Chem Catalysis 2022年度编辑特别推荐
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以下文章来源于CellPress细胞科学 ，作者Cell Press
1974年，我们出版了首本旗舰期刊《细胞》。如今，CellPress已发展为拥有50多本期刊的全科学领域国际前沿学术出版社。我们坚信，科学的力量将永远造福人类。
物质科学
Physical science
Chem Catalysis 又经历了令人难忘的一年，我们收到了许多来自世界各地的高质量稿件。在此，我们要感谢所有的作者、审稿人和读者，感谢他们加入我们这一催化领域的非凡旅程。
为了回顾在过去一年发表的论文的成功之处，同时庆祝我们期刊上刊登的来自不同群体的科学家的创新工作，我们决定着重挑选一些我们最喜欢的工作。我们希望您能喜欢这些内容，同时期待能继续与催化界合作，向我们的读者展示最好的研究！以下是 Chem Catalysis 编辑团队遴选出的2022年最佳论文， 全部开放阅读下载至2023年3月7日。
结合模块在高固体负荷下聚对苯二甲酸乙二醇酯酶法水解中的作用
在自然界中，分解生物聚合物（如纤维素和甲壳素）的酶通常表现出多域结构，包括一个催化模块和一个非催化结合模块，后者的作用是增加底物表面的酶浓度。研究表明，这种多域结构可以改善角蛋白酶对聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的水解。 来自朴茨茅斯大学的Andrew R. Pickford课题组报道了在工业上相关的PET固体负荷下，酶的结合模块的作用，这项研究对于成本效益高的酶的回收是必要的。 该团队利用叶子堆肥角蛋白酶（LCC）的热稳定变体，用五种A型碳水化合物结合模块（CBMs）合成了LCC融合体。在固体负荷低于10wt%时，CBMs提高了PET的芳香族单体产量，但超过这个阈值后，转化率可达到97%，而CBM融合的存在并没有带来额外的益处。这个结果表明，与本文研究的CBM的融合构建对于工业酶法PET回收来说是不必要的。
主编点评： 这项工作提出了关于工程化切割酶的附属结合模块的作用的一项有趣的工作。为缓解塑料垃圾污染危机，酶解PET的相关研究已经获得了大量关注。我认为，学术研究努力在工业相关条件下解决社会问题，以提供可能产生大规模影响的潜在解决方案，这一点很重要。
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各向异性板钛矿上的缺陷工程对醇类底物特异性光氧化的影响
环境条件下的光催化制氢-生物质可控氧化偶联对于发展可持续化学工业具有重要意义。然俯视当下，对于光氧化反应及其与还原循环（即析氢反应）关系扑朔迷离，相关探索仍在继续。 基于此，捷克帕拉斯基大学的Alberto Naldoni教授和意大利里雅斯特大学的Paolo Fornasiero教授团队在Cell Press细胞出版社期刊 Chem Catalysis 上发表了一篇题为“Defect engineering over anisotropicbrookite toward substrate-specific photo-oxidation of alcohols”的最新研究。 他们基于光催化剂原子位点与反应底物之间的电子相互作用，提出了一种新型高效光催化剂设计范式，即通过在还原的板钛矿TiO 2 纳米棒中引入亚表面氧空位和晶格应变的方法，构建出可增强甲醇光氧化和光重整析氢的光催化活性位点。负载Pt后的缺陷各向异性板钛矿TiO 2 在醇的光重整反应中展现出了与未修饰板钛矿相比增加11倍的甲醇氧化速率。且底物特异性的醇氧化反应与析氢反应是密切相关的，后者随前者增加而增加。进一步的原位表征和理论计算表明，对氧空位和晶格应变的控制工程产生了较大的电子极化子承载光氧化反应的特定活性位点。该研究为新型光催化剂设计提供了重要指导。
主编点评： Fornasiero和他的同事设计并合成了一种用于醇类光氧化的各向异性还原板钛矿TiO 2 催化剂。该项研究将材料工程与催化机理分析完美结合，为激励材料科学家和化学家开发新型的、性能优异的催化剂提供了思路。
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二氧化碳和甲醛合成乙醇的电化学C-C耦合作用
中国科学院化学研究所韩布兴和孙晓甫团队在Cell Press细胞出版社旗下 Chem Catalysis 期刊上发表了题为“Electrochemical C-C coupling between CO 2 and formaldehyde into ethanol”的最新研究成果。 电化学CO 2 还原反应 (CO 2 RR) 能够实现常温常压下将CO 2 转化为高附加值产品，在缓解温室效应和储存间歇性电能方面具有巨大潜力。而电化学共还原的方法实现CO 2 与有机分子偶联是一种新的并十分具有潜力的CO 2 电化学转化路线。甲醛 (FA) 是一种重要的工业原料和碳源。而因其毒性和污染性，FA的降解具有重要意义。因此通过电化学共还原CO 2 和FA进行偶联能够同时实现FA的处理与CO 2 的高附加值转化。Cu基催化剂在CO 2 RR反应中对C-C偶联具有优异的催化性能。使用Cu基催化剂能够更好的实现电催化CO 2 与FA的偶联反应。卤素元素的掺杂可以抑制质子吸附，进而抑制析氢反应 (HER)。此外，卤素元素的掺杂也会影响铜基催化剂的结构，显着提高铜基催化剂对C-C偶联的催化活性。本工作设计了一种碘掺杂的Cu基催化剂Pretreated O-CuI 1.3 并首次报道了通过电化学共还原的方法将CO 2 和FA 转化为乙醇。研究表明，在H型电解池中乙醇的法拉第效率可以达到32.4%，电流密度为8.8 mA cm -2 ，相应的生成率为1.6 mmol g -1 h -1 。
