催化周報：Science和Nature子刊等大合集

溫馨提示：本推文包含29篇文獻，預計閱讀時間約29min，大家挑感興趣的關注。
1. Angew. Chem. Int. Ed.：多金屬1-納米催化劑催化烯烴選擇性過氧化

亞納米（〜1 nm）尺度上的粒子科學引起了全世界的關注。但是，由於亞納米顆粒（SNPs）精確合成的技術難度，使得這一科學領域尚未得到開發。因此，作者最近開發了一種「原子雜交方法（AHM）」，該方法通過使用適當設計的大分子作為模板來精確合成SNP。在這項研究中，為了揭示這一未探索的領域，作者研究了由AHM獲得的SNP的化學反應性，系統地評估了這些SNP催化烯烴氧化反應。與常規催化劑相比，即使在較溫和的條件下，SNP仍顯示出高催化性能。另外，多種元素的雜交提高了轉化頻率和氫過氧化物衍生物的選擇性。

原文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202010190

2. ACS Catal.：金屬-有機骨架負載單點釩催化劑的結構和反應活性

近年來，具有固定在金屬-有機骨架（MOF）載體上活性物種的單位點催化劑已引起廣泛關注。最近，已通過實驗表徵了固定在Zr-NU-1000和Hf-MOF-808上的氧化釩（VOx）催化劑，並且它們對於將苯甲醇選擇性氧化為苯甲醛具有活性。在這裡，作者報告通過採用密度泛函理論對這些摻入VOx的MOF催化劑（V-MOF）進行詳細的計算研究。基於VOx附著的模式，探索了各種結構，並報導了它們的相對穩定性和IR光譜特徵。研究了選擇性氧化反應的機理。在限制C-H活化步驟中對電子流的分析表明，氫原子的離去過程涉及協調的質子耦合電子傳遞機理。這項研究的結果表明，除了節點中金屬的作用外，MOF節點結構在驅動V-MOF的催化活性方面也起著至關重要的作用。

原文連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02300

3. ACS Catal.：等離子體活化單原子Ru摻雜的金屬有機骨架/MnO2用於高選擇性氧化NOx

為了實現NOx的選擇性氧化，構建了單原子錨定的金屬有機骨架（MOF，NH2-UiO-66）和MnO2的混合催化劑，並將其用於等離子體催化過程。通過簡單地攪拌同時含有MOF和RuCl3的混合液，將孤立的Ru位點成功地注入到MOF的結構中，從而促進等離子體放電，NO/NO2吸附和形成·OH自由基。構造了一種特殊的羰基橋聯的Zr4+-O-Ru3+，以加速電子轉移和反應的連續進行。當MOF被等離子體誘導的「偽光催化」激活時，可以觀察到生成的電子從MOF向Ru位點的定向遷移。在75.3 J/L的SIE下，實現了將NOx全部選擇性氧化為NO2-和NO3-。副產物O3被MnO2有效地降解和利用，促進了NOx的深度氧化。輕鬆實現單個原子將是生產具有所需性能的MOF基催化劑的理想方法。將等離子體與單原子修飾的MOF催化劑有效結合可以為等離子體催化系統提供更多的前景。

原文連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02001

4. ACS Energy Lett.：穩定的Pt團簇基催化劑在PEMFC中用作低負載陰極

在不犧牲電池性能的情況下降低燃料電池陰極中的Pt催化劑負載仍然是燃料電池開發的主題，因為該技術的投資成本決定了其應用前景。但是，實現這一目標具有很高的挑戰性，因為降低Pt負載量不僅會降低氧還原反應（ORR）的整體動力學，而且還會在高電流密度域（HCD）中引起嚴重的傳質問題。在這裡，作者通過獲得高活性和穩定的Pt團簇基催化劑克服了這一困難，其中催化劑負載的下降完全被超高的電化學比表面積（358.6 m2 gPt-1）和鉑團簇的高分散性所完全彌補。N、P摻雜的碳納米片的強大錨固作用使Pt團簇高度穩定。Pt團簇的平均尺寸為1.3±0.4 nm，原子利用率高達32.81％。結果，最終的Pt-9.3@NPC催化劑不僅在活性上超過了商用Pt/C催化劑，而且在潛在的循環過程中也更加穩定。更進一步，由Pt-9.3@NPC作為陰極催化劑組裝的電池（0.05 mgPt cm-2）在H2/Air模式下比對應的商用催化劑（853 mW cm-2、0.1mgPt cm-2）表現出更高的性能（1071 mW cm-2）和更低的HCD電壓損耗，顯然證明成功解決了傳質問題。

