本文选取了2021年8月23日-24日在催化领域中最新的部分优质成果进行汇总，并进行了简要的介绍，供大家了解和学习。 1. J. Am. Chem. Soc.：三明治式光电耦合催化CO2还原开发高效、稳定的非均相金属酞菁（MPc）电催化剂用于CO2还原仍然是一个挑战。近日，清华大学王训教授（通讯作者）等人报道了一种制备锌（Zn）-金属酞菁（MPc）分子层-多金属氧酸盐（POM）三明治层状材料的一般合成方法，该催化剂不仅展示了更高的电催化活性，而且能够进行光耦电催化CO2还原反应。研究发现，POM的加入可以防止MPc分子层的聚集，有利于活性位点的暴露。该分子层三明治式催化剂（MLSs）表现出优异的CO2还原活性，在-0.7 V vs RHE条件下，在暗场中提供最高的CO法拉第效率（FECO）达到96.1%。在光照下，在-0.6 V到-0.9V vs RHE的宽电位范围内FECO可以达到93%以上，最大值为96.2%，一氧化碳（CO）转化频率（TOFCO）超过了2060 h-1。通过光电化学测试和发光表征表明，分子层有利于光照下的载流子分离；密度泛函理论（DFT）计算和电子顺磁共振表明，外部光场对催化性能有2倍的增强作用，因为光照射下CoTAPc环中的本征LMCT，促进了电子从金属中心向CO2分子的传输，自由能计算进一步证明了在激发态下抑制了析氢反应（HER）副反应。双重作用共同促进了光照下的jCO和TOFCO增加以及FECO的增加。该工作系统的研究了光电耦合催化CO2RR催化剂的合成、性能和机理，为设计及合成新型CO2RR电催化剂提供了指导，也为揭示外场耦合电催化剂的机理提供了新思路。Polyoxometalate Interlayered Zinc-Metallophthalocyanine Molecular Layer Sandwich as Photocoupled Electrocatalytic CO2 Reduction Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c05580.https://doi.org/10.1021/jacs.1c05580. 2. Angew. Chem. Int. Ed.：首次报道！EDTA作为高活性电催化剂，助力CO2还原为CH4二氧化碳（CO2）加氢还原活性催化剂主要是非均相铜（Cu）基催化剂。多相催化剂中复杂的配位环境和多个活性位点总是导致目标产物的低选择性，而具有明确活性位点和可调控结构的分子催化剂允许基于机理的选择性优化。近日，中国科学技术大学陈乾旺教授（通讯作者）等人首次报道了一种在碳纳米管（CNT）表面上固定乙二胺四乙酸（EDTA）分子催化剂（EDTA/CNT），该催化剂在催化CO2转化为甲烷（CH4）时具有优异的催化性能。通过实验结果证明，对比可逆氢电极，在-1.3 V电位下，EDTA/CNT对CH4的法拉第效率（FE）高达61.6%，并且局部电流密度为-16.5 mA cm-2。通过密度泛函理论（DFT）计算表明，EDTA分子中的Lewis碱性COO-基团是CO2还原反应（CO2RR）的活性中心。从*CO中间体生成CO的能垒高达0.52 eV，而从*CO进一步质子化到*CHO则遵循能量下坡路径（-1.57 eV），从而导致CH4的高选择性。该工作为根据*CO中间体的势垒与分子结构的关系来调控CO2RR的产物选择性提供了可行性。EDTA Lewis basic molecule as a highly active electrocatalyst for CO2 reduction to CH4. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202110594.https://doi.org/10.1002/anie.202110594. 3. Angew. Chem. Int. Ed.：界面Ni-O-M(M=Ru, Ir, Pd)键合导致电子调制加速HER动力学设计明确的金属-载体界面键是优化贵金属内在活性的有效策略，但具有挑战性。近日，南京航空航天大学彭生杰教授（通讯作者）等人报道了一种自发氧化还原策略，并利用该策略合理的开发了一系列定量尺寸的金属纳米颗粒（NPs）锚定在镍（Ni）-金属有机骨架纳米杂化物上（M@Ni-MOF，M=Ru, Ir, Pd）。NPs和Ni-MOF之间的金属-氧键保证了结构稳定性和表面活性位点的充分暴露。更重要的是，这种精确的界面特征可以通过形成的Ni-O-M桥的电荷转移来有效的调节杂化材料的电子结构，进而改善反应动力学。实验结果表明，具有代表性的Ru@Ni-MOF在所有pH值下均表现出优异的析氢反应（HER）活性，甚至优于商用Pt/C和最新贵金属催化剂。此外，密度泛函理论（DFT）计算加深了对HER性能优越性的机理理解，发现Ru@Ni-MOF通过界面键诱导电子重新分布，优化了水和氢的吸附自由能。该研究提供了对结构-活性关系的深入理解，并进一步指导了高效电催化剂的合理设计。Electronic Modulation Caused by Interfacial Ni-O-M (M=Ru, Ir, Pd) Bonding for Accelerating Hydrogen Evolution Kinetics. