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1. 燕山大學(xué)趙玉峰教授Angew. Chem. Int. Ed.: 打開(kāi)N2-Zn-B2構(gòu)型中Zn 4s電子提高ORR性能
近年來(lái)鋅基單原子催化劑因其優(yōu)異的穩(wěn)定性而備受科研人員的關(guān)注，盡管其完全占據(jù)的Zn2+ 3d10 4s2電子構(gòu)型為非Fenton活性，但其催化活性比較差。在本文中，燕山大學(xué)趙玉峰教授等課題組通過(guò)構(gòu)建B, N共配位Zn-B/N-C催化劑，報(bào)道了一種調(diào)控s帶的新方法。作者從實(shí)驗(yàn)和理論上均證實(shí)這種獨(dú)特的N2‐Zn‐B2構(gòu)型是至關(guān)重要的，其中Zn+ (3d10 4s1)可以容納足夠的離域電子，從而為與關(guān)鍵反應(yīng)中間體的結(jié)合提供合適的強(qiáng)度，促進(jìn)催化表面與ORR反應(yīng)物之間的電荷轉(zhuǎn)移。這種調(diào)控效應(yīng)在其它過(guò)渡金屬中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，如M‐B/N‐C(M=Mn, Fe, Co, Ni和Cu)。因此，所得到的催化劑在堿性和酸性介質(zhì)中均表現(xiàn)出良好的ORR活性和顯著的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。該工作為電催化劑的進(jìn)一步設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新概念。
Jing Wang, Hongguan Li, Shuhu Liu, Yongfeng Hu, Jing Zhang, Meirong Xia, Yanglong Hou, John Tse, Jiujun Zhang, Yufeng Zhao. Turning on Zn4s Electrons in a N2‐Zn‐B2 Configuration to Stimulate Remarkable ORR Performance. Angew. Chem. Int. Ed. 2020. DOI:10.1002/anie.202009991
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2. 新加坡國(guó)立大學(xué)薛軍民教授Nat. Commun.：氫氧化鎳納米帶中電子離域?qū)崿F(xiàn)高效甲醇氧化
開(kāi)發(fā)高活性和耐久性的非鉑族金屬基甲醇氧化催化劑，是實(shí)現(xiàn)高成本效益直接甲醇燃料電池的關(guān)鍵。盡管Ni(OH)2作為甲醇氧化催化劑已被廣泛研究，但Ni(OH)2初始氧化為NiOOH需要1.35V的高電位。由于陰極氧還原反應(yīng)的理論電位為1.23V，因此這種1.35V的高電位是不切實(shí)際的。在本文中，新加坡國(guó)立大學(xué)薛軍民教授、Stephen Pennycook教授聯(lián)合新加坡科技研究局Zhi Gen Yu教授、布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Yonghua Du教授等課題組發(fā)現(xiàn)四配位鎳原子能夠通過(guò)費(fèi)米能級(jí)附近的電子離域而形成電荷轉(zhuǎn)移軌道。因此，周期性排列的four-six-coordinated氫氧化鎳納米帶結(jié)構(gòu)(NR-Ni(OH)2)顯示出優(yōu)異的甲醇氧化活性，起始電位為0.55V，表明直接甲醇燃料電池結(jié)構(gòu)的可操作性。因此，該策略為開(kāi)發(fā)高性能、耐久的非鉑催化劑用于直接甲醇燃料電池提供了一條途徑。
Xiaopeng Wang, Shibo Xi, Wee Siang Vincent Lee, Pengru Huang, Peng Cui, Lei Zhao, Weichang Hao, Xinsheng Zhao, Zhenbo Wang, Haijun Wu, Hao Wang, Caozheng Diao, Armando Borgna, Yonghua Du, Zhi Gen Yu, Stephen Pennycook & Junmin Xue. Materializing efficient methanol oxidation viaelectron delocalization in nickel hydroxide nanoribbon. Nat. Commun. 2020. DOI:10.1038/s41467-020-18459-9
