化学催化类的期刊（催化周报ScienceNat.）

1. 华东师范大学吴鹏教授Angew. Chem. Int. Ed.：纳米片MOR分子筛高选择性甲醇制烯烃（MTO）
晶体生长的精确控制赋予了分子筛特殊的质构和催化性能。作者使用精心设计的两亲表面活性剂作为双功能结构导向剂（SDA），制备了厚度约11 nm的纳米片型丝光沸石，简称为MOR-NS。结构导向剂的苄基二季铵阳离子诱导MOR拓扑的形成，长而疏水的十六烷基阻止了晶体沿b轴生长。这种定向结晶是通过二氧化硅物种与SDA分子之间的无机-有机相互作用而发生的。与传统的大块MOR相比，MOR纳米片具有高度暴露的（010）面和8元环（MR）窗口，在甲醇制烯烃的反应中具有更高的乙烯选择性（42.1％）。此外，MOR-NS还具有等级结构和较大的外比表面积，使其在催化诸如苯甲醚与苄醇等大分子烷基化反应中更有前景。

标题：High ethylene selectivity in methanol‐to‐olefin (MTO) reaction over MOR nanosheets

原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000269

2. 美国太平洋西北国家实验室R.Morris Bullock教授J. Am. Chem. Soc.：通过修饰氢原子提取剂将催化C-N键形成转移至NH3的催化氧化
作者报告了(TMP)Ru(NH3)2（TMP =四甲叉基卟啉）是一种将氨气氧化为氮气的分子催化剂。芳氧基自由基（三叔丁基苯氧基ArO•）从(TMP)Ru(NH3)2键合的氨配体中夺取H原子，催化C-N耦合至芳基对位，形成4-氨基-2,4,6-三叔丁基环己基-2,5-二烯基-1-酮。芳氧基经修饰在对位含有一个三苯甲基，即2,6-二叔丁基-4-三苯甲基苯氧基自由基，阻止了C-N偶合，并将反应路径改变为NH3催化氧化制N2。在22 oC下，NH3的氧化反应中转化频率达到125（±5），这是迄今为止报道的最高值。

标题：Diversion of Catalytic C-N Bond Formation to Catalytic Oxidation of NH3 Through Modification of the Hydrogen Atom Abstractor

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b13706

3. 德国亚琛工业大学ReginaPalkovits教授Nat. Commun.：钴基钙钛矿型氧化物中的电子参数作为化学催化反应的描述因子
钙钛矿型过渡金属（TM）氧化物是氧化和分解反应中的有效催化剂。然而，人们对组成的变化对功效的影响尚不十分了解。本研究通过原位X射线吸收光谱法（XAS）对B位取代的LaCoO3衍生物的电子特性进行分析，建立了电子参数与反应速率的关系。在超高真空下，共价的O2p-TM 3d相互作用线性描述了NO氧化和CO氧化反应速率，以及在O2存在下N2O分解速率。共价关键性地决定了反应的动力学相关步骤中催化活性位点与表面物质相互作用的能力。动力学相关步骤和所涉及的表面物种的性质导致XAS测量条件对关联有效性有巨大影响。

标题：Electronic parameters in cobalt-based perovskite-type oxides asdescriptors for chemocatalytic reactions

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14305-0

4. 深圳大学何传新教授Nat. Commun.：单原子镍修饰碳膜电还原二氧化碳
二氧化碳的电还原为一氧化碳的来源提供了有用途径，但是在目前的工业水平下，有效的催化剂相对较少。本文中，作者构建了一种高产、灵活、自支撑的单原子镍修饰多孔碳膜催化剂。该膜具有相互连接的纳米纤维和等级孔，提供了参与二氧化碳还原的大量单原子镍。此外，该膜的优异机械强度和均匀分布的镍原子，将气体扩散层和催化剂层结合为一体。这种集成的膜可以直接用作气体扩散电极，以建立一个极其稳定的三相界面，实现高性能的二氧化碳电还原产生一氧化碳。在最高120 h内，分流密度为308.4 mA cm-2，法拉第效率为88％。这项工作能够为潜在的工业规模的二氧化碳电催化剂的设计和应用提供指导。