原文連結：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c01748

5. Angew. Chem. Int. Ed.：兩性離子配體封端的CsPbBr3鈣鈦礦量子點光催化立體選擇性C-C氧化偶聯反應

半導體量子點（QD）在光催化領域引起了極大的關注，這歸因於其對光催化反應的優異光電性能，包括高吸收係數和較長的光生載流子壽命。本文中，通過選擇2-(3,4-二甲氧基苯基)-3-氧代丁腈作為模型底物，作者證明了在可見光下使用兩性離子封端的CsPbBr3鈣鈦礦QD，立體選擇性C-C氧化偶聯反應可以實現高收率（99％）。反應可以推廣到具有不同取代基的原料。這些原料在苯環上具有多個取代基，並且具有不同的功能部分，從而產生立體選擇性dl-異構體。提出了自由基介導的反應途徑。此研究提供了一種使用特殊設計的鈣鈦礦量子點通過光催化方式進行立體選擇性C-C氧化偶聯的新方法。

原文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202007520

6. Science：加速雙極膜中的水分解並用於電催化

催化將水分解成質子和氫氧根離子（WD），對於製備可將不同pH環境耦合到單個電化學裝置中的雙極膜（BPM）以及加速在中性到鹼性介質中消耗質子的電催化反應都是很重要的。作者設計了一個BPM電解槽來定量測量WD動力學，並表明對於金屬納米粒子，WD活性與鹼性析氫反應活性相關。通過結合在酸性質子交換層附近有效的金屬氧化物WD催化劑和在鹼金屬氫氧化物交換層附近有效的金屬氧化物WD催化劑，作者證明了在20 mA·cm−2中過電位<10 mV的情況下BPM驅動WD和在500 mA·cm−2下在鹼性陽極和酸性陰極下工作的純水BPM電解槽總電解電壓為~2.2V。

原文連結：https://doi.org/10.1126/science.aaz1487

7. Nat. Commun.：銥納米簇雙功能電催化劑的配位工程，可實現高效且通用的pH值全解水

電解水為緩解全球能源和環境危機提供了一種很有前途的能量轉換和儲存技術，但目前仍缺乏高效、pH通用的電催化劑來提高陰極析氫反應（HER）和陽極析氧反應（OER）的動力學。本文中，作者報告了均勻分散的銥納米糰簇嵌入氮和硫共摻雜的石墨烯上，作為HER和OER在所有pH條件下的高效和穩定的電催化劑，在中性、酸性和鹼性電解液中，達到10 mA cm−2的電流密度，全解水的過電位分別為300、190和220 mV。基於探測實驗、操作X射線吸收光譜和理論計算，作者將高催化活性歸因於與氫（對於HER）和含氧中間物種（對於OER）的最佳結合，這是源於銥位點與氮和硫配位的可調和良好的電子狀態。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41467-020-18064-w

8. Chem：量化雙邊界上CO2的電催化還原

納米結構的表面缺陷表現出不同於臺階表面的催化反應，包括電化學CO2還原反應（CO2RR）。定量測量不同類型表面原子的催化活性對於指導高性能催化劑的設計和合成是至關重要的，但由於缺乏合適的研究方案，這是一個巨大的挑戰。通過合成幾何尺寸明確的膠體納米粒子，嚴格控制暴露的反應表面，可以全面測量和定量測定不同類型表面原子的原子特異性催化活性。該策略為區分和定量測定不同表面原子的催化活性提供了可靠的方法。研究結果將為高性能催化劑的設計和合成提供參考。

