1. 湖南大學王雙印教授Angew. Chem. Int. Ed.: 揭示尿素電氧化——分子內N-N鍵偶聯
氮是生物體必需的營養物質，氮循環對人類社會具有重要意義。含氮親核電氧化反應(NOR)在含氮降解和轉化過程中起著至關重要的作用。在本文中，湖南大學王雙印教授、鄒雨芹副教授、Chen Chen等課題組以β‐Ni(OH)2電極為NOR研究對象，探討了含氮親核分子的轉化機理。對於兩步NOR過程，質子耦合電子轉移(PCET)是電催化從β‐Ni(OH)2脫氫到β‐Ni(OH)O，以及自發親核脫氫氧化反應之間的橋梁。該理論能很好地解釋肼和伯胺的氧化反應，但對尿素氧化反應(UOR)的解釋是不夠的。通過對UOR過程中鍵斷裂和形成過程的operando追蹤和理論計算，作者提出了N-N鍵的分子內偶聯機理，伴隨著PCET、水合和重排過程，從而產生高性能和~100% N2選擇性的UOR機理。該發現不僅闡明了NOR過程中含氮分子的演化，而且為氮循環電催化奠定了基礎。
Wei Chen, Leitao Xu, Xiaorong Zhu, Yu-Cheng Huang, Wang Zhou, Dongdong Wang, Yangyang Zhou, Shiqian Du, Qiling Li, Chao Xie, Li Tao, Chung-Li Dong, Jilei Liu, Yanyong Wang, Ru Chen, Hui Su, Chen Chen, Yuqin Zou, Yafei Li, Qinghua Liu, Shuangyin Wang. Unveiling the electrooxidation of urea: the intramolecular coupling of N‐N bond.Angew. Chem. Int. Ed.2020. DOI:10.1002/anie.202015773
文章連結：https://doi.org/10.1002/anie.202015773
2. 國家納米科學中心孫向南研究員J. Mater. Chem. A：Fe-Ni5P4/Fe-Ni2P異質結電催化劑用於高效太陽能制氫
太陽能水裂解制氫是人類社會可持續發展的綠色技術；然而，昂貴的貴金屬電催化劑嚴重製約了其廣泛的應用。在本文中，國家納米科學中心孫向南研究員、Xiangwei Zhu聯合天津大學胡文平教授等課題組利用異質結效應和摻雜效應，設計出一種新型Fe-Ni5P4/Fe-Ni2P (H-FeNiP)異質結電催化劑，其對鹼性介質中的析氧和析氫反應均表現出優異的活性，分別僅需231 ± 3 mV和86 ± 8 mV的過電位即可達到10 mA cm−2的電流密度。密度泛函理論(DFT)計算表明，異質結結構可以誘導電荷從底層轉移到表面，這對於降低HER和OER中間產物的活化能壘是非常有效的。如此傑出的活性使H-FeNiP催化劑耦合有機太陽能電池(PTB7-Th/PC71BM/COi8DFIC)後表現出令人印象深刻的太陽能-氫氣性能，其功率轉換率(73.10%)甚至高於商用Pt‖RuO2催化劑(69.98%)。總的來說，該研究在概念上以環境友好的方式提供了一種高成本效益的制氫替代途徑。
Rui Zhang, Guodong Wang, Zhenhua Wei, Xue Teng, Jiejie Wang, Jiaojiao Miao, Yuheng Wang, Fangxu Yang, Xiangwei Zhu, Changfeng Chen, Erjun Zhou, Wenping Hu and Xiangnan Sun. A Fe–Ni5P4/Fe–Ni2P heterojunction electrocatalyst for highly efficient solar-to-hydrogen generation.J. Mater. Chem. A2020. DOI:10.1039/D0TA08631B
文章連結：https://doi.org/10.1039/D0TA08631B
3. 湖南大學黃丹蓮教授Small: 碳點修飾碳基無金屬催化劑用於電化學儲能
近10年來，碳點修飾的碳基無金屬催化劑(CDs‐C‐MFCs)已成為無金屬材料在儲能領域發展最快的一個分支。然而，CDs-C-MFCs的進一步發展需要理清電子傳輸機制，而不是主要依靠傳統的試錯法。在本文中，湖南大學黃丹蓮教授等課題組首次系統全面地介紹了CDs-C-MFCs在超級電容器和金屬空氣電池中的最新進展，詳細討論了這些材料的結構性能關係。研究表明，碳點(CDs)具有量子限域效應、富缺陷、官能團多樣等獨特性質，因此可以作為CDs-C-MFCs中的富電子區。更重要的是，特定的摻雜可以有效地改變電荷/自旋分布，從而促進電子轉移。此外，作者還指出了CDs-C-MFCs目前面臨的挑戰和未來的發展前景。