标题：Carbon dioxide electroreduction on single-atom nickel decoratedcarbon membranes with industry compatible current densities

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14402-0

5. 中国科学院大连化物所乔波涛研究员Nat. Commun.：Au-SiO2界面O2活化
在过去的几十年中，负载型金（Au）纳米催化剂因对许多关键化学反应的独特催化性能而引起了广泛的关注。由于只有小的Au纳米颗粒（NPs）才能有效地活化O2，所以O2在Au纳米催化剂上的活化至关重要，并且仍然是一个挑战。而在反应过程中金纳米颗粒不可避免地会烧结成较大的Au簇，这严重限制了它们的实际应用。在这篇文章中，作者通过将薄的SiO2层沉积到Au / TiO2上，并在高温下煅烧来构建Au-SiO2界面，证明该界面不仅具有很高的抗烧结性，而且对活化O2具有极高的活性。这项工作提供了对Au纳米催化剂新的见解，并为设计和开发具有出色热稳定性的高活性负载型Au催化剂铺平了道路。

标题：Boosting the catalysis of gold by O2 activation at Au-SiO2 interface

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-14241-8

6. 北京科技大学张跃院士与康卓副教授J. Am. Chem. Soc.：单原子空位缺陷引发MoS2高效析氢
缺陷工程已广泛应用于过渡金属硫化物（TMD）中，以实现电、光、磁和催化调节。空位被认为是一种极其微妙的缺陷，在一般的催化调节中被认为是有效且灵活的。但是，空位状态以及浓度对催化的影响仍然不明确。因此，通过高通量计算，在一系列用于析氢反应（HER）的MoS2模型中得出了浓度和分布方面硫空位的最佳状态。为了实现这一点，作者采用一种简便而温和的H2O2化学刻蚀策略，以将均匀分布的单个S空位引入MoS2纳米片表面。通过系统地调节蚀刻持续时间、蚀刻温度和蚀刻溶液浓度，可以实现对S空位状态的系统调节。优化后，HER性能在10 mA cm-2处达到48 mV dec-1的Tafel斜率和131 mV的过电势，表明单个S空位比团聚S空位更好。这归因于更有效的表面电子结构工程以及增强的电传输性能。在某种程度上弥合了理论上的精确设计与实验中的实际调节之间的距离，所提出的策略将缺陷工程扩展到了更复杂的水平，以进一步释放增强催化性能的潜力。

标题：Single-atom vacancy defect to trigger high-efficiency hydrogen evolution of MoS2

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12113

7. 美国路易斯安那州立大学George G. Stanley 教授 Science：高活性阳离子钴（II）氢甲酰化催化剂
钴配合物HCo(CO)4和HCo(CO)3(PR3)是用于与氢和一氧化碳反应生成醛的烯烃加氢甲酰化反应的原始工业催化剂。近年昂贵的铑膦催化剂具有高出其数百倍的活性，并且能在相当低的压力下工作。本文报道的阳离子钴（I I）氢膦羰基催化剂远高于传统的中性钴（I）催化剂，且活性接近铑催化剂。这些催化剂对简单的线性烯烃具有低的线性－支链（L:B）区域选择性。但由于较高的烯烃异构化活性和双膦配体增加的空间位阻效应，该催化剂对具有烷基支链的内烯烃具有较高的L:B选择性。这些催化剂具有很长的使用寿命和较强的抗降解性。

标题：Structuresof the cobalt catalyst precursors and biphenphos ligand in this study

原文链接：

https://science.sciencemag.org/content/367/6477/542

8. 德国柏林工业大学Arne Thomas教授 Adv. Mater: 钴交换聚（庚嗪酰亚胺）作为过渡金属-Nx电催化剂用于析氧反应
以钴离子为抵消作用的聚（庚嗪酰亚胺）是一种很有前景的析氧反应电催化剂。本研究开发了一种简便的混合盐熔融辅助缩合法制备钴聚（庚嗪酰亚胺）（PHI-Co）。该方法能以可控的量引入Co离子，并且Co离子能分散在在酰亚胺连接的庚嗪基质中。当应用于电催化OER时，PHI-Co展示出优异的活性，过电位为324 mV，Tafel斜率为44mV dec-1/1MKOH。