原文連結：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.07.026

9. PNAS：通過原位電化學自重建獲得銅鐵礦類似物作為析氧催化劑

開發具有良好原子結構和電子結構的新型、穩定的析氧反應催化劑仍然是一個挑戰。與已知的層狀金屬氫氧化物或（羥基）氧化物相比，銅鐵礦（ABO2）具有A陽離子交替層和BO2八面體共邊的特點，但由於其電子導電性和本徵活性較差而很少用於OER。在此，我們基於第一性原理計算，提出了一種由金屬氫氧化物和銅鐵礦突變而成的銅鐵礦類似物。計算出BO2層原始晶場畸變對電子結構的影響，以提高電子電導率和催化活性。受理論設計的啟發，作者已經通過電化學自重構（ECSR）實現了銅鐵礦類似物。操作X射線吸收光譜法和其他實驗技術揭示了由亞穩形成的前驅體通過非晶化插入到雙金屬鈷-鐵（羥基氧化物）層中的銀形成了銅鐵礦類似物。得益於其獨特的局部電子和幾何結構，銅鐵礦類似物顯示出優秀的OER活性，在187 mV的過電位下提供10 mA·cm-2的電流密度，並在鹼性條件下具有出色的穩定性（300小時）。

原文連結：https://doi.org/10.1073/pnas.2009180117

10. Nat. Energy：分子工程光催化劑片可用於從二氧化碳和水進行可擴展的甲酸製備

收集太陽能將二氧化碳轉化為化學燃料是一項很有前途的技術，可以減少大氣中二氧化碳含量的增加，減輕全球對化石燃料的依賴；然而，在不加犧牲試劑和外部偏壓的情況下，CO2選擇性光轉化高效、穩定系統的組裝仍然是一個挑戰。在這裡，作者提出了一種光催化劑片，將二氧化碳和水轉化為甲酸鹽和氧氣，作為一種潛在的可擴展的二氧化碳利用技術。該技術將鑭和銠摻雜的SrTiO3（SrTiO3：La，Rh）和鉬摻雜的BiVO4（BiVO4：Mo）光吸收劑整合在一個金層上，該吸收劑由膦酸化的Co(ii) bis(terpyridine)和RuO2催化劑改性而成。該單片器件提供了0.08± 0.01%的太陽能到甲酸鹽的轉換效率，甲酸鹽的選擇性為97± 3%。由於該裝置採用無線方式工作，並使用水作為電子供體，因此它提供了一種多功能的策略，利用分子基複合光催化劑實現可擴展和可持續的二氧化碳減排。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41560-020-0678-6

11. Angew. Chem. Int. Ed.：在良性條件下光催化實現鎳催化的芳基滷化物的腈化反應

過渡金屬催化芳基滷化物的氰化反應是合成芳腈的最常用方法之一。儘管取得了巨大的進展，氰化芳基滷化物在一個容易和良性的方式通常是不成功的。這一重大轉化的挑戰在於氰化物對金屬中心的強烈親和力，這使得有機金屬催化難以通過氧化加成和還原消除來實現。在此，作者首次證明，鎳催化芳基滷化物的氰化反應容易通過可見光光催化實現，其中Ni（II）物種瞬時氧化為Ni（III）物種，從而促進隨後的氰化物轉移和還原消除。利用這種雙重催化策略，作者避免使用空氣敏感配體、Ni（0）催化劑和劇毒氰化試劑，在室溫下以高度良性的方式氰化芳基和烯基滷化物（30例，53-93%產率），同時也不會產生過多的金屬廢物。計算研究也被用來幫助理解當前的轉化。

原文連結：https://doi.org/10.1002/anie.202010695

12. Nat. Commun.：氧化鈰負載的Pt亞納米糰簇界面精細調控活化低溫催化反應

研究者們在提高汽車尾氣催化劑的低溫活性（100℃以下）和貴金屬效率以消除冷啟動排放的方向上持續努力，但仍面臨巨大挑戰。本文報導了一種基於氧化還原耦合原子層沉積的銅修飾CeO2載體上活化Pt催化劑低溫性能的策略。複合催化劑的界面還原性和結構通過氧化物摻雜和鉑尺寸的精確控制得到了精確的調整。Cu修飾的CeO2負載的Pt亞納米糰簇在室溫下具有顯著的CO氧化活性，比原子分散的Pt催化劑的活性高一個數量級。帶有活性晶格氧原子的Cu-O-Ce位點錨定沉積了Pt亞納米糰簇，使得界面上CO吸附強度適中，有利於CO的低溫氧化性能。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41467-020-18076-6