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3. 莫納什大學(xué)王煥廷教授Energy Environ. Sci.: 金屬氧化物基材料用于析氫電催化劑
電化學(xué)水裂解制氫是一種極具發(fā)展前景的可持續(xù)儲(chǔ)能技術(shù)，但其廣泛應(yīng)用很大程度上依賴于開(kāi)發(fā)高性能、高性價(jià)比的析氫反應(yīng)(HER)電催化劑。金屬氧化物是一類重要的功能材料，其具有不同的組成和結(jié)構(gòu)，但傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為其對(duì)HER沒(méi)有活性。但令人鼓舞的是，近年來(lái)(主要是從2015年起)金屬氧化物的不斷突破和重大進(jìn)展使其成為HER電催化的有前景候選材料。在本文中，莫納什大學(xué)王煥廷教授、Yinlong Zhu教授等課題組綜述了金屬氧化物材料作為高效催化劑用于HER反應(yīng)的最新進(jìn)展。作者首先簡(jiǎn)要介紹了一些關(guān)鍵的基本概念，如機(jī)理、計(jì)算活性描述符和用于評(píng)估催化性能的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。隨后概述了迄今為止報(bào)道的基于金屬氧化物的電催化劑，包括單一過(guò)渡金屬氧化物、尖晶石氧化物、鈣鈦礦氧化物、金屬(氧)氫氧化物、特殊結(jié)構(gòu)的金屬氧化物和含氧化物的雜化材料，重點(diǎn)介紹了提高性能和性能-活性相關(guān)性的設(shè)計(jì)策略。最后，作者對(duì)這一熱門領(lǐng)域的未來(lái)機(jī)遇作了一些總結(jié)和展望。
Yinlong Zhu, Qian Lin, Yijun Zhong, Hassan A. Tahini, Zongping Shao, Huanting Wang. Metal Oxide-Based Materials as an Emerging Family of Hydrogen Evolution Electrocatalysts. Energy Environ. Sci. 2020. DOI:10.1039/D0EE02485F
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4. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳長(zhǎng)征教授ACS Mater. Lett.：過(guò)渡金屬氮化物電催化劑用于鋅空氣電池最新進(jìn)展
鋅空氣電池因其高能量密度、經(jīng)濟(jì)性和安全性等優(yōu)點(diǎn)而被公認(rèn)為是最有前景的可持續(xù)能源裝置之一。過(guò)渡金屬氮化物(TMNs)具有成本低、高電導(dǎo)率、耐腐蝕、雙功能ORR(氧還原反應(yīng))/OER(析氧反應(yīng))催化活性等優(yōu)點(diǎn)，是可充電鋅空氣電池的理想催化劑。在本文中，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳長(zhǎng)征教授等課題組綜述了TMNs作為鋅-空氣二次電池電催化劑的應(yīng)用，特別強(qiáng)調(diào)了對(duì)TMNs在原子、微結(jié)構(gòu)和電子層面的調(diào)控。作者著重探討了鋅-空氣可充電電池的調(diào)節(jié)與性能提升之間的關(guān)系，綜述了近年來(lái)過(guò)渡金屬氮化物納米結(jié)構(gòu)用于鋅-空氣二次電池的研究進(jìn)展。基于TMNs電催化機(jī)理的探討，本文將促進(jìn)先進(jìn)電催化劑的發(fā)展，并對(duì)設(shè)計(jì)高穩(wěn)定性、高效率的鋅空氣電池有一定的啟發(fā)作用。
Xinxin Yu, Tianpei Zhou, Jiankai Ge, and Changzheng Wu. Recent advances on the modulation of electrocatalysts based on transition metal nitrides for the rechargeable Zn-air battery. ACS Mater. Lett. 2020. DOI:10.1021/acsmaterialslett.0c00339
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5. 電子科技大學(xué)董帆教授ACS Nano: 識(shí)別鉍基鈣鈦礦量子點(diǎn)上鹵素活性中心用于高效CO2光還原制CO
