催化顶刊集锦：蒋剑春、吴凯、余家国、王心晨、王要兵等
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1. J. Am. Chem. Soc.：单阳离子催化剂：单层CuO中的Ni阳离子用于CO氧化
在原子水平上区分阳离子和金属单原子之间的催化特性至关重要。基于此， 北京大学吴凯教授和周雄教授、中科合成油技术有限公司任鹏举博士（共同通讯作者）等人 报道了他们制造了定义明确的阳离子Ni原子嵌入和支撑在单层CuO上的金属Ni原子。
在文中，作者利用扫描隧道显微镜（STM）结合非接触原子力显微镜（ncAFM）、X射线光电子能谱（XPS）、程序升温脱附（TPD）和密度泛函理论（DFT）计算等表征，探讨了金属和阳离子Ni原子活化CO的氧化机理。具体而言，对Ni单阳离子催化剂上的O 2 解离和CO氧化进行了详细研究，发现遵循Eley-Rideal机理，证实了反应途径与所载金属原子的化学状态之间的相关性。
即使在70 K下，Ni阳离子对CO吸附也具有化学惰性，但在室温下对O 2 解离具有高度活性。吸附的O原子具有活性，可以将进入的CO分子从气相氧化成CO 2 ，这遵循Eley-Rideal机制，与CuO单层负载的金属Ni原子上的Mars-van Krevelen机制以及已报道的Au和P模型催化剂不同。该研究有助于理解负载型单金属阳离子的化学性质，这在多相催化中非常重要。
Single-Cation Catalyst: Ni Cation in Monolayered CuO for CO Oxidation. J. Am. Chem. Soc., 2022 , DOI: 10.1021/jacs.1c12785.
https://doi.org/10.1021/jacs.1c12785.
2. ACS Catal.：Pt-Ru二聚体电催化剂助力HER
双原子催化剂（dual-atom catalysts, DACs）利用金属（I）-金属（II）二聚体结构中的相邻金属中心来实现功能互补性和比单原子催化剂（single-atom catalysts, SACs）更灵活的活性位点，因而引起了研究人员相当大的兴趣。基于此， 中国地质大学（武汉）余家国教授和邝攀勇副教授、国立台湾大学化学系陈浩铭副教授（共同通讯作者）等人 报道了Pt 1 Ru 1 二聚体中的协同效应和电子再分配效应可以同时加速H 2 的产生并提高催化剂的活性。
所制备的Pt 1 Ru 1 /NMHCS-A表现出相当低的22 mV过电位（η 10 ）即实现10 mA cm -2 的电流密度，在50 mV过电位下具有3.49 A mg -1 的高质量活度，在200 mV过电位下周转频率（TOF）为74.14 H 2 s -1 。此外，在0.5 M H 2 SO 4 溶液中连续进行10000次循环伏安（CV）循环后，η 10 略有增加了3 mV，大大优于商用20 wt % Pt/C基准和纳米颗粒对应物
通过光谱研究和密度泛函理论（DFT）计算证实，在Pt 1 Ru 1 /NMHCS-A中形成了C 1 -Pt-Ru-N 2 配位结构，并揭示了Ru对Pt原子的电子再分布效应。随着Ru原子调节电子重新分布，作为活性位点的Pt原子表现出强大的吸附和还原质子的能力，从而导致最佳的HER活性。该工作为金属（I）-金属（II）二聚体的制备和精确调控其电子结构以实现优异的催化活性提供了建设性指导。
Pt-Ru Dimer Electrocatalyst with Electron Redistribution for Hydrogen Evolution Reaction. ACS Catal., 2022 , DOI: 10.1021/acscatal.2c00851.
https://doi.org/10.1021/acscatal.2c00851.