标题：Cobalt‐Exchanged Poly(Heptazine Imides) as Transition Metal–Nx Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201903942

9. 德累斯顿理工大学杜然、Alexander Eychmüller 团队Matter: 扰动促进非常规快速制备的自修复贵金属凝胶作为光催化剂
贵金属气凝胶（NMAs）作为一类新型多孔材料，在多个领域都显示出了前所未有的潜力。然而，由于NMAs的制备方法耗时长且成本使其通用性受限，同时由于形成机理尚不明确，阻碍了NMAs的发展。本文通过揭示贵金属凝胶的自愈行为，并将其应用于扰动环境下的凝胶化过程中，引入外力场，提出了一种非常规的概念性新策略，即扰动促进凝胶化方法。它克服了凝胶过程中的扩散限制，能在室温1-10分钟内生成整体凝胶，比大多数报道的方法快2-4个数量级。此外，利用该方法还获得了多功能NMAs，并首次结合催化和光学性质证明了其优越的（光）电催化性能。

标题：Disturbance-Promoted Unconventional and Rapid Fabrication of Self-Healable Noble Metal Gels for (Photo-)Electrocatalysis

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590238520300023

10. 美国佐治亚理工学院邓渝林教授Energ. Environ. Sci.：用于高效电化学还原生物酚制备碳氢燃料的超强酸-贵金属粒子双催化体系
电催化加氢（ECH）为在温和条件下的含氧生物油进行升级提供了一条“绿色”途径，但仍存在低工作电流密度（<60 mA cm 2）和低法拉第效率（通常为20-60%）的问题，严重阻碍了其实际应用。本文提出了一种双催化剂电化学路线，在模型生物油化合物的氢化过程中实现了极高的法拉第效率（许多化学品的效率大于99%）和高的工作电流密度（高达800 mA cm-2）。并且在水电解中实现了对烷烃的高效脱氧，这在传统的ECH中通常难以实现。双催化剂体系由悬浮贵金属催化剂和可溶性多金属氧酸盐（POM）组成。理论计算表明，POM具有超强酸的作用，将通常的加氢路线转为碳离子机制，从而实现了含氧化合物的有效电解脱氧。由于没有电流流过催化剂，甚至可以采用非导电催化剂，大大提高其现实应用的可能性。

标题：Schematic illustration and DFT calculations of the supposed proton assisted reaction mechanism.

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ee/c9ee02783a#!divAbstract

11. 北京药理毒理研究所孟庆斌和天津南开大学李欣团队Nat. Commun.：通过有机光催化进行的杂环直接C-H二氟甲基化

现代医学的发现依赖于持续发展的合成方法，以满足药物分子设计的相关需求。含二氟甲基的杂环化合物作为一类新型有机氟分子目前研究关注度较少，其在医药、农业和材料科学中具有一定的应用潜能。本文开发了一种利用O2作为绿色氧化剂，有机光催化杂环直接二氟甲基化的方法。C-H氧化二氟甲基化消除了对底物、金属和添加剂的预官能化的需求。该方法的简单操作提升了许多二氟甲基化杂环化合物的合成效率，且产率可达中等至优异范畴。药物分子的直接二氟甲基化在药物开发后期显示出实用性。此外，2′-脱氧-5-二氟甲基尿苷（F2TDR）对某些肿瘤细胞株具有良好的抗肿瘤活性，表明该方法可为药物的开发提供助力。

标题：Direct C–H difluoromethylation of heterocycles via organic photoredox catalysis
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14494-8

12. TakeshiFujita教授、HidekiAbe教授和Masahiro Miyauchi教授Nat. Catal.：超越热反应体系限制完成天然气光催化的艰难转化
甲烷的干法重整是将天然气原料催化转化为合成气（CH4   CO2 → 2H2   2CO）来开采天然气原料的关键反应之一，可用于生产可运输的液体燃料。然而，该反应存在热力学转换限制和较高的热能要求。本文报道了SrTiO3负载的铑催化剂（Rh/STO）在紫外光照射下，在低温不加热的条件下可以有效地促进了甲烷的重整反应，这是常规热催化所不能实现的。光激发空穴和电子分别用于STO上的CH4氧化和铑上的CO2还原。同位素分析表明，晶格氧（O2-）充当媒介，推动甲烷的干法重整。材料Rh / STO的设计原则上可以扩展到利用光子能量从不同碳资源获得有价值产品的各种困难反应中。