13. Nat. Commun.：調節Ti3C2Tx MXenes的氧覆蓋以提高催化甲酸脫氫的活性

甲酸（HCOOH）具有可再生、安全、無毒等優點，是一種很有前途的氫載體。儘管貴金屬催化劑在甲酸脫氫反應中表現出了優異的活性，但開發高效的非貴金屬多相催化劑仍是一個很大的挑戰。在這裡，我們調節Ti3C2Tx MXenes表面的氧覆蓋，以提高甲酸脫氫的催化活性。令人印象深刻的是，在250°C下空氣處理後的Ti3C2Tx MXenes（Ti3C2Tx-250）表面氧原子數量明顯增加，但結晶結構沒有改變，在80℃條件下，對H2具有100%的選擇性，其質量活性為365 mmol·g−1·h−1，分別是商業Pd/C和Pt/C的2.2倍和2.0倍。進一步的機理研究表明，HCOO*是表面氧原子覆蓋層不同的Ti3C2Tx MXenes上HCOOH脫氫的中間體。增加Ti3C2Tx MXenes表面的氧覆蓋率，不僅可以通過降低能壘來促進HCOO*向CO2*的轉化，還可以減弱CO2和H2的吸附能，從而加速HCOOH的脫氫。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41467-020-18091-7

14. Sci. Adv.：通過原子層沉積在鈣鈦礦上原位生長的鎳鐵納米顆粒促進了高活性乾燥甲烷重整催化劑

由於甲烷幹法重整需要更穩定、更活躍的金屬催化劑，利用脫溶原位生長納米顆粒是一種很有前途的方法。然而，在傳統的脫溶中，由於陽離子擴散速度緩慢，大多數納米粒子仍然在表面下。在此，我們報導了原子層沉積（ALD）結合拓撲化脫溶在La0.6Sr0.2Ti0.85Ni0.15O3-δ上開發活性和耐用的催化劑。通過ALD形成的均勻且定量控制的Fe層有利於拓撲化脫溶，增加了精細分散的納米顆粒。由於Fe2O3的自發合金形成能為-0.43 eV，引入Fe2O3可生成鎳鐵合金，從而提高幹式甲烷重整的催化活性，穩定性可延長410小時。總的來說，通過ALD製備的豐富的合金納米催化劑在脫溶劑的發展及其在能源利用領域的應用上邁出了重要的一步。

原文連結：https://doi.org/10.1126/sciadv.abb1573

15. ACS Catal.：釕基磷化物的組成調節用於增強丙烷選擇性脫氫

在這項工作中，我們報告了一種魯棒的磷化釕（RuP）催化劑，它對丙烷脫氫反應具有高的丙烯選擇性，而單金屬釕納米顆粒（NPs）則導致裂解。利用X射線光電子能譜、同步X射線吸收能譜、還原催化劑的透射CO-IR、大角度環形暗場掃描透射電鏡對不同P/Ru原子比的NPs表面結構進行識別，隨著P負載量的增加，從Ru到Ru2P到RuP會發生變化。除了提高烯烴的選擇性之外，增加P/Ru比會導致更高的周轉率和降低失活率。P被認為是一個結構啟動子，以減少Ru的整體尺寸，降低氫解速率。此外，增加P/Ru比會導致Ru價層軌道的能量下降，這可能會削弱金屬吸附鍵能和反應物的表面覆蓋度。

