1. J. Am. Chem. Soc.：近100%选择性！二元Au-Cu反应位点修饰的ZnO在室温下将甲烷氧化成C1氧化物 将甲烷（CH4）直接有效地氧化为甲醇和相关的液态含氧化合物为可持续化学工业提供了一条有希望的途径，但是由于甲烷活化和过度氧化之间的难以控制，这仍然是一个持续的挑战。基于此，英国伦敦大学学院唐军旺教授（通讯作者）等人报道了一种具有高度分散的双Au和Cu物种作为助催化剂的ZnO共催化剂，其能够在环境温度下使用O2作为氧化剂，以高效和选择性地光催化甲烷转化为甲醇和单碳（C1）含氧化合物。通过实验测试发现，优化后的Au0.2Cu0.15-ZnO光催化剂催化甲烷转化为C1氧化产物（CH3OH、CH3OOH和HCHO）的产率高达11225 μmol·g-1·h-1，并具有约100%的选择性，这是目前已报道的最高值。此外，在365 nm处产生14.1%的表观量子产率（AQY），远高于之前报道的将甲烷转化为含氧化合物的最佳光催化剂。通过原位光照射XPS和EPR光谱探索了这种优异光催化的原因，表明Au和CuOx分别有效地充当空穴和电子受体，以协同促进电荷分离。原位EPR和NBT光降解结果所示，CuOx进一步加速O2还原以生成•OOH，同时Au助催化剂极大地促进了H2O氧化成•OH，进而促进了CH4活化并抑制了过氧化。同位素测量表明O2是生成含氧化合物的唯一氧源，而H2O作为CH4活化的促进剂。该工作拓宽了二元助催化剂在同时提高活性和调节选择性方面的设计和理解，以实现高选择性光催化甲烷转化为高附加值化学品。Binary Au-Cu Reaction Sites Decorated ZnO for Selective Methane Oxidation to C1 Oxygenates with Nearly 100% Selectivity at Room Temperature. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c09141.https://doi.org/10.1021/jacs.1c09141. 2. J. Am. Chem. Soc.：CeO2基催化剂上Au和Pt在WGS反应中有何变化？尽管二氧化铈（CeO2）被广泛应用于水煤气转换（WGS）反应，但是CeO2基催化剂中Au和Pt的活性形式是一个仍不清楚的问题。因为离子物质可能会削弱Ce-O键，从而增加氧迁移率和WGS活性。同时，Au或Pt原子与金属CeO2界面处的CeO2氧空位的紧密接触可能为有效反应提供活性位点。基于此，西班牙塞维利亚大学Miriam Gonzalez-Castaño和Tomas R. Reina（共同通讯作者）等人报道了他们使用原位X射线吸收光谱，证明了Au和Pt在WGS反应过程中都保持未被氧化状态。通过NM/CeO2/Al2O3催化剂的Operando X射线吸收数据，作者确定了金属动力学的差异以及WGS反应条件下的Au和Pt活性位点。除了可归因于在Pt催化剂上进行的H2预处理的差异之外，Pt和Au催化剂都证明了类似的还原行为以及在约2 Å处存在配位球，这对应于羟基或水基团与部分还原的CeO2表面的相互作用，表明水解吸或分裂比CeO2氧空位更有利。对于还原的Pt催化剂，Pt氧化态没有变化，表明Pt0原子是主要的WGS活性位点。关于Pt结构动力学，保持了相当恒定的颗粒尺寸，并且Pt颗粒可以在WGS气氛下外延生长。在200-250 °C时，与实现的CO转化率的重要增加相一致，Pt粒子中间层和底层的相对尺寸的变化，表明Pt原子重建为立方八面体颗粒，其中中间层由比底部更多的原子组成。关于Au动力学，当温度从25 °C升至100 °C时，Au表面原子相对于Au块体的比例显着增加，表明Au完全再分散。总的Au再分散伴随着Au-Ce和Au-O信号的增加，这意味着Au原子位于氧空位附近。考虑到水活化步骤在氧空位上进行，Au-CeO2界面是克服这一限速步骤的关键。作者证明了靠近氧空位的金属Au原子被氧原子包围。没有注意到Au催化剂的白线和吸附能转移表明Au-O接触是静电相互作用，指出AuO物种是WGS反应的主要活性相。因此，活性金物种在被氧气包围时保持未被氧化状态，结束了文献中关于氧化Au还是金属Au是活性WGS相的争论。Au and Pt Remain Unoxidized on a CeO2-Based Catalyst during the Water-Gas Shift Reaction. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c10481.https://doi.org/10.1021/jacs.1c10481. 