标题：Photocatalytic uphill conversion of natural gas beyond the limitation of thermal reaction systems

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-019-0419-z

13. 中国科技大学Angew. Chem. Int. Ed.：在模拟的自然环境下光催化废塑料生成C2燃料
塑料自然降解需要250-500年，而化学降解通常需要更多的能量或造成二次污染。在这里，研究者首先通过设计的光诱导顺序C-C裂解和偶联途径，在模拟的自然环境下，将各种废塑料高选择性地转化为C2燃料，其中包括真实的一次性袋子、一次性食品容器、食品包装膜及其主要成分为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的塑料，它们可以在不使用牺牲剂的情况下被光催化成CH3COOH。例如，聚乙烯可以在40小时内被单细胞厚度的Nb2O5层100％光降解为唯一的CO2，而产生的CO2可以进一步选择性地光还原为CH3COOH。原位电子顺磁共振光谱、同步辐射真空紫外光电离质谱图、H218O和18O2同位素标记实验显示，O2和‧OH自由基引发聚乙烯的氧化C-C裂解形成CO2，而原位傅里叶红外光谱、D2O和13CO2同位素标记实验揭示了CH3COOH是通过‧COOH中间产物的C-C耦合从CO2光还原产生的。这项工作首先建立了塑料与燃料之间潜在的两步C-C裂解和耦合机制，这可能为同时解决白色污染危机和在自然环境下收获高价值的多碳燃料开辟新的途径。

标题：Photocatalyzing Waste Plastics into C2 Fuels under Simulated Natural Environments
原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201915766

14. 广州大学Angew. Chem. Int.Ed.：电化学诱导的Zn-Ni-Co尖晶石氧化物的表面重整以增强氧气的电催化作用
综合研究OER与ORR之间功能的协同作用，对设计高活性、耐用的双功能氧催化剂具有重要意义。在这里，作者重点研究了尖晶石型氧化物（ZnXNi1-XCo2O4）中的氧化还原惰性Zn2 ，以协同优化物理孔结构并促进催化剂表面活性物种的形成。在析氧条件下，实验和理论上都证实了Zn2 偏析的存在，新形成的VZn-O-Co允许活性中心Co和含氧物种之间进行更合适的结合相互作用，从而获得优异的ORR性能。此外，采用结构优化的Zn0.4Ni0.6Co2O4纳米颗粒负载于N掺杂碳纳米管（ZNCO/NCNTs）作为高效的空气阴极，制备了液流式锌-空气电池，其具有显著的功率密度（109.1 mW cm-2）、高的开路电位（1.48 V vs. Zn）、卓越的耐用性和高倍率性能。这一发现可以阐明在OER试验后实验观察到的ZnXNi1-XCo2O4氧化物的ORR活性增强。基于锌空位的新型催化剂活化策略的原子水平上的研究可用于开发双功能含锌尖晶石电催化剂。

标题：Surface Reorganization on Electrochemically‐Induced Zn‐Ni‐Co Spinel Oxides for Enhanced Oxygen Electrocatalysis
原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000690

15. 南方科技大学J. Am. Chem. Soc.：电化学势窗法构建高负载单原子/团簇催化剂
单原子催化剂（SACs）和单团簇催化剂（SCCs）是非均相催化领域的新前沿，具有高活性、高选择性、高稳定性、高原子效率和高可调谐性等特点。然而，由于缺乏有效的方法来制备高负载、高纯度的SACs和SCCs，阻碍了它们的工业应用。在这项工作中，作者提出了一个通用有效的策略，生产高负载和高纯度的SACs和SCCs来锚定在合适的基板上。该策略依赖于预测的电化学电势窗口的存在，在该窗口内，基板上目标金属的任何聚集形式都会被电化学氧化浸出，而牢固结合的单原子或单团簇保留在基板上。作者通过对锚定在N掺杂石墨烯和Fe2O3上的Pt、Pd和Ni SACs以及锚定在石墨烯上的Pt3和Ni3SCCs的产生进行建模，证明了该策略的适用性。