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202110374.https://doi.org/10.1002/anie.202110374. 4. Angew. Chem. Int. Ed.：FE近100%！碳布上电催化NO氧化与HER耦合制硝酸盐一氧化氮（NO）是一种对环境有害的污染物。传统的NO去除受到了苛刻的操作条件和高附加值化学品的牺牲的严重阻碍。近日，湖南大学王双印教授和陈晨博士（共同通讯作者）等人报道了一种利用等离子体处理的商用碳布，并将其用作电催化剂。通过利用NO废弃物，在环境条件下电催化NO氧化反应（NOOR）与析氢反应（HER）耦合形式，实现了阴极的高效制氢气和阳极的可持续硝酸盐合成。通过这种方法，工业合成氨的需求得到显著缓解，硝酸盐的合成途径有望得到改革。将等离子体刻蚀商用碳布引入了羧基，直接用作电极时，增强了NO的化学吸附和催化活性。在中性和酸性条件下，仅施加1.39 V和1.07 V的电位即可分别达到10 mA cm-2的电流密度，与水裂解制氢气相比，其具有显著的经济性且节能。此外，该电催化剂即使在强酸性环境下也具有良好的长期稳定性，硝酸盐合成和制氢的法拉第效率（FE）均接近100%。该工作为实现NO的资源化利用、硝酸盐的可持续合成和以绿色经济的方式制氢提供了一种全新的策略。Coupling electrocatalytic NO oxidation over carbon cloth with hydrogen evolution reaction for nitrate synthesis. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202109905.https://doi.org/10.1002/anie.202109905. 5. Appl. Catal. B Environ.：高活性位点密度Co/Fe-N-C双功能ORR阴极催化剂层的多尺度研究近年来，研究人员致力于设计具有高孔隙率和高效活性位点的催化剂。虽然使用基于旋转圆盘电极（RDE）实验的Co/Fe-N-C催化剂取得了很好的结果，但是实际燃料电池性能低于预期，可能是因为对催化剂层（CL）的理解不足。因此，催化剂设计应综合考虑CL性能，而不仅仅是固有活性。近日，以色列理工学院Dario R. Dekel、天津大学尹燕教授和张俊锋讲师（共同通讯作者）等人报道了通过仔细设计Co/Fe-ZIF前驱体，获得了碳（C）网络中具有高度分散的CoFe纳米合金的Co/Fe-N-C，其具有良好稳定性的高氧还原反应（ORR）位点密度。通过关于动力学区的RDE实验和具有复杂影响因素的单电池实验（SCT），作者引入了半电池实验（HCT）以更准确地评估Co/Fe-CL的质量。基于不同电流密度范围的多尺度研究（RDE、HCT和SCT）分析，对燃料电池应用的ORR催化剂设计有了更全面的了解。通过在ZIF-8骨架前驱体中引入Co和Fe元素，热解后得到了活性位点密度高的0.14Co0.01Fe-N-C ORR催化剂。此外，通过HCT测试，使用实际催化剂负载量和有效的氧气传输，可以获得更相关和准确的性能数据。特别是在燃料电池工作范围（0.6-0.8 V）内，对比之前的ORR催化剂实验，HCT显示出更大的电流密度（超过100 mA cm-2）。0.14Co0.01Fe-N-C衍生的不含Pt族金属的无PGM CL表出与最好的贵金属催化剂（60 wt.%Pt/C，Johnson Matthey）相当的催化性能，在酸性和碱性环境中具有更好的稳定性。由于对氯离子的催化活性和稳定性有了更全面的了解，该工作可以指导燃料电池阴极催化剂的设计和评估程序。Multi-scale study on bifunctional Co/Fe-N-C cathode catalyst layers with high active site density for the oxygen reduction reaction. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120656.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120656. 6. Appl. Catal. B Environ.：光照射下提高Cu-Ni-TiO2的H2产率：合金纳米颗粒在光催化分解H2O中的行为近日，印度CSIR-可持续能源网络研究所A. Venugopal（通讯作者）等人报道了修饰在二氧化钛（TiO2）上的双金属Cu-Ni合金纳米颗粒在H2O分解中表现出显著的可见光催化活性，是修饰在TiO2上的单金属（Cu或Ni）对应物的四倍。研究发现，由于Cu-Ni/TiO2光催化剂的表面等离子体行为，使得Cu-Ni合金颗粒具有优异的性能。作者利用紫外-可见漫反射光谱（UV-DRS）、粉末X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、循环伏安法（CV）、H2程序升温还原（H2-TPR）等方法对新制和部分使用（反应后回收）催化剂的物理化学性质进行了测量。