AM: ?Ag@Cu2O納米反應器中局部CO通量幾何調制以引導CO2還原途徑實現高效甲烷生產
將CO2電化學還原(CO2RR)為CH4是實現對CO2進行資源利用并且達到“碳中和”目標的有效途徑之一。但是開發在合適電流密度下商業可用的高甲烷選擇性催化劑仍面臨巨大挑戰。基于此，蘇州大學的彭揚和鐘俊、澳大利亞阿德萊德大學的焦研和上海理工大學的韓昇等人報道了一種獨特的核殼納米結構(Ag@Cu2O)的CO2RR催化劑，表現出高CH4選擇性。
作者將種子生長法和Ostwald熟化結合，合成類似于細胞結構的Ag@Cu2O納米催化劑(Ag@Cu2O-x NCs)，x表示Cu/Ag的摩爾比。Ag@Cu2O-x NCs的Cu2O殼層在CO2RR時會脫氧重構成為多晶金屬Cu(OD-Cu)，但仍完整包裹住Ag核心。催化劑上CO2RR有兩種途徑，一是CO2→*COOH→*CO→*CHO→CH4，另一種通過串聯機制，首先由Ag核產生CO，然后在OD-C殼上氫化。通過調節Cu2O的包裹尺寸等幾何參數，進而調節OD-Cu上的CO通量，進一步調節表面*CO和*H的吸附，引導電催化CO2RR途徑。
對于最優的催化劑Ag@Cu2O-6.4 NCs，較低的*CO覆蓋可以穩定*CHO中間體，顯著提高了CH4的選擇性。其在-1.2 VRHE下的CH4FE為74±2%，局部電流密度為178±5 mA cm-2；在-1.3 VRHE下的CH4FE為72±3%，局部電流密度為214±9 mA cm-2。
Geometric modulation of local CO flux in Ag@Cu2O nanoreactors for steering the CO2RR pathway toward high-efficacy methane production. Advanced Materials, 2021. DOI: 10.1002/adma.202101741
AM: 2D材料強金屬-載體相互作用：貴金屬/TiB2異質界面中的應用及其增強甲酸脫氫催化性能
強的金屬-載體相互作用(SMSI)在多相催化劑中是一個關鍵的概念。通常在穩定的貴金屬納米催化劑的制備中起著重要作用。南洋理工大學的Tej S. Choksi和劉汶、福州大學的湯禹和浙江理工大學的李仁宏等人報道了一種新的熔鹽輔助合成策略，通過共價和靜電相互作用，TiB2覆蓋層穩定覆蓋在不同的貴金屬上，制備出貴金屬(Pt、Ag和Au等)/TiB2催化劑。證明了貴金屬和2D TiB2之間的SMSI。
作者通過熔鹽輔助硼熱還原法合成出TiOx封端的TiB2載體，再將貴金屬納米顆粒負載到TiB2載體上。當TiB2載體與貴金屬納米粒子結合，就會引起SMSI現象，鵬化物層會將金屬納米粒子覆蓋封裝，形成具有高達12.0 wt%金屬負載量的耐燒結核殼納米結構。覆蓋層的厚度和覆蓋范圍可以通過煅燒溫度來控制。
對于Pt/TiB2，硼化物覆蓋層形成物理屏障，有效抑制Pt納米顆粒的燒結，同時促進TiB2的電荷轉移到Pt。與為了提升穩定性而犧牲催化活性的常規SMSI催化劑不同，與未改性的TiB2相比，貴金屬/TiB2催化劑顯示出顯著增強的HCOOH脫氫活性，另外，貴金屬位點不直接參與反應。無需任何添加劑或pH調節，Pt/TiB2催化劑在10.0 M甲酸水溶液中顯示出 13.8 mmol g-1cat h-1的出色產氫率，對CO2與H2的選擇性大于99.9%。
Strong metal-support interaction for 2D materials: Application in noble metal/TiB2 heterointerfaces and their enhanced catalytic performance for formic acid dehydrogenation. Advanced Materials , 2021. ?DOI: 10.1002/adma.202101536
Small: 超細異質線陣列上Ni-O晶格和Ce-O晶格的偽周期耦合用于高效水氧化
過渡金屬氧化物(TMO)常作為電催化劑用于堿性介質中電化學OER反應。但是從TMO到(羥基)氫氧化物轉化緩慢并且轉化不完全，以及形成的(羥基)氫氧化物電子結構未經修飾，導致OER性能遠低于貴金屬氧化物。基于此，蘇州大學的康振輝、劉陽、黃慧和陳子亮等人報道了一種獨特的雙金屬氧化物晶格耦合策略制備的碳布支撐的超細納米線陣列，用于高效水氧化。
作者將NiO納米晶體和CeO2納米晶體進行偽周期晶格耦合，制備出電催化劑(NiO/CeO2 NW@CC)。CeO2可以與NiO 形成晶格耦合，促進形成豐富的O空位，從而加速從NiO到NiOOH的轉化；超細納米線的協同作用以及扭曲的NiO和CeO2納米晶體之間的偽周期排列也有效地確保了NiO轉化為NiOOH 納米而不會聚集，這有利于活性位點的高效利用和物質的擴散；CeO2能夠將電荷注入原位形成的NiOOH，優化了對氧中間體的反應自由能。另外，碳布的引入促進了活性位點的暴露及電子的轉移。
