺，從而改善CO₂電還原過程中的性能和耐久性。

High-Aspect-Ratio Ag Nanowire Mat Electrodes for Electrochemical CO Production from CO₂. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c02783.

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c02783.

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