此外，作者还通过N2O滴定法检查新制单金属（Ni/TiO2和Cu/TiO2）和双金属Cu-Ni/TiO2样品以及所用催化剂的还原程度。该工作的主要目的是，首先合成等离子体光催化剂，特别是用于在阳光下捕获可见光分解H2O的Cu-Ni合金纳米颗粒。其次，使用各种表征技术对合成的催化剂样品进行检查，以理顺结构-活性关系。最后，详细研究了纳米Cu-Ni合金颗粒的形成及其对可见光下局域表面等离子体共振（LSPR）现象的影响，并以Cu-Ni合金纳米颗粒的表面和体性质为例进行了说明。Improved H2 yields over Cu-Ni-TiO2 under solar light irradiation: Behaviour of alloy nano particles on photocatalytic H2O splitting. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120654.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120654. 7. Appl. Catal. B Environ.：高活性Cu纳米团簇在可再生生物质衍生化合物氢化中的锚定策略乙酰丙酸（LA）加氢制备γ-戊内酯（GVL）是一种常见的反应，对生物质转化至关重要。然而，利用非贵金属催化剂实现从LA到GVL的高效转化还面临着巨大的挑战。近日，南开大学李伟教授和关庆鑫副教授（共同通讯作者）等人报道了一种将高活性铜（Cu）纳米簇催化剂锚定在石墨碳氮化物（g-C3N4）缺陷位置并且分散在介孔二氧化硅（SBA-15）中的有效策略。这种复合催化剂，表示为Cu/NC@SBA-15。首先，通过热解浸渍在SBA-15中的Cu(NO3)2和尿素的混合物，然后在氢气中还原，即可简单地制备Cu/NC@SBA-15。在合成和反应过程中，g-C3N4为防止Cu团簇的团聚提供了锚定位置。在连续流动固定床反应器中，将所得催化剂用于LA加氢制GVL反应。由于g-C3N4和SBA-15的组合稳定了Cu团簇，使得Cu/NC@SBA-15具有92%的高GVL产率和100 h内的优异稳定性。通过X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）和X射线光电子能谱（XPS）等多种表征技术的结合表明，超细Cu团簇均匀分散在SBA-15中，因为N物种与Cu离子之间的强配位。此外，通过DFT计算揭示了Cu/NC@SBA-15活性较高的原因。本研究为构建高活性且廉价的Cu纳米簇催化剂提供了一种简单的锚定策略。Anchoring strategy for highly active copper nanoclusters in hydrogenation of renewable biomass-derived compounds. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120651.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120651. 8. ACS Catal.：Co表面氧化对丙烷氧化脱氢反应的影响：从头算多尺度动力学研究丙烷脱氢是一种日益广泛使用的丙烯生产方法。该反应为基于石油资源的传统工艺提供了一种替代方法。近日，斯洛文尼亚国家化学研究所Blaž Likozar和Matej Huš（共同通讯作者）等人报道了他们从理论上研究了氧化铬（Cr2O3）如何在氧化和还原环境中催化该反应。在文中，作者使用多尺度建模来研究氧化和还原催化剂及其性能之间的差异。作者采用密度泛函理论（DFT）计算了丙烷在α-Cr2O3(0001)氧化和还原表面上的C-C裂解、副产物（丙炔、乙烷、乙烯、乙炔和甲烷）生成和催化剂结焦的全部反应过程，并进行了Hubbard校正。描述吸附、脱附和表面反应的参数用于动力学蒙特卡罗模拟，该模拟采用了工业相关条件（700-900 K，压力高达2 bar，以及各种氧化剂：N2O、O2和无氧化剂）。作者观察到在还原表面上，丙烯和氢气以高选择性形成。当使用氧化剂时，表面被氧化，改变了反应机理和动力学。在更快的反应过程中，H2O在Mars-van Krevelen循环中形成副产物。此外，还会形成CO2，表示浪费并对选择性产生不利影响。实验结果表明，氧化表面活性更高，更容易生成CO2，而还原表面活性较低，对丙烯的选择性较高。此外，作者还研究了所用氧化剂的影响，表明N2O比O2更适合，因为它具有更高的选择性和更少的催化剂结焦。作者发现存在一个最佳的表面氧化程度，其中丙烯的产率最大。在反应过程中形成的焦炭可以与CO2、O2一起燃烧掉。Effect of Surface Oxidation on Oxidative Propane Dehydrogenation over Chromia: An Ab Initio Multiscale Kinetic Study. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c01814.https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01814.