3. Nano Energy：极化诱导内电场控制BiFeO3纳米纤维的压电光催化和铁光电化学性能开发具有极化电场的无铅铁电体铁酸铋（BiFeO3）以调节压电光催化和铁光电化学（PEC）中的电荷传输特性，是一项很有希望但也很有挑战性的工作，特别是杂质相和氧空位等缺陷导致弱极化和大BiFeO3的漏电流。基于此，东南大学徐春祥教授和暨南大学游道通助理研究员（共同通讯作者）等人报道了一种简便的静电纺丝策略，通过A-位点Pr离子和B-位点Mn离子共掺杂来改性铁酸铋（BiFeO3）纳米纤维（BiPrFeMnO3）。通过上述方式，氧空位的浓度和Fe3+到Fe2+的化合价被显着抑制，并获得了菱形（R）到四方（T）相的晶型相界（MPB），从而导致更好的铁电性能和更低的漏电流。因此，BiPrFeMnO3纳米纤维能够通过磁力搅拌（压电效应）和光照射（光催化效应）产生较大的压电电位，从而产生优异的压电光催化性能。通过实验测试发现，BiPrFeMnO3纳米纤维对罗丹明B的降解率为0.1352 min-1，分别比BiFeO3、BiPrFeO3和BiFeMnO3高为8.29、4.3和4.2倍。此外，在BiPrFeMnO3中观察到通过控制极化状态优化PEC性能。在模拟太阳光照射下，通过在+4和-4 V之间调整极化电压，可以有效地将光电流调整16倍以上（0 V vs Ag/AgCl时为8.2-131.2 μA·cm-2）。同时，起始电位从-0.16到-0.18 V，有利于PEC反应。该工作清楚地了解了铁电极化和太阳能转换的作用，并提供了一种开发高效压电/铁电纳米材料的方法。Polarization-induced Internal Electric Field to Manipulate Piezo-photocatalytic and Ferro-photoelectrochemical Performance in Bismuth Ferrite Nanofibers. Nano Energy, 2021, DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106852.https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106852. 4. Appl. Catal. B Environ.：N/O自掺杂生物质多孔碳阴极催化剂与CuFeO2/生物炭颗粒催化剂耦合用于非均相可见光驱动光-电-Fenton降解四环素四环素是一种广受欢迎的广谱抗菌药物，在治疗药物和畜牧业中广泛应用，导致大量含四环素的废水进入水环境，而残留四环素可以诱导生态系统中产生耐药菌和耐药基因。四环素具有结构稳定的其芳香环，在自然条件下难以降解，因此开发有效降解四环素的方法十分重要。基于此，中国海洋大学高孟春教授（通讯作者）等人报道了一种使用氮/氧（N/O）生物质自掺杂多孔碳（NO/PC）阴极催化剂耦合CuFeO2/生物炭颗粒催化剂，构建了非均相可见光驱动光-电-Fenton（H-VL-PEF）系统以降解四环素。在本文中，作者评估了H-VL-PEF系统使用具有NO/PC催化剂的GDE阴极（NO/PC-GDE）和CuFeO2/生物炭颗粒催化剂降解四环素的潜力。通过水热法合成了CuFeO2/生物炭，没有额外的还原剂。NO/PC是以紫花苜蓿为碳前驱体，通过热解法制备且不使用化学试剂（如氮源、强氧化剂或浓酸）。通过各种分析方法系统地研究了CuFeO2/生物炭、NO/PC和NO/PC-GDE的表征。在H-VL-PEF系统中研究了影响四环素降解的关键参数，包括CuFeO2/生物炭负载、电流密度、初始pH值和无机阴离子。由于NO/PC具有85.3%的H2O2选择性，以NO/PC为阴极催化剂的气体扩散电极（NO/PC-GDE）表现出良好的H2O2发电性能和稳定性。CuFeO2/生物炭通过静电感应和光激发产生的电子促进了≡Fe3+/≡Fe2+和≡Cu2+/≡Cu+氧化还原循环，有利于HO•/O2•-的形成和四环素的降解。CuFeO2/生物炭催化剂和可见光的引入可以降低能耗，促进四环素矿化。根据HPLC/MS鉴定的中间体推测了四环素的降解途径。大肠杆菌生长抑制实验和毒性预测分析表明，由于H-VL-PEF系统的催化降解，四环素的综合毒性得到缓解。此外，作者进行了10次循环实验以评估H-VL-PEF系统对四环素降解的稳定性。Coupling nitrogen/oxygen self-doped biomass porous carbon cathode catalyst with CuFeO2/biochar particle catalyst for the heterogeneous visible-light driven photo-electro-Fenton degradation of tetracycline. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.121024.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.121024. 5. Appl. Catal. B Environ.：Cu2O纳米花/石墨烯支架结构催化剂层增强CO2电化学还原“净零”目标法案推动了碳捕获和利用技术的发展，包括直接碳捕获、增强风化、光化学CO2转换和电化学还原。其中，二氧化碳（CO2）的电化学转换引起了越来越多的研究关注。电化学CO2还原反应（eCO2RR）是一个可控的过程，通过改变催化剂结构、电解质pH值等可得到不同的产物，但是需要一种高性能、稳定的催化剂。已报道催化剂通常存在催化活性低、选择性差、反应体系耐久性差等问题。基于此，英国诺森比亚大学Terence Xiaoteng Liu和牛津大学Lei Xing（共同通讯作者）等人报道了一种利用改进的多元醇法，并且合成了具有精确控制花蕾形状的纳米Cu2O催化剂。在本文中，作者合成了一系列具有精确的花蕾开放度的Cu2O/石墨烯（CG）纳米花复合催化剂。对于每种催化剂，随着合成温度从70 ℃升高到90 ℃，每升高5 ℃就会增加开孔度。催化剂被打印在GDE上作为阴极催化剂层，并组装在3D打印电池中以研究诱导传质的影响。完全绽放的纳米花与CG片形成支架结构，并组装一个这样的结构作为CG电极。当催化剂应用于气体扩散电极时，形状的演变改善了影响催化剂层的关键因素，例如体积孔隙度和三相边界接触面积。数值和实验研究表明，由于结构变化，反应物摩尔浓度增加，CO2传质改善，从而影响了电化学CO2还原反应（eCO2RR）。完全开花的Cu2O纳米花催化剂与二维（2D）结构石墨烯片结合，形成具有支架结构的催化剂层，在-1.0 V vs. RHE外加电位的1 M KOH中，该催化剂层对CO的法拉第效率（FE）最高为93.20%。这些发现建立了催化层与传质之间的关系，在此基础上可以描述催化层结构设计对eCO2RR性能的影响。Cu2O Nano-flowers/Graphene Enabled Scaffolding Structure Catalyst Layer for Enhanced CO2 Electrochemical Reduction. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.121022.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.121022. 6. Appl. Catal. B Environ.：等离子体处理调节Cu(I)氧化物表面氧物种将硝酸盐有效还原为氨电化学硝酸盐还原（NO3-RR）合成氨被认为是实现人工氮循环的一种很有前途的策略，因此研究人员一直致力于提高NO3-RR电催化剂的效率和选择性。基于此，华南理工大学陈燕教授（通讯作者）等人报道了一种一步式室温氩（Ar）等离子体策略来调节Cu2O电催化剂的表面氧物质，以显着增强NO3-RR性能。通过结合X射线光电子能谱（XPS）和基于同步加速器的X射线吸收光谱（XAS）结果的表明，等离子体处理后在Cu2O表面形成了丰富的氧空位和表面羟基。由于表面氧种类的这种变化，Ar等离子体处理的Cu2O纳米颗粒在法拉第效率（FE）和NO3-RR转化率方面表现出显着改善。正如原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFT）和密度泛函理论（DFT）计算所揭示的那样，NO3-RR活性的这种增强归因于促进硝酸盐吸附和质子转移。通过实验测试发现，经过40 min的等离子体处理后的Cu2O表现出最佳的NO3-RR活性，氨（NH3）的选择性和法拉第效率（FE）分别达到85.7%和89.54%。15N同位素标记实验证实氨产物完全来自硝酸盐电还原。表面分析、电化学测量、原位DRIFT和DFT计算结果的结合表明，Ar等离子体有效地调整了表面氧物种，促进了硝酸盐的吸附和质子转移过程，导致NO3-RR的活性增强。该研究提供了对表面氧物种在确定硝酸盐还原反应活性中的作用的重要见解。这项工作中的方法可以很容易地调整以调整其他电催化剂的活性，其中氧物种参与表面反应。Regulating Surface Oxygen Species on Copper(I) Oxides via Plasma Treatment for Effective Reduction of Nitrate to Ammonia. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.121021.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.121021. 