在1.0 M KOH溶液中，NiO/CeO2 NW@CC電催化劑在50 mA cm-2電流密度下的過電位為330 mV。在電流密度為50 mA cm-2條件下具有超過三天的耐久性，遠遠超過NiO/CC和商業IrO2催化劑。
Pseudo-periodically coupling Ni-O lattice with Ce-O lattice in ultrathin heteronanowire arrays for efficient water oxidation. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202101727
AFM: 硫酸根離子在具有增強OER性能的鎳鐵(羥基)氫氧化物中的作用
合理設計有效的OER催化劑是電催化水氧化的重要步驟。鎳鐵(氧)氫氧化物是用于堿性OER的最有前景的催化劑，但是鎳鐵(羥基)氫氧化物會緩慢重構為NiFe羥基氧化物從而限制了OER性能。基于此，中南大學的潘軍、劉敏和譚鵬飛等人開發了一種硫酸根離子(SO42-)調制的策略，在OER過程中加速預催化劑的電化學重構和穩定OOH*反應中間體來提高NiFe(羥基)氫氧化物的OER性能。
在硫脲溶液中，作者通過陽極氧化法在泡沫鎳上構建了硫酸根離子(SO42-)修飾的NiFe(羥基)氫氧化物預催化劑(NF-S0.15)，主要成分為FeOOH和Ni(OH)2。硫酸根離子(SO42-)能夠與Ni位點相互作用并促進電催化劑進行電化學重構。另外，硫酸根離子(SO42-)的浸出能夠加速Ni(OH)2/FeOOH轉化為真正活性物質Ni(Fe)OOH的動力學，從而增強OER活性。更重要的是，在電介質中加入硫酸鹽，NiFe(羥基)氫氧化物表面會吸附硫酸根離子(SO42-)，穩定OOH*反應中間體，進一步說明了硫酸根離子(SO42-)可以促進OER活性。
NF-S0.15具有卓越的OER性能，在50 mA cm-2電流密度下，其過電位和Tafel斜率分別為234 mV和27.7 mV dec-1。NF-S0.15在100 mA cm-2電流密度下顯示出超過100小時的優異的耐久性。
Unveiling role of sulfate ion in nickel-iron (oxy)hydroxide with enhanced oxygen-evolving performance. Advanced Functional Materials, 2021. DOI:10.1002/adfm.20210277
Small: 一種新穎策略：催化劑轉化為基底來高效分解水
迄今為止，對于堿性電解水催化材料和催化反應的研究主要是通過將催化劑以粉末或自支撐的形式沉積在導電基底(旋轉圓盤電極、玻碳電極、泡沫銅或泡沫鎳)上進行的，這不僅操作復雜，而且限制了提高催化劑負載量的能力(通常小于2 mg cm-2)。忠北大學的Jong Hoon Joo等人報道了一種將催化劑轉化為基底的新穎的策略。
作者通過一種新穎的轉化過程設計了一種具有大表面積的NiFe合金催化基底(NiFe-CS)，該過程能夠將催化劑轉化為雙功能催化基底。具體過程是使用具有原子分布的Ni/Fe陽離子的模制炭作為基材，在氫氣氛中進行低溫熱處理，以制造具有多尺度孔結構的催化金屬基底，從而產生HER/OER高活性的氫氧化物。催化基底本身的獨特設計具有豐富的活性位點、高度多孔的結構和卓越的導電/傳質性能等優點，并且可以精確控制催化劑組分，顯著提高HER/OER活性。
另外，這種結構不僅能暴露多的電化學活性位點，還能在基底表面形成羥基物質作為活性相。對于HER和OER反應，NiFe-CS在10 mA cm-2電流密度下，過電位分別為33 mV和196 mV，Tafel斜率分別為68 mV dec-1和42 mV dec-1，NiFe-CS在HER和OER過程中分別具有超過100小時的優異穩定性。
An innovative way to turn catalyst into substrate for highly efficient water splitting. Small, 2021. DOI:10.1002/smll.202101571
AFM: 解耦缺陷和帶隙對齊機制對多孔2D CeO2-x基異質結催化性能的影響
納米異質結結構催化劑可以利用缺陷工程和表面、結構及形態特征，通過材料的協同作用來提高催化性能。新南威爾士大學的Pramod Koshy、Sajjad S. Mofarah和zheng xiaoran等人對多孔2D CeO2-x基異質結催化劑的缺陷平衡在固溶度和電荷補償中的作用機制進行闡述，解釋了獨立2D-3D CeO2-x基催化劑的理化性質和催化性能。
