巩金龙团队炔烃半氢化，张强团队电合成H2O2，ORR登Nature Chemistry

前沿成果主要包括炔烃半氢化、电合成H₂O₂以及ORR、OER等领域最新进展，希望对大家有所启发。

1. Nature Chemistry：ORR过渡金属催化剂的表面结构优化

如何有效预测催化材料的最佳结构一直是科研人员的目标，但事实却是通常只能在均一表面上模拟相关活性位点。特别是对于一些结构敏感的化学反应而言，如氧化还原反应，目前还没有有效的方法用于识别活性最佳的表面结构。有鉴于此，美国特拉华大学D. G. Vlachos等人开发了一种通过识别活性位点来预测催化材料最佳结构的方法，该方法可以有效识别活性位点的密度和空间排列，然后使表面能量最小化。研究发现，无论是理想的表面结构还是无序的结构，缺陷的密度与催化性能有着密切的关联。基于这些结论，研究者将该方法应用于Pt(111)、Pt(100)、Au(111)和Au(100)表面的氧还原反应。

M. Núñez, J. L. Lansford & D. G. Vlachos. Optimization of the facet structure of transition-metal catalysts applied to the oxygen reduction reaction. Nature Chemistry. 2019

DOI: 10.1038/s41557-019-0247-4

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0247-4

2. Angew：Pd@SOD高效炔烃半氢化

寻找高效无毒的工业加氢催化剂是近年来的研究重点。近日，天津大学巩金龙和慕仁涛团队报道了一种低于1nm的Pd纳米团簇限域在方钠石（SOD）沸石(Pd@SOD)的催化剂。H₂在Pd@SOD上解离生成H物种（例如：H原子和氢氧根），溢流到SOD表面，并可高选择性的实现乙炔的半氢化，乙烯选择性高达94.5%，远高于传统的Pd@SOD催化剂（~21.5%）。小孔隙沸石（六元环，孔道为0.28×0.28 nm）的设计与使用，使得H₂能进入孔道与Pd接触并活化，并避免乙烯的深度加氢，对该催化剂高选择性的实现至关重要。

Shuai Wang, Zhi-Jian Zhao, Rentao Mu*, Jinlong Gong,* et al. Activation and Spillover of Hydrogen on Sub-1 nm Pd Nano-clusters Confined within Sodalite Zeolite for Semi-hydrogenation of Alkynes. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201903827

https://doi.org/10.1002/anie.201903827

3. AM:高效电合成H₂O₂

H₂O₂是许多化学反应常用的绿色氧化剂，电催化还原O₂是一条环保的制H₂O₂的途径。然而，氧气还原反应（ORR）动力学缓慢，且多数电催化剂还原O₂主产物为H₂O。近日，清华大学张强团队提出了一种协同策略用于制备高ORR活性和高H₂O₂选择性电催化剂。作者合成了Co−N_x−C位点和含氧官能团共修饰C基电催化剂（Co–POC–O），实验发现，该催化剂能高效电合成H₂O₂，在O₂饱和的0.10 M KOH溶液中选择性高达80%，ORR电位在1 mA cm⁻²时为0.79 V（相对于RHE）。进一步机理研究表明，Co−N_x−C位点和含氧官能团分别对电催化生成H₂O₂的活性和选择性起着重要的作用。

Bo-Quan Li, Qiang Zhang*, et al. Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide Synergistically Catalyzed by Atomic Co–N_x–C Sites and Oxygen Functional Groups in Noble-Metal-Free Electrocatalysts. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201808173

https://doi.org/10.1002/adma.201808173

4. JACS:可溶性催化剂的表面效应对Li-O2电池ORR/OER的影响

中国科学院化学研究所Rui Wen课题组探索了典型的可溶性催化剂2,5-二叔丁基-1,4-苯醌(DBBQ)在Li-O₂电池中的界面催化机理，其中以二甲基亚砜(DMSO)为基础电解质。研究者使用原位电化学原子力显微镜（EC-AFM）观察了Li₂O₂在Li-O₂模型电池中高度取向的热解石墨(HOPG)表面上的成核、生长和分解。实时视图显示，在没有DBBQ的电解质中，小环状Li₂O₂在放电电位2.46 V下形成，充电时采用自下而上的方式在3.82 V时以缓慢的速率分解。但在DBBQ存在下，较大的花状Li₂O₂在2.70 V成核(ORR)，并采用从外向内方法氧化(OER)，更大的放电产物和更有效的分解途径直接揭示了DBBQ的催化活性。结果表明，在含DBBQ的体系中，反应活性、可逆性和电池容量都得到了很大改善。

Zhen-Zhen Shen, Shuang-Yan Lang, Yang Shi, Jianmin Ma, Rui Wen, Li-Jun Wan, Revealing the Surface Effect of the Soluble Catalyst on Oxygen Reduction/Evolution in Li-O2 Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2019.

DOI: 10.1021/jacs.8b12183

https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/10.1021/jacs.8b12183

5. AM：NiCoFe三金属基MOFs直接用作电催化剂高效OER

金属有机框架（MOFs）因其独特的结构特点有望应用于电催化等领域而备受关注。然而，由于控制MOFs的维数、组成和形貌非常困难，使得直接将MOFs用于O₂电催化具有挑战。近日，中科大章根强等团队合作，合成了类似泡沫结构的NiCoFe基三金属MOF，并将该MOF直接用作碱性条件下OER催化剂。该催化剂具有高的OER性能，(Ni₂Co₁)_0.925Fe_0.075-MOF-NF催化剂在电流密度为10 mA cm⁻²时，最低过电位仅257 mV，Tafel斜率为41.3 mV dec⁻¹，且具有高的耐久性。更重要的是，作者通过表征OER过程的中间体来揭露高活性的起源，证实了电化学转换的金属氢氧化物和金属氢氧氧化物是活性物种。

Qizhu Qian, Genqiang Zhang*, et al. Ambient Fast Synthesis and Active Sites Deciphering of Hierarchical Foam-Like Trimetal–Organic Framework Nanostructures as a Platform for Highly Efficient Oxygen Evolution Electrocatalysis. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201901139

https://doi.org/10.1002/adma.201901139

6. AM: NiS纳米点优化NiTe纳米阵列界面电子结构提高OER性能

界面工程是调控材料物理和化学性质的重要策略。然而，构建明确的能高效OER的纳米界面仍然是一个挑战。近日，中山大学李光琴等多团队合作，制备了负载在泡沫Ni上的十字柱状NiTe纳米阵列，并通过离子交换构建了NiTe/NiS纳米界面。实验发现，NiTe/NiS催化剂具有高的OER性能，在1.0 M KOH中，电流密度为100 mA cm⁻²时，过电位仅257 mV，Tafel为49 mV dec⁻¹。进一步理论计算和实验研究表明，纳米界面上强的电子相互作用诱导电子结构调整，优化了*OOH中间体结合能，从而提高了OER性能。

Ziqian Xue, Guangqin Li*, et al. Interfacial Electronic Structure Modulation of NiTe Nanoarrays with NiS Nanodots Facilitates Electrocatalytic Oxygen Evolution. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201900430

https://doi.org/10.1002/adma.201900430