3. Appl. Catal. B Environ.：Ni-Re双金属催化剂高效低温氢化脂肪酸为脂肪醇和烷烃
脂肪酸的选择性氢化对于生产可持续燃料和有价值的化学品以及利用天然油脂很重要。通常，由于脂肪酸的羰基的弱极化性和低反应性，需要高反应温度（> 200 °C）。基于此， 中国林业科学研究院蒋剑春院士和徐俊明研究员（共同通讯作者）等人 报道了一种高效的催化体系（Ni-Re/SBA-15双金属催化剂），该体系实现了脂肪酸低温转化为相应的醇（反应温度：150 °C）和柴油型烷烃（170 °C）产率超过了目前已报道的大多数催化系统的催化性能。
对比已报道的贵金属和部分还原的ReO x 催化体系的组合，所制备的NiRe双金属催化剂不仅对脂肪酸的加氢反应表现出相似甚至更高的催化活性，而且对脂肪醇和柴油型烷烃产物的选择性也可调节。为了促进金属活性位点的分散，作者选用了介孔二氧化硅材料SBA-15作为催化剂载体，因为它具有高比表面积和良好的热稳定性。此外，作者还利用XRD、H 2 -TPR、XPS和CO-FTIR进行了详细的表征，以探测催化剂结构以及双金属催化剂中Ni和Re之间可能的电子相互作用。
研究发现，优异的活性源于NiRe合金的形成，它提高了金属Ni的分散性、H 2 活化能力，并促进了低温下脂肪酸/醇在催化剂表面的吸附。更重要的是，由于其强亲电性，具有高负电性羰基氧的脂肪酸比脂肪醇更能优先吸附在催化剂表面，从而导致脂肪酸优先转化。因此，Ni-Re/SBA-15双金属催化剂可以在低温（150 ℃）下获得较高的催化效率和脂肪醇选择性，而将反应温度提高到170 °C时，反应物可以加氢脱氧以形成柴油型烷烃。该工作所制备的NiRe/SBA-15催化体系突出了在温和条件下通过生物衍生脂肪酸的转化生产有价值的脂肪醇和烷烃的巨大前景。
Efficient low-temperature hydrogenation of fatty acids to fatty alcohols and alkanes on a Ni-Re bimetallic catalyst: The crucial role of NiRe alloys. Appl. Catal. B Environ., 2022 , DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121437.
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121437.
4. Adv. Funct. Mater.： NiFe-LDH@FeNi 2 S 4 异质结实现高性能水/海水氧化
开发用于析氧反应（OER）的高性能电催化剂势在必行，但具有挑战性。基于此， 青岛科技大学詹天荣教授（通讯作者）等人 报道了一种通过调节水热持续时间，在泡沫Ni上对Ni 2 Fe-LDH/FeNi 2 S 4 异质结进行部分的硫化，记得到Ni 2 Fe-LDH/FeNi 2 S 4 /NF异质结，作为碱性盐水和海水氧化的高效OER催化剂。
通过两步水热法合成了Ni 2 Fe-LDH/FeNi 2 S 4 /NF电极。首先，在Ni 2+ 和Fe 3+ 盐的混合溶液中通过常规水热处理NF制备了Ni 2 Fe-LDH/NF。然后，将得到的浅绿色Ni 2 Fe-LDH/NF在100 ℃的Na 2 S溶液环境中进行湿化学硫化，即得到Ni 2 Fe-LDH/FeNi 2 S 4 /NF。通过密度泛函理论（DFT）计算证实，Ni 2 Fe-LDH/FeNi 2 S 4 /NF异质结提供了丰富的氢氧化物/硫化物界面，提供了丰富的活性位点、快速的电荷和传质、对含氧物质（OH - 和OOH）的有利吸附能量，协同促进了碱性水的氧化。
在1.0 M KOH溶液中，与单相Ni 2 Fe-LDH/NF（279 mV）或FeNi 2 S 4 /NF（271 mV）相比，Ni 2 Fe-LDH/FeNi 2 S 4 /NF表现出优异的OER催化活性。更重要的是，在2000次循环伏安法（CV）扫描水氧化结果，发现在催化剂上形成硫酸盐层，相应的后催化剂在碱性模拟海水电解质中表现出比初始催化剂更好的OER活性和耐久性。所制备Ni 2 Fe-LDH/FeNi 2 S 4 /NF在电流密度为100 mA cm -2 下提供更低的过电位（250 mV），和比原始形式（260 mV）更长的稳定时间。后形成的硫酸盐膜主要是通过使氯离子远离催化剂，从而在盐水电解质中具有良好的抗腐蚀性能。
Partial Sulfidation Strategy to NiFe-LDH@FeNi 2 S 4 Heterostructure Enable High-Performance Water/Seawater Oxidation. Adv. Funct. Mater., 2022 , DOI: 10.1002/adfm.202200951.