标题：Constructing High-Loading Single-Atom/Cluster Catalysts via an Electrochemical Potential Window Strategy
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06808

16. 多伦多大学Edward H. Sargent教授J. Am. Chem. Soc.：通过调节局部二氧化碳利用率实现高效甲烷电合成
二氧化碳（CO2RR）电还原为有价值的化学品是一个有前途的途径，以存储间歇性可再生电力。利用可再生电力作为能源输入，通过CO2RR获得的可再生甲烷具有作为碳中性燃料或化学原料的潜力，鉴于其储存、分配和利用的基础设施完善，它特别令人感兴趣。然而，在商业相关电流密度（>100 mA cm-2）下，CO2RR对甲烷的选择性仍然很低。密度泛函理论计算表明，降低铜表面上*CO2的覆盖率会降低*CO中间体的覆盖率，与竞争步骤C–C耦合相比，这有利于*CO质子化为*CHO（甲烷生成的关键中间体）。因此，作者采用一种实验策略，通过调节气流中的CO2浓度来控制Cu催化剂上的局部CO2利用率，并通过电流密度调节反应速率。结果表明，在局部电流密度为（108±5）mA cm-2和甲烷阴极能效为20%的情况下，甲烷法拉第效率（FE）达到了（48±2）%。作者发现可以22个小时稳定的电合成甲烷。这些发现为生产具有高FE和高CO2RR转化率的甲烷，以及直接利用稀CO2原料提供了途径。

标题：Efficient methane electrosynthesis enabled by tuninglocal CO2 availability
原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b12445

17. 南洋理工大学Adv. Mater. ：含有自旋极化通道的反铁磁反尖晶石氧化物LiCoVO4用于水氧化
探索高效的析氧反应催化剂是电解水的关键。具有合适活性的低成本过渡金属氧化物引起了人们的关注。最近，人们认为OER反应物和产物的不同自旋构型被认为是导致反应动力学缓慢的原因。具有磁极化通道的催化剂可以选择性地去除具有相反磁矩的电子，并在OER期间保持整体自旋，从而促进三重态氧分子的产生。在本文中，发现反铁磁反尖晶石氧化物LiCoVO4包含d7 Co2 离子，这些离子可以在活跃的八面体位点下稳定，具有高自旋态S = 3/2 (t2g5eg2)。在高自旋结构下，每个Co2 离子具有3µB的理想磁矩，使得尖晶石中边缘共享的Co2 八面体被磁化。密度泛函理论模拟结果表明，所研究的层状反铁磁LiCoVO4包含磁极化通道。在自旋传输通道中每个过渡金属原子的平均磁矩（(µave）约为2.66 µB。这种通道能够增强OER过程中对反应物中自旋取向电子的选择性去除，从而有助于为三重态氧分子的产生积累适当的磁矩。此外，已报道的LiCoVO4被认为是具有优异OER活性的氧化物催化剂。

标题：Antiferromagnetic Inverse Spinel Oxide LiCoVO4 with Spin‐Polarized Channels for Water Oxidation
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907976

18. 天津大学、南开大学、阿德莱德大学Adv.Mater. ：尖晶石型钴钒氧化物Co2VO4的合理设计可实现优异的电催化性能
电化学能源装置，如燃料电池和金属-空气电池，将化学能直接转化为电能，而不会对环境造成不利影响。在这些可再生能源技术中使用地球丰富的过渡金属氧化物替代昂贵的贵金属吸引了人们的目光。然而，它们往往受到催化和导电能力的限制。本文报道了一种尖晶石氧化物Co2VO4，它通过将金属钒原子链与电活性钴阳离子结合而实现优异的氧还原反应（ORR），这是燃料电池、金属空气电池等的关键工艺。实验和模拟的电子能量损失谱分析揭示了八面体上的Co2 阳离子取一个eg电子的低自旋态(621)，能量学上有利于ORR。实际电导率的测量证实，与基准钴氧化物相比，Co2VO4具有几个数量级的增加。结果表明，以新型尖晶石型钴钒氧化物为ORR催化剂的锌-空气电池具有优良的性能，并具有380mW cm−2的高放电峰值功率密度。至关重要的是，它优于最新的基于Pt/ C的设备，并且在由金属，金属氧化物和碳催化剂组装而成的锌空气电池中最为出色。这些发现为高活性和导电性氧化物材料提供了一种新的设计策略，该材料可用于多种电催化应用，包括ORR、析氧和析氢反应。