原文連結：https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01667

16. ACS Catal.：揭示鹼金屬離子插入層狀二氧化錳對甲醛催化氧化的作用

二維（2D）層狀MnO2材料具有奇特的電子性質和鹼金屬離子可觸及的活性位點，為化學修飾催化劑的開發提供了一個全面的平臺。值得注意的是，含K+的多層MnO2催化劑已被證實是甲醛催化氧化（HCHO）的有力候選者。揭示鹼金屬離子對活性位點的影響對理解反應物與活性中心之間的相互作用至關重要。結合分析工具和周期性計算密度泛函理論模型，通過比較三種典型的鹼金屬離子插層MnO2材料（Na+、K+、Cs+），計算出附在氧空位（Vo）上的鹼金屬離子的表面結構和暴露出的具體缺陷。這些材料已通過熔融鹽法合成，具有高產率，大的橫向尺寸，和納米級厚度。研究表明，我們證明鹼金屬離子可以顯著地改變Vo的形成能，根據CsMnO（1.94 eV）<KMnO（1.97 eV）<NaMnO（2.07 eV）<表面無插層離子理想MnO2（2.23 eV）的順序。因此，表面Vo位點最多的CsMnO可以實現高效的HCHO氧化為CO2，在40℃、200 ppm HCHO/潮溼空氣中，HCHO消耗速率約為0.149 mmol/(g·h)[氣體小時空間速度= 80000 mL/(g·h)]。與Mars-van-Krevelen過程不同，量子化學計算和原位漫反射紅外傅立葉變換光譜表明，其主要反應途徑可能是HCHO(ad)+[O](ad)→DOM→[HCOO-]s→CO2，通過Langmuir-Hinshelwood（L-H）機制進行。鹼金屬通過Vo位點捕獲氧，加速了被吸附氧與被吸附HCHO之間的快速反應，生成深度降解產物（CO2和H2O），顯著促進了HCHO的轉化。

原文連結：https://doi.org/10.1021/acscatal.0c02310

17. ACS Catal.：原位X射線吸收光譜鑑定單斜ZrO2：在固溶體中作為CO2加氫成甲醇的活性相

原位X射線吸收光譜（XAS）將In2O3/m-ZrO2催化劑在直接將CO2加氫成甲醇（300℃，20 bar）和銦位點上的優越活性和穩定性與平均氧化態+2.3原子分散在單斜ZrO2晶格中聯繫起來。固溶體m-ZrO2:In催化劑中的活性位點是In-Vo-Zr位點（Vo為氧空位），這些位點穩定在極難還原的m-ZrO2晶格中，以防止過渡還原到In0而失活。相反，非晶態ZrO2載體與In2O3不形成（結晶）固溶體，因此，在反應條件下，In2O3/am-ZrO2在幾分鐘內就還原為金屬。此外，正方ZrO2載體只能部分穩定分散的銦納米晶（In2O3/t-ZrO2）防止過還原，生成的催化劑中In位點的平均氧化態低於+2：即，In2O3/t-ZrO2也會因過還原而失活。我們的結果表明，ZrO2載體的相態決定了活性固溶體是否具有銦形態，這對In3+位點的還原性及其局部結構有重大影響。通過比較銦基催化劑的穩定性和活性，我們發現單斜固溶體m-ZrO2:In是直接將CO2轉化為甲醇的優良催化劑，它含有活性In-Vo-Zr表面物質，在還原過程中比方鐵錳礦型In2O3中的In-Vo-In更穩定。

原文連結：https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01968

18. Adv. Mater. ：無鉛滷化物鈣鈦礦Cs3Bi2xSb2–2xI9(x≈0.3)具有與(CH3NH3)PbI3相當的光催化析氫活性

本文通過共沉澱法製備了無鉛鈣鈦礦Cs3Bi2xSb2–2xI9(x = 0.1、0.3、0.5、0.7、0.9)，並在HI水溶液中研究了其對光催化制氫的性能。與鉛基的鈣鈦礦(CH3NH3)PbI3相比，Cs3Bi2xSb2–2xI9在空氣品質1.5 G（AM 1.5 G）模擬日光（100 mW cm-2）下具有跟好的催化性能，負載了Pt納米顆粒的Cs3Bi0.6Sb1.4I9（100 mg）粉末的析氫為92.6 µmol h-1，大大超過了同等條件的(CH3NH3)PbI3（100 mg催化劑，4 µmol h-1）。不僅如此，Cs3Bi2xSb2–2xI9也具有很高的穩定性，在連續五個析氫實驗後，催化活性沒有明顯降低。此外，本研究發現在Cs3Bi2xSb2–2xI9中摻雜的Sb可有效降低Bi3+對導帶的貢獻，從而減弱Bi空位的影響。與純Cs3Bi2I9和Cs3Sb2I9相比，Cs3Bi2xSb2–2xI9具有更少的中能態和更好的光吸收，這大大提高了其對析氫反應的性能。