https://doi.org/10.1002/adfm.202200951.
5. Nat. Commun.： 揭示BiOBr光催化剂中内部电场控制的电荷转移动力学
构建内部电场（internal electric fields, IEFs）对于实现电荷诱导的氧化还原反应（如水分解和CO 2 还原）的有效电荷分离至关重要。然而，定量的理对IEFs如何调节电荷转移动力学仍然很困难。基于此， 福州大学王心晨教授和喻志阳教授（共同通讯作者）等人 报道了通过利用电子显微镜表征技术揭示了由BiOBr薄片的二元(001)/(200)晶面结内的两个连续IEFs共同控制非平衡光激发电子，并且它们通过使用金属助催化剂作为探针，发现光激发电子在还原面上表现出Gaussian特征分布曲线。
由Haynes-Shockley模型改进而来的分析模型，完美的解释了Gaussian曲线，并确定两个重要参数，包括受IEFs影响的电子漂移距离和电子扩散长度，有助于合理的设计BiOBr片晶，并提高的光催化效率。当薄片尺寸约为漂移距离的两倍时，通过调整粒子尺寸或调节与IEFs相关的电子漂移距离来优化整体光催化性能。
该研究通过精确引导单向和稳定的电荷流证明了充分利用太阳能的能力。该研究结果提出了一种测量由IEFs调节的电荷载流子传输的概念策略，该策略可以扩展到广泛的颗粒光催化系统，特别是在含有与IEFs的异质界面的纳米复合材料中，加深了对半导体光催化剂中电荷载流子固有传输特性的了解.
Unveiling the charge transfer dynamics steered by built-in electric fields in BiOBr photocatalysts. Nat. Commun., 2022 , DOI: 10.1038/s41467-022-29825-0.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-29825-0.
6. Adv. Sci.：纳米级双异质结电催化剂助力HER
电催化剂中的活性位点和电荷/传质特性在电催化的动力学和热力学中起着至关重要的作用，并直接影响电催化性能，这是单一结构无法实现的。基于此， 中科院福建物质结构研究所 王要兵研究员（通讯作者）等人 报道了包含NiS 2 /Ni 3 C和Ni 3 C/C异质结的NiS 2 /Ni 3 C@C双异质结纳米结构作为通用模型，以优化上述问题并提高电催化性能。
在热重组过程中，NiS 2 纳米颗粒与碳（C）之间的原位反应导致它们之间形成Ni 3 C，并在三种组分之间构建了紧密接触的两种界面。通过X射线光电子能谱（XPS）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）揭示了紧密接触的三个组分和所构建的相互作用的双界面，进一步证实了NiS 2 /Ni 3 C和Ni 3 C/C多孔双异质结纳米结构的形成。
电荷转移差异和态密度（DOS）表明Ni 3 C/C异质结可以重新排列电子密度并诱导电子自发从缺陷C转移到Ni 3 C并进入活性位点，有利于快速电荷/质量转移。电荷转移差和氢吸附吉布斯自由能（ΔG H* ）说明NiS 2 /Ni 3 C异质结可以调节电子云密度并降低ΔG H* ，有利于提高催化活性。当应用于HER时，NiS2/Ni3C@C双异质结催化剂在较宽的pH值范围内产生低过电位，具有低Tafel斜率和出色的耐久性。该工作报道的这种特殊的双异质结结构可以为高性能电催化剂及其他领域提供新的模型。
Nanoscale Double-Heterojunctional Electrocatalyst for Hydrogen Evolution. Adv. Sci., 2022 , DOI: 10.1002/advs.202201339.
https://doi.org/10.1002/advs.202201339.