标题：Rational Design of Spinel Cobalt Vanadate Oxide Co2VO4 for Superior Electrocatalysis
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907168

19. 吉林大学Adv. Mater. ：具有多级纳米孔结构的柔性Co-Mo-N /Au电极作为析氧反应的高效电催化剂
设计高活性、高稳定性的析氧反应电催化剂是许多可再生能源储能和转化装置的关键。在此基础上，本文报道了由垂直排列在3D上的双金属钴-氮化钼纳米片和双连续纳米多孔金（NP Au/CoMoNx）构成的自支撑整体式混合电极是高效的电催化剂，可促进碱性介质中水氧化反应的缓慢反应动力学。由于组成的CoMoNx纳米片具有大而可用的CoMoOx表面和显著增强的电催化活性，并且纳米多孔Au骨架有助于电子转移和质子传输，NP-Au/CoMoNx电极在1 M KOH中表现出优异的电催化性能，具有低起始过电位（166 mV）和Tafel斜率（46 mV dec-1）。它仅需370 mV的低过电位即可达到1156 mA cm−2的超高电流密度，比只有CoMoNx纳米片高约140倍。电催化性能使其成为电解水中的OER催化剂有力的候选者。

标题：Flexible Co–Mo–N/Au Electrodes with a Hierarchical Nanoporous Architecture as Highly Efficient Electrocatalysts for Oxygen Evolution Reaction
原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201907214

20. Harold H. Kung教授Sci. Adv.：非接触催化：Au团簇促进环辛烯环氧化引发乙苯选择性氧化
传统上，催化剂通过与反应物直接相互作用而起作用。在新的非接触式催化系统（NCCS）中，由一个催化反应产生的中间体充当中介以使独立反应得以进行。一个例子是乙苯的选择性氧化，这在单独的增溶的Au纳米团簇或环辛烯的存在下不会发生，但在同时存在时容易进行。Au引发的环辛烯选择性环氧化产生环辛烯过氧自由基和氧自由基，它们是引发乙苯氧化的中介。该组合体系有效地扩展了Au的催化作用。反应机理得到了反应动力学和自旋捕获实验的支持。 NCCS使平行反应的进行不受化学计量关系的限制，为工业碳氢化合物共氧化过程提供了新的思路。

标题：Noncontact catalysis: Initiation of selective ethylbenzene oxidation by Au cluster-facilitated cyclooctene epoxidation
原文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/5/eaax6637

21. 美国犹他大学Shelley D. Minteer教授Nat. Catal.综述：生物电催化技术在化工、燃料和材料等领域的研究进展与展望
生物电催化是一种绿色、可持续、高效的方法，可用于生产增值化学品、清洁生物燃料和可降解材料。作为现代生物制造技术的替代方法，生物电催化充分结合了生物催化和电催化的优点，实现了用电绿色高效地生产目标产品。在此，本文回顾了生物电催化的发展现状，讨论了当前面临的挑战，并展望了未来的发展方向。首先，详细介绍了生物电催化剂的结构、功能和改性方法。接下来，描述了电子转移的机理，包括介导电子转移和直接电子转移。第三，本文讨论了电极对生物电催化的影响。然后分析总结了生物电催化技术在化工、生物燃料、材料等领域的应用。最后，详细介绍了生物电催化合成技术的发展和前景。

标题：The progress and outlook of bioelectrocatalysis for the productionof chemicals, fuels and materials