作者通過帶隙對齊和缺陷工程策略來構建異質結構，CeO2-x納米片作為基底，然后分別摻入Mo和Ru構建多孔異質結納米片，引入了中帶隙狀態和帶隙重新排列。
通過催化HER和催化臭氧化應用，對于CeO2-x，非異質結結構和缺乏有效的氧空位，分別導致其HER性能低和氧化后CeO2-x臭氧化性能高。分別摻雜Mo和Ru后，Mo在CeO2-x中的固溶度低(~2.4 at%)，Ru的固溶度相對高一點(≥6.8 at%)。摻雜后CeO2-x帶隙變窄，摻Mo后，化學吸附和價梯度界面牢固結合的高密度分布均勻的異質結顆粒有利于電荷通過，HER性能和還原Mo-CeO2-x臭氧化性能優異。摻雜Ru后，物理吸附弱鍵合的低密度不均勻分布大異質結顆粒不利于電荷轉移，另外鈰空位濃度高，導致HER性能和氧化與還原Ru-CeO2-x臭氧化性能差。
Decoupling the impacts of engineering defects and band gap alignment mechanism on the catalytic performance of holey 2D CeO2-x-based heterojunctions. Advanced Functional Materials, 2021. DOI:10.1002/adfm.202103171
ACS Nano: 可全pH值高效HER的面內異質結構
電催化分解水產氫(HER)反應具有pH值依賴性，這限制了其廣泛應用。基于此，清華大學的曲良體和北京理工大學的趙揚等人提出了一種簡單的方法，用于將MoS2(002)面和α-MoC{111}面進行化學鍵合，形成能夠實現全pH值高效HER的面內異質結構。
作者將MoS2 (002)基面與α-MoC{111}面進行化學偶聯，制備出了一種簡單的面內異質結電催化劑。暴露的α-MoC {111}面具有強的水離解活性，所制備的異質結構顯示出優異的水解離和在所有pH值介質中實現高HER活性。另外，由于MoS2與α-MoC的晶格參數不匹配，得到的MoS2(002)基面是雙軸(a和b軸)壓縮應變(4.4％的壓縮應變)，而層間的MoS2顯示出20.3%的c-軸向拉伸應變。這在本質上促進了MoS2基面的催化活性，同時，MoS2層間距的增大可以提供多種傳質途徑用于離子吸附、遷移、結合和氫氣分子釋放，進一步促進HER動力學。
MoS2 /α-MoC面內異質結構電催化劑在酸性溶液中，10 mA cm-2的電流密度下，過電位為78 mV，Tafel斜率為38.7 mV dec -1。另外，由于MoS2 (002)面和α-MoC{111}面之間的協同相互作用具有很強的水離解活性，該催化劑在中性和堿性條件下也表現出比Pt更高的HER性能。
All-pH-tolerant in-plane heterostructures for efficient hydrogen evolution reaction. ACS Nano, 2021. DOI:10.1021/acsnano.1c01024
Chem. Eng. J.: o-界面工程誘導電子調控增強OER性能
利用界面工程進行電子調控是提高電催化水分解析氧(OER)反應效率的通用策略。東南大學張一衛、中科院楊軍和南京師范大學徐林等人報道了一種通過界面工程誘導電子調控的電催化劑(NiS/NiO@NC NT/NFs)，有效加速了OER動力學。
作者將Janus結構的NiS/NiO納米顆粒固定到碳納米管/納米纖維集成的超結構上。NiS和NiO納米界面的構建可以有效調控電子結構，增強本征催化活性；分級支化的結構可以擴大表面積，有利于傳質，能夠顯著增強反應動力學；NiS/NiO納米顆粒與碳基底緊密結合，可以提高導電性并固定活性成分，增強電催化劑的穩定性。
NiS/NiO異質結的構建可以優化與氧相關的反應中間體的吸附能，降低催化能壘使得NiS/NiO@NC NT/NFs 表現出優異的OER活性，在1.0 M KOH溶液中，電流密度為10 mA cm-2的時過電位和Tafel斜率分別為269 mV和48.4 mV dec-1，法拉第效率也接近100%。
oInterfacial engineering-induced electronic regulation drastically enhances the electrocatalytic oxygen evolution: Immobilization of Janus-structured NiS/NiO nanoparticles onto carbon nanotubes/nanofiber-integrated superstructures. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.131094
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