7. Adv. Sci.： 构建高性能Z-型光催化剂
构建具有强氧化还原能力、有效电荷分离和大反应表面的光催化系统具有重要的科学和实际意义。在此， 阿联酋哈利法科技大学郑联喜（通讯作者）等人 报道了一种边缘连接的2D/2D Z-型系统，该系统结合了小面结和界面异质结，以实现有效的长程电荷分离和大的反应性表面暴露。
通过Au促进的光沉积方法在薄TiO 2 纳米片的边缘位置选择性生长2D层状MoS 2 纳米片制备了该异质结。由于晶面结和界面异质结的协同耦合确保了有效的电荷分离，以及层状MoS 2 和高度暴露的TiO 2 晶面（001）分别提供了大量的、物理分离的反应位点，人工Z-型异质结在光降解试验中表现出优异的光催化性能。
虽然注入两个半导体之间的Au NCs 仅充当介质以促进光生电子空穴在异质界面处的快速迁移，以确保有效的Z-型电荷转移，而且还充当热电子注入源以提高光催化性能，这种光催化剂系统对于具有多种未知污染物的光降解应用极为有利。此外，作者还利用原位辐照X射线光电子能谱和光降解测试，全面研究了异质结构中的Z型电荷流动方向以及电子和空穴的作用。该工作为设计高性能Z-型光催化系统提供了新的见解。
Coupling Long-Range Facet Junction and Interfacial Heterojunction via Edge-Selective Deposition for High-Performance Z-Scheme Photocatalyst. Adv. Sci., 2022 , DOI: 10.1002/advs.202200346.
https://doi.org/10.1002/advs.202200346.
8. Nano Lett.：了解*CO覆盖率对CO 2 电还原中C-C耦合的影响
铜（Cu）基串联纳米晶体已被广泛应用于通过提高CO中间体（*CO） CO 2 电还原的覆盖来合成多碳（C 2+ ）产物。然而，了解*CO覆盖率和C-C耦合之间的内在相关性仍然模棱两可。基于此， 中国科学技术大学耿志刚副教授（通讯作者）等人 报道了他们通过将CoPc与Cu的气体扩散电极耦合构建了一种串联催化剂（GDE of Cu-CoPc）。
在文中，作者通过在Cu的气体扩散电极（GDE）上构建以钴-酞菁（CoPc）作为CO生成组分的串联催化剂，深入研究了*CO的表面覆盖对C-C耦合的影响，以实现CO 2 电还原。GDE of Cu-CoPc串联催化剂在480 mA cm -2 的施加电流密度（ j ）下实现了82%的C 2+ 产物的法拉第效率（FE）。
借助原位拉曼光谱测量，原位衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIRS）测量和密度泛函理论（DFT）计算，作者证明了*CO表面覆盖率的增加导致*CO的吸附模式从桥吸附（*CO bridge ）转变为顶部吸附（*CO top ）。DFT计算进一步证明两个*CO top 的二聚化在*CO top -*CO top 、*CO top -*CO bridge 和*CO bridge -*CO bridge 的耦合中保持最低的能垒。因此，*CO的高表面覆盖率促进C-C耦合过程的内在原因是*CO顶部的局部富集。该工作提供了对CO 2 电还原的表面覆盖依赖模式特定C-C耦合机制的深入理解。
Understanding the Effect of *CO Coverage on C-C Coupling toward CO 2 Electroreduction. Nano Lett., 2022 , DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00945.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00945.
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