原文連結：https://doi.org/10.1002/adma.202001344

19. ACS Catal.：解析反向水煤氣變換反應中Cu/CeO2/ZSM-5催化劑動態結構和機理複雜性

本文製備並研究了一系列用於反向水煤氣變換（RWGS）反應的Cu/CeO2/ZSM-5活性催化劑的結構和力學性能，其中對反應條件下Cu和CeO2作為促進劑的作用進行了研究。在Cu/CeO2/ZSM-5催化劑的幾種排列中，銅的濃度在0至10 wt％之間變化，而CeO2的濃度在0至48 wt％之間變化。RWGS反應性趨勢表明，催化劑體系的三個組成部分對於促進和維持最佳催化活性至關重要。使用原位X射線吸收光譜（X射線吸收近邊緣結構和擴展的X射線吸收精細結構）探測了Cu和Ce的動態化學狀態，揭示了活性狀態下還原的銅和大部分氧化的二氧化鈰。X射線原位衍射數據顯示ZSM-5晶格內Cu以及Cu聚集體的存在。原位和同位素轉換漫反射紅外傅立葉變換光譜分析用於明確建立參與RWGS機理的ZSM-5晶格內的銅物種和CeO2表面位點，即CeO2上的表面甲酸鹽類是反應中間體。基於一組可靠的實時結構、電子和表面化學數據，本文提出了一種涉及該催化劑體系的三個組成部分的反應機理。

原文連結：https://doi.org/10.1021/acscatal.0c01584

20. Nature：不對稱鎳催化攔截瞬態即逝的環烯

一個世紀以來應變的環狀有機分子，例如芳烴、環狀炔烴和環狀烯受到了科學家們的廣泛關注。這些瞬態中間體具有高度環應變（30–50 kcal/mol）的特徵，在許多反應（包括環加成反應和親核捕獲）中賦予很高的反應性，通常會生成結構複雜的產物。儘管已有使用化學計量手性試劑來控制這些反應中絕對立體化學的策略，但應變環狀中間體生成對映體富集產物的催化不對稱反應仍有待研究。本文報導了在催化不對稱反應中外消旋環狀丙二烯中間體的攔截，並為控制這種轉變中的絕對立體化學的兩種不同機制提供了證據。計算研究提出一種催化機理，該機理涉及通過立體選擇性烯烴插入而使環狀丙二烯對映異構體進行初始動力學分化，丟失所得的立體化學信息，以及隨後通過中間π-烯丙基鎳配合物的不對稱化引入絕對立體化學。這些結果表明，除先前報導的傳統環加成和親核捕獲以外，環丙二烯還具有新的反應活性，從而擴大了這類中間體可得到的產物。此外，闡明了環烯鍵反應中立體控制的兩種潛在策略。綜上，這些結果為開發涉及避免這些經典的應變中間體的催化不對稱反應奠定了基礎。

原文連結：https://www.nature.com/articles/s41586-020-2701-2

21. Nat. Catal.：通過有機光氧化還原催化的極性反轉親核芳族取代反應實現19F-和18F-芳烴脫氧氟化

親核芳香族取代（SNAr）通常被用於在芳香族分子中添加19F-和18F-，但由於與C–F鍵形成相關的動力學障礙，該方法僅限於缺電子的芳烴。本文證明了通過陽離子自由基加速的SNAr進行極性反轉的光氧化還原催化的芳烴脫氧氟化，可以在溫和的條件下用19F-和18F-對富電子芳烴進行氟化，從而補充了傳統的基於SNAr的氟化芳烴極性要求。放射性氟化策略的實用性在於以較短的反應時間，與多個離核體的兼容性和較高的放射性氟化產率（尤其是重要的癌症正電子發射斷層顯像劑[18F] 5-氟尿嘧啶）。綜上所述，本文的氟化方法能夠開發出經典SNAr策略難以實現的氟化的和放射性氟化的化合物，並且在用於合成和發現正電子發射斷層掃描放射性藥物方面具有一定潛力。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41929-020-0495-0