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41929-019-0408-2

22. 苏州大学路建美教授Angew. Chem. Int. Ed.：构建多级空心Co9S8/ZnIn2S4管状异质结构用于高效太阳能转换和环境修复
合理构建异质结和光催化剂结构设计是提高光催化活性的有效途径。在此，通过在一维空心Co9S8纳米管上生长二维ZnIn2S4纳米片，制备了可见光响应的Co9S8/ZnIn2S4管状异质结构。这种合理的设计将两种光响应型硫化物半导体结合在一起，形成多级空心管状的稳定异质结构，提高了可见光吸收，产生了较大的表面积，充分地暴露了催化活性位点，有效地促进了光生电荷的分离和迁移。制备的多级Co9S8/ZnIn2S4纳米管具有良好的光催化析H2和Cr(VI)还原效率。在可见光照射下，优化的Co9S8/ZnIn2S4异质结构在不使用任何助催化剂（金属络合物、贵金属等）的条件下，表现出9039 μmol h-1 g-1的显著产H2速率，以及在45 min内完全还原Cr(VI)。在多次光催化循环后，Co9S8/ZnIn2S4异质结构也表现出长期的稳定性。最后，提出并分析了Co9S8/ZnIn2S4异质结构的光生电荷转移和催化机理。

标题：Construction of Hierarchical Hollow Co9S8/ZnIn2S4 Tubular Heterostructures for Highly Efficient Solar Energy Conversion and Environmental Remediation
原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000503

23. 中科院大连化物所李灿院士团队Angew. Chem. Int. Ed.：定义良好的BiOBr纳米片在光催化水分解中的内在晶面依赖性反应
高度暴露于不同晶面的光催化剂的表面原子排列和配位对其光反应活性有显著影响。然而，对于异相光催化剂中特定晶面的真实光反应活性仍存在争议。在此，本文举例说明了定义良好的BiOBr纳米片，它们分别具有(001)和(010)晶面，以追踪晶面在光催化水分解中的反应活性。无论是产氢反应还是产氧反应，BiOBr-(001)的实际光反应活性均明显高于BiOBr-(010)。进一步的原位光化学探测研究证实，不同的反应活性不仅是由高度暴露的晶面决定的，而且主要由共暴露晶面决定的，这使得顶面和侧面晶面之间的光生电荷的空间分离得以有效进行。这种空间电荷分离使得还原反应和氧化反应分别发生在主导晶面和共暴露面，并且具有不同的反应速率，从而决定了真正的光反应活性。

标题：Intrinsic Facet-dependent Reactivity of Well-defined BiOBr Nanosheets on Photocatalytic Water Splitting
原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201916510

24. 南京师范大学兰亚乾教授Angew. Chem. Int. Ed.：半导体共价有机框架Z型异质结用于人工光合成
在此，本文开发了一种通用的策略，将晶体共价有机框架（COFs）与半导体共价连接，创建了稳定的有机-无机Z型异质结用于人工光合成。结合了水氧化半导体（TiO2，Bi2WO6和α-Fe2O3）与CO2还原COF（COF-316/318）合成了一系列的COF-半导体Z型光催化剂，在气-固CO2还原中以水为电子供体，没有额外的光敏剂和牺牲剂的条件下，表现出光催化CO2-CO的高转换效率（COF-318-TiO2/-Bi2WO6/-α-Fe2O3为69.67/57.1/31.43 μmol/g/h）。这是第一个共价键合的Z型COF-无机半导体应用于人工光合成的报告。实验和密度泛函理论证实了电子通过共价耦合从半导体向COFs的有效转移，导致电子在COF的氰基/吡啶中的积累，从而用于CO2的还原，在半导体中留下带正电的空穴，用于H2O的氧化，模拟了自然的光合作用。这项工作发展了一种新的方法来创建共价键连接的有机-无机Z型异质结，并在人工光合成领域取得了突破性进展。

标题：Semiconductor-Covalent Organic Framework Z-scheme Heterojunctionsfor Artificial Photosynthesis
原文链接：https://www.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202000929

25. 美国加利福尼亚大学Yat Li教授Nat. Commun.：碳掺杂开启了NiO析氢反应中的氢吸附活性
析氢反应（HER）在碱性介质中比在酸性介质中反应更为缓慢，因为分解水需要额外的能量。许多催化剂包括NiO，为水的分解提供了活性位点，已经得到了广泛的研究。然而，由于缺乏有利的H吸附位点，NiO的整体性能仍然受到限制。在这里，本文展示了一种通过碳掺杂来激活NiO的策略，这种策略会产生对H吸附有利的低配位的Ni位点。DFT计算表明，碳掺杂使Heyrovsky过程的能垒从1.17 eV降至0.81 eV，说明碳也是水-碱环境中的HER的水分子分解的热点。因此，碳掺杂的NiO催化剂在10 mA cm-2时具有27 mV的超低过电位，36 mV dec-1的较低的Tafel斜率，这是目前最先进的NiO催化剂中性能最优的。