编辑点评： 这项工作首次展示了通过二氧化碳和甲醛的共电解来生产乙醇的实例。我相信这项研究将拓宽二氧化碳和有机分子的应用范围，并激发研究人员对新反应路线的探索。
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通过调节不对称低自旋Co(II)上的电子转移来实现高选择性的电催化作用
催化选择性是衡量催化材料在化学转化过程中特别是涉及多电子转移的反应如氧还原反应（ORR）以及二氧化碳还原反应（CO 2 RR）中催化性能的重要指标之一。高选择性的催化剂不仅能够减少生产过程中能耗高的问题，同时能够消除因副反应而产生的产品再纯化环节。因此，与单纯的提高催化活性相比，催化选择性的研究对于降低化工生产中的成本尤为重要。 有鉴于此，悉尼大学赵慎龙博士、昆士兰大学Kuang-Hsu Wu博士以及Ian R. Gentle教授等人在 Chem Catalysis 发表了题为“Regulating electron-transfer over asymmetric low-spin Co (II) for highly selective electrocatalysis”的文章。 研究人员以钴离子为活性中心通过配体调节工程实现了对活性中心电子结构的优化。利用X-射线吸收谱和X-射线光电子能谱技术，研究人员对不同配体强度配位的钴中心离子的电子结构和几何结构的影响进行了精细分析。此工作验证了配体强度的不同会导致金属中心的电子结构发生变化以及轨域结构相变，进而产生高效的氧分子的捕获与选择性催化。作为一种示例，本工作制备的一系列不同配体场衬度的钴基配合物催化材料成功应用于ORR，通过配体的调节实现了ORR二电子和四电子反应的控制。利用DFT计算与同步辐射技术和结合的手段，此研究团队对这种配体强度诱导的结构不同的活性中心与选择性之间的关系进行了深度探索，揭示了配体场的对称性与场强度能够影响中心配位离子的自旋态和配位构型，进而改变活性结构对氧气分子的捕获与分离的行为，实现催化反应路径的高度调控。
编辑点评： 这个工作给我留下了深刻的印象，他们展示了不对称金属有机化合物在氧还原反应中的二/四电子转移过程的选择性可调，这是揭示电子自旋调节效应的一个很好的例子，无疑会激发这一新领域的进一步研究。
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吡咯并[2,1-a]异喹啉（PIq）作为化学合成中的多任务有机光催化剂
来自日本广岛大学Manabu Abe和新加坡南洋理工大学Shunsuke Chiba的研究团队发文报道了带有电子提取基团的吡咯并[2,1-a]异喹啉（PIqs）的设计和合成，这些基团能够在可见光照射下被激发，并表现出更宽的氧化还原窗口和更高的三态能量。 PIqs的光物理和电化学特性可以通过改变吸电子基团及其位置来调节，从而实现芳基卤化物和（杂）芳基之间的氧化还原中性（杂）芳基交叉耦合，芳基卤化物的镍催化胺化和氧化，以及α-氨基酸和芳基卤化物之间的脱羧交叉耦合，以及在可见光照射下由三联体-三联体敏化驱动的一系列分子转化过程。
编辑点评： 这项工作提出了一类具有可调整的光物理和电化学特性的新型有机光催化剂。这类光催化剂的简单性和实用性为研究光催化的化学家们增加了一类新的候选材料。
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一种使C sp 3 -H与亲核基团（F、C、O、N和Br/Cl）发生去氢功能化的光氧催化方法
来自伍斯特理工学院的Patricia Z. Musacchio课题组报道了一种催化性C sp 3 -H功能簇，可直接从一系列C sp 3 -H键中获得活性碳化中间物。 该催化设计依赖于一种由可见光光氧化催化驱动的方法，该方法在一个催化循环中结合了两个机理步骤：氢原子转移（HAT）和自由基-极性交叉（RPC），发生去氢反应。该团队展示了一个温和而稳健的[HAT + RPC]平台，可以有效地使C sp 3 -H与亲核氟化物（典型的亲核试剂）氟化。值得注意的是，[HAT + RPC]平台在几种商业药物的后期氟化中均获得成功。该团队同时还展示了亚甲基的二氟化，这是用亲核氟化物进行的C-H二氟化首次被报道。重要的是，研究表明，这项设计在与包括卤化物、醇类、水、N-杂环、羧酸、叠氮和烯类在内的其他亲核基团的接触中同样表现出一定的潜力，进而可以作为一个统一的C-H功能化方法。
编辑点评： Patricia Musacchio和他的同事们的这项工作通过采用光催化去氢反应而进行的C-H功能化方法赢得了广泛的共鸣。该团队还展示了C(sp 3 )底物的广泛适用性和对亲核物的选择。
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