Danlian Huang, Yashi Chen, Min Cheng, Lei Lei, Sha Chen, Wenjun Wang, and Xigui Liu. Carbon Dots‐Decorated Carbon‐Based Metal‐Free Catalysts for Electrochemical Energy Storage.Small2020. DOI:10.1002/smll.202002998
文章連結：https://doi.org/10.1002/smll.202002998
4. 蘇州大學沈明榮教授ACS Energy Lett.：原位光電化學控制活化MoS2基面以增強太陽能產氫活性
開發高性能、低成本、可拓展的光電化學(PEC)水裂解催化劑是實現可持續析氫反應(HER)的關鍵。MoS2可作為鉑基催化劑在HER催化中的一種有前景的替代品。然而，據報導2H-MoS2的活性中心位於材料邊緣，大量的基面是惰性的。在本文中，蘇州大學沈明榮教授、Ronglei Fan等課題組報導了一種通過原位PEC過程激活MoS2基面的溫和策略。實驗研究和理論計算都揭示了MoS2基面上O–Mo–S位點的出現，其不僅提高了MoS2的本徵導電性，而且還調節了H原子的吸附行為和活性。結果表明，在模擬的AM1.5G光照下，MoS2修飾的Si光電陰極具有高達4.9%的外加偏壓光電流效率。該研究為高性能無貴金屬太陽能燃料器件的製備提供了一條潛在的可擴展途徑。
Wei Xun, Yongjie Wang, Ronglei Fan, Qiaoqiao Mu, Sheng Ju, Yang Peng, and Mingrong Shen. Activating the MoS2 Basal Plane toward Enhanced Solar Hydrogen Generation via in Situ Photoelectrochemical Control.ACS Energy Lett.2020. DOI:10.1021/acsenergylett.0c02320
文章連結：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.0c02320
5.中國石油大學孫道峰教授CCS Chem.: 超薄MOF納米片衍生富Se空位的蛋黃殼Ni0.85Se@NC用於水電解
在本文中，中國石油大學孫道峰教授、戴昉納教授等課題組以超薄金屬有機骨架(MOF)納米片作為可控制備的預平臺，通過定向相位調製(OPM)策略製備出由多層N摻雜碳(NC)殼層包裹Ni0.85Se核的蛋黃殼結構(稱之為Ni0.85Se@NC)。由於MOF納米片的超薄特性，因此Ni0.85Se核與NC殼層的界面上通過Ni-Nx進行配位，從而可以在電子層面上對結構進行修飾，使其具有豐富的Se空位和有效的電子耦合。在鹼性介質中的10mA·cm−2電流密度下，所製備出Ni0.85Se@NC催化劑在析氧反應(OER; 300 mV)和析氫反應(HER; 157 mV)均表現出較低的過電位，優於相應的塊體MOF衍生物。採用Ni0.85Se@NC作為陽極和陰極催化劑，通過鹼性水電解可獲得1.61 V的低電池電壓。值得注意的是，該催化劑在自然海水(pH = 7.98)和模擬海水(pH = 7.86)電解質中也達到了較高的活性，甚至超過了Pt/C-RuO2/CC電極。密度泛函理論(DFT)研究表明，豐富的Se空位通過加速界面上Ni原子到N原子的電子轉移，有效地調節了Ni0.85Se@NC的電子結構，因此使Ni0.85Se@NC獲得接近最佳的電子構型，從而激發對關鍵反應中間體的理想吸附自由能。
Zhao-Di Huang, Chao Feng, Jian-Peng Sun, Ben Xu, Tian-Xiang Huang, Xiao-Kang Wang, Fang-Na Dai & Dao-Feng Sun. Ultrathin Metal–Organic Framework Nanosheets-Derived Yolk–Shell Ni0.85Se@NC with Rich Se-Vacancies for Enhanced Water Electrolysis.CCS Chem.2020. DOI:10.31635/ccschem.020.202000537
文章連結：https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000537
6. 香港城市大學葉汝全教授Energy Environ. Sci.: 構建穩定陽離子分子/電極界面實現工業電流下的高效CO2還原