全無(wú)機(jī)無(wú)鉛鉍(Bi)鹵素鈣鈦礦量子點(diǎn)(PQDs)具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和光電性能，為CO2的選擇性光還原提供了廣闊的空間。然而，在太陽(yáng)光驅(qū)動(dòng)的Bi基PQDs上，將CO2高效轉(zhuǎn)化為CO的高選擇性仍沒(méi)有實(shí)現(xiàn)，這表明鹵素相關(guān)活性中心所促進(jìn)的精確反應(yīng)路徑和機(jī)理仍不清楚。在本文中，電子科技大學(xué)董帆教授等課題組篩選出一系列無(wú)毒、穩(wěn)定的Cs3Bi2X9 (X=Cl, Br, I) PQDs，其在氣固界面上可選擇性通過(guò)光催化將CO2還原制備CO。在所有已報(bào)道的純相PQD中，在AM 1.5G模擬太陽(yáng)光照下，所合成出的Cs3Bi2Br9 PQD表現(xiàn)出最高的CO2轉(zhuǎn)化效率，CO產(chǎn)率為134.76 μmol g?1，選擇性高達(dá)98.7%。在原位DRIFTS研究的基礎(chǔ)上，作者對(duì)表面鹵素相關(guān)活性中心和反應(yīng)中間產(chǎn)物進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和精確分析。結(jié)合DFT計(jì)算，作者發(fā)現(xiàn)表面的Br位點(diǎn)可以優(yōu)化表面結(jié)合中間物種的配位方式，降低由·CO2-生成COOH-中間體速率限制步驟的反應(yīng)能壘。該工作提出了一個(gè)鹵素在太陽(yáng)能燃料生產(chǎn)中的催化反應(yīng)新機(jī)制。
Jianping Sheng, Ye He, Jieyuan Li, Chaowei Yuan, Hongwei Huang, Shengyao Wang, Yanjuan Sun, Zhiming Wang, Fan Dong. Identification of Halogen-Associated Active Sites on Bismuth-Based Perovskite Quantum Dots for Efficient and Selective CO2-to-CO Photoreduction. ACS Nano 2020. DOI:10.1021/acsnano.0c04659
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6. 大連理工大學(xué)邱介山教授Adv. Funct. Mater.: 氫鍵觸發(fā)組裝空心碳納米片用于三碘離子還原
碳材料作為貴金屬催化劑的替代品，近年來(lái)在儲(chǔ)能/轉(zhuǎn)換技術(shù)中的應(yīng)用迅速發(fā)展。在本文中，大連理工大學(xué)邱介山教授、于暢教授等課題組報(bào)道了一種氫鍵觸發(fā)組裝的策略，通過(guò)在多巴胺水溶液中以Silicalite-1為基底來(lái)制備空心碳納米片。值得注意的是，通過(guò)結(jié)合密度泛函理論建模和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以從分子/納米尺度深入了解材料制備過(guò)程中的鍵合行為本質(zhì)。結(jié)果表明，Silicalite-1表面的Si-OH起著錨定作用，它在能量上有利于通過(guò)氫鍵預(yù)吸附聚多巴胺的組成部分，從而觸發(fā)隨后的組裝。所制備出具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的空心碳納米片可以有效地催化三碘離子還原，轉(zhuǎn)換效率高達(dá)8.58%。
Jiangwei Chang, Xuedan Song, Chang Yu, Jinhe Yu, Yiwang Ding, Chun Yao, Zongbin Zhao, Jieshan Qiu. Hydrogen‐Bonding Triggered Assembly to Configure Hollow Carbon Nanosheets for Highly Efficient Tri‐Iodide Reduction. Adv. Funct. Mater. 2020. DOI:10.1002/adfm.202006270
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7. 電子科技大學(xué)王志明教授Appl. Catal. B Environ.: g-C3N4超薄納米片用于光催化全水分解