7. Appl. Catal. B Environ.：极性键诱导的强Pd载体电子相互作用显著提高ORR活性和稳定性强金属-载体相互作用（SMSI）效应对于提高金属催化剂的活性和耐久性十分具有吸引力。钯（Pd）比铂（Pt）具有更大的保留（2-3倍）、类似的电子结构和化学性质，被认为是大量重要化学反应的潜在催化剂。以氧还原反应（ORR）为例，Pd的电化学性能仍然勉强与Pt催化剂相当，因为（1）Pd表面由于其较高d-带中心；（2）Pd基催化剂在燃料电池恶劣的运行条件下比Pt基催化剂具有更大的电化学溶解度。因此，Pd基催化剂的催化稳定性和活性不足会导致长期燃料电池条件下ORR性能下降。基于此，河北工业大学李兰兰副研究员（通讯作者）等人报道了载体中的强极性键可以显着提高Pd纳米颗粒（NPs）的电催化氧还原活性和耐久性。作者通过简单的两步方法将O-B键引入不同浓度的多孔氮化硼（p-BN），以获得氧掺杂的多孔氮化硼（p-BNO）载体。与具有共价C=C键的C载体和具有极性共价N-B键的h-BN载体（电负性：B=2.04，N=3.04）相比，具有强极性O-B键（电负性：B=2.04，O=3.44）的p-BNO载体负载的Pd NPs（~4.4nm）具有优异的ORR性能。正如预期的那样，O-B位点既可以作为锚定Pd NPs的活性位点，也可以作为激活Pd催化剂的丰富表面供体，从而促进ORR过程。得益于O-B到Pd NPs的定向电子转移，新开发的Pd/p-BNO催化剂在碱性和酸性介质中表现出比市售Pd/C（Com.Pt/C）更好的ORR催化活性。优化后的Pd/p-BNO在0.90 V （vs.RHE）下的质量比活性和表面比活性比商业Pt/C催化剂高出近1.9倍和2.2倍。同时，极性键引起的强键合效应有效地提高了Pd/p-BNO的稳定性。该工作证明了极性化学键在载体诱导SMSI效应方面的重要作用，可能为设计优异的多相催化剂开辟新的机会。Polar bonds induced strong Pd-support electronic interaction drives remarkably enhanced oxygen reduction activity and stability. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.121020.https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.121020. 8. ACS Catal.：Ni-Cu基催化剂上甲醇蒸气重整制氢机理研究甲醇蒸气重整（MSR）使用的Ni-Cu催化剂具有成本低和对CO2和H2选择性高的优点，使其成为甲醇制氢的理想催化剂。此外，双金属Ni-Cu合金阻止了不良甲烷、CO和焦炭的产生。基于此，葡萄牙波尔图大学José L. C. Fajín（通讯作者）等人报道了通过密度泛函理论（DFT）计算研究了Ni-Cu表面的全MSR机理，进一步解释了它们对该反应的高活性和高选择性。通过研究其所有可能的反应路线，特别是在水煤气转换（WGS）反应之后实现甲醇分解和导致从甲醇直接形成CO2的路线，进一步了解Ni-Cu催化剂上的MSR机制。作者还考虑了导致甲烷和焦炭形成的途径，以找出Ni-Cu催化剂限制其形成的原因。提出的密度泛函理论（DFT）计算等理论方法用于研究各种催化表面上的不同SR路线，即 Ru(0001)、PdZn(111)、ZnCu(111)、Co(0001)和Co(111)、Cu(111)或其他TM(111)和TM(100)表面，其中TM=Ag、Au、Cu、Pt、Pd、Ir、Rh和Ni。DFT计算也已用于相反过程的研究，即CO或CO2加氢生成甲醇，显示了Ni-Cu催化剂催化此类反应的潜力。此外，MSR在Ni-Cu表面的演变主要是通过催化表面上的甲醇分解，然后是WGS反应，该反应将甲醇分解获得的CO转化为CO2和额外的H2。甲醇直接生成CO2应是催化剂中存在梳状表面的少数途径。最重要的是，Ni-Cu合金抑制了甲烷和焦炭的形成，而CO物种的高解吸屏障避免了其产生。总之，本研究收集的信息以及对这些表面上MSR反应机理的深入了解将有助于未来设计改进的Ni-Cu合金基甲醇制氢催化剂。Insights into the Mechanism of Methanol Steam Reforming for Hydrogen Production over Ni-Cu-Based Catalysts. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c03997.https://doi.org/10.1021/acscatal.1c03997.