團聚和浸出是合成高效、耐久多相分子催化劑的兩大障礙，該問題對帶電荷分子更為嚴重，不僅導致不理想的催化性能，而且還會是的科研人員對電荷功能的錯誤評價。在本文中，香港城市大學葉汝全教授聯合華東理工大學朱明輝教授等課題組研究發現，鈷(II)四氨基酞菁(CoTAPc)的甲基化可以將其給電子的氨基轉變為吸電子的季銨陽離子，從而有利於生成*COOH中間體和*CO的脫附；這使得CO2還原反應(CO2RR)的電流密度提高130%。然而，催化劑嚴重浸出，使得電流密度迅速衰減。為了解決這一難題，作者開發了一種原位功能化策略，首先通過重氮反應將CoTAPc共價接枝到碳納米管上，然後進行完全甲基化反應。與物理混合樣品在−0.72 V下具有高度穩定的電流相比，原位功能化轉化使得生成CO的部分電流密度增加700%。在流動池中，這種共價固定化結構可提供239 mA cm−2的工業級電流密度、在590 mV過電位下保持95.6%的CO選擇性和0.069 mg cm−2的極低分子負載。該工作為高性能、穩定分子催化劑用於多相電催化提供了理論依據和設計策略。
Jianjun Su, Jun-Jie Zhang, Jiacheng Chen, Yun Song, Libei Huang, Minghui Zhu, Boris I. Yakobson, Ben Zhong Tang and Ruquan Ye. Building a stable cationic molecule/electrode interface for highly efficient and durable CO2 reduction at an industrially relevant current.Energy Environ. Sci.2020. DOI:10.1039/D0EE02535F
文章連結：https://doi.org/10.1039/D0EE02535F
7. 浙江大學侯陽教授Mater. Horiz.: 原位鑑別鎳基MOF納米陣列在電催化水氧化中的行為
金屬-有機骨架(MOFs)是一種很有前景的析氧反應(OER)電催化劑。然而，直接觀察MOF基電催化劑的電催化行為仍然具有很大的挑戰性，這對於理解其電催化機理具有重要意義。在本文中，浙江大學侯陽教授聯合斯威本科技大學馬天翼教授等課題組開發出一種垂直取向具有2.09 wt% Ce摻雜的鎳基MOF納米片陣列(表示為Ce-NiBDC/OG)。該Ce–NiBDC/OG催化劑在OER催化過程中僅需265 mV的低過電位即可提供10 mA cm−2電流密度。通過原位光譜和operando顯微鏡觀察了電化學活化誘導Ce-NiBDC/OG向Ce摻雜NiOOH的相變行為，後者被認為是真正的活性中心。機理研究表明，對於Ce–NiBDC/OG衍生的催化劑，Ce物種在NiOOH中的摻雜顯著增加了對*OH的吸附，並進一步降低了速率決定步驟(*OH→*O)的能壘。
Fanpeng Cheng, Zhongjian Li, Lin Wang, Bin Yang, Jianguo Lu, Lecheng Lei, Tianyi Ma and Yang Hou. In situ identification of the electrocatalytic water oxidation behavior of a nickel-based metal–organic framework nanoarray.Mater. Horiz.2020. DOI:10.1039/D0MH01757D
文章連結：https://doi.org/10.1039/D0MH01757D
8.中國科學技術大學江海龍教授CCS Chem.: 表面疏水聚合提高MOFs的水穩定性
水穩定性和溼度穩定性被公認為是金屬-有機框架(MOFs)在未來應用中最重要的特性之一。儘管如此，目前開發出的大多數MOF在某種程度上並不耐水。表面疏水改性是解決MOFs向水分子崩塌的一種有效方法。在本文中，中國科學技術大學江海龍教授等課題組提出了一種簡單、溫和、通用的一步表面聚合方法，在MOF顆粒的外表面覆蓋一層薄薄的聚合物層。值得注意的是，疏水層不僅使MOFs具有水穩定性，而且不會顯著影響其孔特性，因此使得所合成的MOFs在水中的各種反應中可保持高催化活性。
Meili Ding, Hai-Long Jiang. Improving Water Stability of Metal–Organic Frameworks by a General Surface Hydrophobic Polymerization.CCS Chem.2020. DOI:10.31635/ccschem.020.202000515
文章連結：https://doi.org/10.31635/ccschem.020.202000515
說點正事