利用石墨氮化碳(g-C3N4)負(fù)載鉑催化劑進(jìn)行太陽(yáng)能光催化水分解是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。在本文中，電子科技大學(xué)王志明教授聯(lián)合休斯敦大學(xué)Jiming Bao教授、成都理工大學(xué)蒲生彥教授等課題組首次利用飛秒脈沖激光對(duì)g-C3N4納米片進(jìn)行了剝離。在負(fù)載1.4wt.%的Pt后，g-C3N4對(duì)整體水裂解反應(yīng)具有很高的活性，H2和O2的產(chǎn)率分別為42.6μmol/g/h和18.7μmol/g/h (H2/O2=2.28)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和密度泛函理論(DFT)計(jì)算表明，與常規(guī)剝離制備的非活性超薄g-C3N4納米片相比，激光脈沖產(chǎn)生的氰基(-C≡N)缺陷更有利于Pt原子的錨定。這些二價(jià)鉑輔助催化劑不同于鉑金屬納米粒子，不僅為表面反應(yīng)提供了更活躍的位點(diǎn)，而且在很大程度上抑制了水裂解的后向反應(yīng)。此外，-C≡N缺陷沿能帶邊緣位置下移，從而提高了空穴的氧化能力。
Chunzheng Wu, Shengyang Xue, Zhaojun Qin, Masoumeh Nazari, Guang Yang, Shuai Yue, Tian Tong, Hadi Ghasemi, Francisco C. Robles Hernandez, Sichuang Xue, Di Zhang, Haiyan Wang, Zhiming M. Wang, Shengyan Pu, Jiming Bao. Makingg-C3N4 Ultra-thin Nanosheets Active for Photocatalytic Overall Water Splitting. Appl. Catal. B Environ. 2020. DOI:10.1016/j.apcatb.2020.119557
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8. 廣東工業(yè)大學(xué)敖志敏教授J. Mater. Chem. A: 新型二維晶體氮化碳的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
具有類石墨烯原子結(jié)構(gòu)但具有半導(dǎo)體性質(zhì)的二維(2D)晶體碳氮化物(CxNy)是一種具有吸引力的新型材料，其合成、性能和應(yīng)用越來(lái)越受到科研人員的關(guān)注。近年來(lái)，除了著名的石墨氮化碳(g-C3N4)外，還成功地制備出C2N、C3N和C5N2等其它類型的2D CxNy納米晶，并對(duì)其性能和在各個(gè)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用進(jìn)行了廣泛的研究。同時(shí)，科研人員對(duì)g-CN、C2N2、C2N3和C5N也進(jìn)行了理論預(yù)測(cè)，并對(duì)其性能和潛在應(yīng)用進(jìn)行了展望。到目前為止，二維晶體CxNy在光催化、電催化、氣體吸附/分離、儲(chǔ)能器件等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。由于其獨(dú)特的幾何結(jié)構(gòu)、可調(diào)的電子性質(zhì)和高比表面積，科研人員從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面進(jìn)行了研究。在本文中，廣東工業(yè)大學(xué)敖志敏教授聯(lián)合阿德萊德大學(xué)王少彬教授等課題組綜述了2D CxNy納米晶的合成及其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究進(jìn)展，討論了2D CxNy納米晶在環(huán)境修復(fù)等更廣泛應(yīng)用方面的未來(lái)挑戰(zhàn)和機(jī)遇。
Li Tan, Chunyang Nie, Zhimin Ao, Hongqi Sun, Taicheng An, Shaobin Wang. Novel two-dimensional crystalline carbon nitrides beyond g-C3N4: Structure and applications. J. Mater. Chem. A 2020. DOI:10.1039/D0TA07437C
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