22. Nat. Commun.：Cu(Ⅰ)催化的光學純環外丙二烯的非對映和對映選擇性構建

在大約150種已鑑定的丙二烯系天然產物中，環外丙二烯構成一個主要的亞類。軸向手性異位丙二烯的構建被廣泛研究，然而製備手性環外異位烯的策略仍然很少。本文展示了一種用於不對稱合成手性環外丙二烯的有效策略，同時通過Cu(Ⅰ)催化的1,3-炔烴至環己二酮的不對稱分子內還原偶聯來控制軸向和中心手性。該串聯反應顯示出良好的官能團相容性，高收率（高達99％的收率），出色的非對映選擇性（通常> 20:1 dr）和對映體選擇性（大多數> 99％ee）。此外，還提出了克級實驗和手性環外丙二烯的幾種合成轉化。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41467-020-18136-x

23. Science：具有催化活性的同源三聚體植物纖維素合酶複合物的體系結構

纖維素是植物細胞壁必不可少的成分，同時也是地球上最豐富的生物聚合物。超分子植物纖維素合酶複合物將多種線性葡萄糖聚合物組織成微纖維作為承重壁成分。本文確定了白楊纖維素合成酶CesA同三聚體的結構，並提出了其纖維素微纖維形成的分子基礎。由胞質植物保守區和跨膜區段內的螺旋交換所穩定的複合物形成了新生纖維素聚合物佔據的三個通道。分泌將聚合物導向一個共同的出口點，這有助於原纖維的形成。CesA的N末端結構域組裝成胞質莖，並與微管束縛蛋白相互作用，因此可能參與CesA的固定。

原文連結：https://science.sciencemag.org/content/369/6507/1089/tab-pdf

24. Nat. Mater.：具有高活性和比表面積的自支撐網狀結構的Pt-CoO網用於氧還原

本文提出了關于于氧還原反應（ORR）的Pt基催化劑的幾種思路，所獲得的催化劑超過了美國能源部關於Pt相關ORR質量活性的目標。大多數研究通過增加Pt的比活度，同時以電化學活性表面積（ECSA）為代價來實現較高ORR活性。在動力學控制的電位區，這種較低的ECSA被高比活度所抵消。然而實際應用中系統常處於高過電位下，低的ECSA會導致反應速率不受動力學影響，而受質量傳輸的限制。本文開發了一種自支撐網絡結構的Pt-CoO氧化物催化劑，同時具有高活性和高的ECSA。高ECSA通過Pt-CoO氧化物網狀納米結構實現的，對於自支撐的ORR催化劑，它具有前所未有的高質量活性，保證了燃料電池在高溫、高電流密度和低溼度下的穩定運行。

原文連結：https://www.nature.com/articles/s41563-020-0775-8

25. Nat. Catal.：混合金屬氫氧化物-水氧化催化劑中的相分離可逆性

穩定且低成本的電催化劑的開發用於水氧化反應的是一個艱巨的挑戰。本文報導了在催化操作條件下，通過控制可逆相分離可以使降解的電催化劑恢復活性。在析氧反應條件下，Fe在Ni-Fe氫氧化物主晶格中發生偏析，形成FeOOH，進而FeOOH與基體晶格的界面形成。動態金屬溶解-再沉積過程加速Fe的偏析和FeOOH第二相的形成，導致催化劑失活。Operando同步輻射光譜和微觀分析表明，在水氧化電位和催化劑還原電位之間，相分離是可逆的。因此，開發了一種間歇還原法，在可操作條件下恢復催化劑的活性，提高催化劑的耐久性。本研究通過調整催化劑/電解質界面的相分離為恢復和穩定催化活性的提供了重要策略。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41929-020-0496-z