标题：Carbon doping switching on the hydrogen adsorption activity of NiO for hydrogen evolution reaction
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14462-2

26. 中科大宋礼Adv. Mater.：掺入单原子Ru位点的Ni5P4催化剂实现高效的碱性析氢反应
开发用于碱性水电解的高效电催化剂对于碱性产氢的实质性进展至关重要。这篇文章中，研究人员通过将Ru3 物质填充到氢氧化镍的金属空位中，并随后进行磷化处理来合成掺入单原子Ru的Ni5P4电催化剂(Ni5P4-Ru)。电子顺磁共振波谱，基于X射线的测试和电子显微镜观察证实了镍空位缺陷与Ru阳离子之间的强相互作用，制备得到的Ni5P4-Ru中掺入了高于3.83 wt％的单原子Ru。Ni5P4-Ru作为碱性析氢反应催化剂，在10 mA cm-2的电流密度下，起始电位低至17 mV，过电势仅54 mV，Tafel斜率也仅为52.0mV decade-1，并能够保持长时间的稳定性。进一步的光谱分析结合密度泛函理论计算表明，掺杂的Ru位点可引起局部结构极化，从而带来Ru位点上水分解的低能垒和间隙位点上优化的氢吸附自由能。

标题：Achieving Efficient Alkaline Hydrogen Evolution Reaction over a Ni5P4 Catalyst Incorporating Single‐Atomic Ru Sites

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906972

27. 福州大学江莉龙&武汉国家磁共振中心郑安民Nat. Commun.：深入了解钴基催化剂将N2转化为NH3的动态和稳态活性位
使用铁基Haber-Bosch催化剂进行工业合成氨（NH3）需要苛刻的反应条件，于是开发在温和条件下（<400°C，<2 MPa）就可表现出良好性能的催化剂是长期努力的目标。这篇文章报道了一种具有高NH3合成速率的Co-N-C催化剂，该催化剂同时展现出动态和稳态的活性位。研究人员发现，与吡啶N形成弱配位的原子级分散Co与表面H2反应，通过化学环化途径生成NH3。单个Co原子以稳定的Co1-N3.5形式锚定于吡咯N之间，从而促进N2的吸附并将N2逐步氢化为*HNNH，*NH-NH3和*NH2-NH4。最后，通过破坏*NH2-NH4键可以轻易生成NH3。动态和稳态单原子活性位点的并存使得Co-N-C催化剂克服了N2分解的瓶颈，使在温和条件下合成NH3成为可能。

标题：Insight into dynamic and steady-state active sites for nitrogen activation to ammonia by cobalt-based catalyst
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-14287-z

28. 中科院生态环境研究中心张长斌&内布拉斯加大学林肯分校曾晓成Nat. Commun.：纳米γ-Al2O3表面单原子Ag分散问题的研究
Ag/γ-Al2O3广泛用于各种催化反应，且其性能取决于Ag的价态、形貌和分散性。然而，关于Ag在γ-Al2O3上的详细锚定机理仍然未知。这篇文章中，研究人员证实γ-Al2O3上的末端羟基与锚定Ag相关：纳米级γ-Al2O3上存在的大量末端羟基可导致单原子Ag的分散，从而导致性能明显优于微米级γ-Al2O3上的Ag团簇。DFT计算表明，Ag原子主要被Al2O3(100)表面的末端羟基锚定，形成钉状局部结构，每个Ag原子与2个或3个末端羟基键合。这一研究解释了为何只能在纳米级γ-Al2O3上而非微米级γ-Al2O3上自发实现单原子Ag分散的难题，获得的关于Ag分散的认识将有助于设计更有效的负载型Ag催化剂。

标题：Resolving the puzzle of single-atom silver dispersion on nanosized γ-Al2O3 surface for high catalytic performance
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-13937-1

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