26. Nat. Catal.： 鉑電氧化/溶解在原子尺度機理的結構依賴性

鉑的溶解和表面氧化重組是鉑基電催化劑電化學能量轉換壽命受限的主要降解機理。本文通過原位高能表面X射線衍射、聯機電感耦合等離子體質譜和密度泛函理論計算研究了Pt（100）和Pt（111）電極表面，以闡明這些過程的原子尺度上的機理。Pt（100）氧化後溶解的鉑原子的位置與Pt（111）的不同，說明了不同表面穩定性差異的原因。Pt（100）上一種特殊的氧化物條紋結構的演變產生了不穩定的表面原子，這些原子易於溶解和重組，導致溶解速率提高了一個數量級。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41929-020-0497-y

27. Angew. Chem. Int. Ed.： 原位NRIXS和XAFS的研究Fe-Cu和Fe-Ag納米顆粒催化劑CO2電還原過程中的偏析現象

原位核共振非彈性X射線散射（NRIXS）和X射線吸收精細結構光譜（XAFS）測量已用於深入了解FeCu和FeAg納米顆粒（NPs）在CO2電化學還原（CO2RR）過程中的結構和表面組成，並探究其催化活性和選擇性的聯繫。通過原位NRIXS（聲子狀態密度PDOS）和XAFS測量的分析，推斷出FeAg核動力源在CO2-RR過程中核殼結構的形成。FeAg納米粒子的電化學分析表明，在-1.1V vs RHE下，0.1M KHCO3中CO的法拉第選擇性約為36%，與純Ag NPs類似。相比之下，在FeCu納米粒子的情況下獲得了對H2的主要選擇性，類似於純Fe 納米粒子的結果，而小的Cu 納米粒子也被證明有利於H2的產生。這些結果以及NRIXS和XAFS的結果表明，在CO2-RR過程中，Ag優先存在於FeAg納米粒子的表面，而Cu也可能主要分布在FeCu納米粒子的表面，但與Fe的混合程度更高。

原文連結：https://doi.org/10.1002/anie.202010535

28. Adv. Mater. ：填隙式合金的原位拓撲轉變用於CO電還原

通過電化學方法將一氧化碳還原為增值產品，有望用於可再生能源的儲存。銅在CO電還原過程中能將CO轉化為多碳（C2+）產物。然而，開發一種對CO還原具有高選擇性和適宜的C2+產物產率的Cu電催化劑仍然具有挑戰性。本文研究了具有豐富孿晶結構的高度無序Cu3N作為CO還原的前驅電催化劑。通過CO還原反應（CORR）過程中的原位活化和氮的釋放，得到的金屬Cu0催化劑粒子繼承了Cu3N晶格中的晶格位錯。在流通電池系統中，脫氮催化劑在電流密度為727 mA cm−2時，具有90%以上的C2+法拉第效率。使用帶有固態電解質（SSE）的膜電極組件（MEA）電解器時，在陰極和SSE防護層出口處可獲得17.4 vol%乙烯流和濃度為1.45 m的液態流，以及的230×10−3 m C2+產物。

原文連結：https://doi.org/10.1002/adma.202002382

29. Nat. Commun.：通過晶體取向調整質子耦合電子的轉移以有效地在鈣鈦礦雙氧化物上進行水氧化

開發高效、經濟的析氧反應（OER）電催化劑是許多能源器件的關鍵。雖然通過在體系中引入添加劑來調節質子耦合電子轉移（PCET）過程已被報導能有效地提高OER活性，但通過調節材料的固有性質來控制PCET過程仍然是一項具有挑戰性的任務。本文以雙鈣鈦礦型氧化物PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ（PBSCF）為模型體系，通過調節晶體取向和相關質子擴散，證明了通過促進PCET可提高OER活性。採用電化學測量、密度泛函理論（DFT）計算和同步加速器近環境X射線光電子能譜研究了在單晶LaAlO3襯底上沉積的（100）、（110）和（111）取向PBSCF薄膜的OER動力學。結果表明，OER活性和脫質子化的難易程度與取向有關，其大小順序為（100）＞（110）＞（111）。與OER活性相關的是，（100）膜中質子擴散最快，其次是（110）和（111）。研究結果提出了一種提高PCET和OER活性的方法，並且可以成功地指導綠色能源和環境應用的合理設計。

原文連結：https://doi.org/10.1038/s41467-020-17657-9