1.華東理工大學Angew：Ru-O-W超高穩定電解水產氧
開發高效耐用的OER催化劑對于推進質子交換膜電解水（PEMWE）技術至關重要，尤其是開發替代Ir的催化劑。有鑒于此，華東理工大學李春忠教授、李會會研究員、日本東北大學李昊副教授等報道一種Zn、W共摻雜的Ru3Zn0.85W0.15Ox（RZW）三元氧化物催化劑，該催化劑在0.1 M高氯酸電解液和10 mA cm-2電流密度下，過電位僅為200 mV，而且能夠穩定工作超4000 h。1）電負性較高的W摻入有助于OER過程中高效率的捕獲犧牲性Zn物種釋放的電子，隨后將其傳遞到Ru位點。通過這種結構穩定的Ru-O-W位點，得到增加的電子密度，顯著提高Ru活性位點的抗氧化性能。2）這項研究結果表明在運行過程中，通過策略性金屬摻雜調控OER催化劑電子結構的重要性，有助于開發實用并且持久的電解水技術。 Chunzhong Li, Kai Zhou, Heng Liu, Zhongliang Liu, Xiaoning Li, Nana Wang, Mingyue Wang, Tianrui Xue, Yongjun Shen, Hao Li, Huihui Li, W-mediated electron accumulation in Ru-O-W motifs enables ultra-stable oxygen evolution reaction in acid, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202422707https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.2024227072.北理工&西安交大&空間技術研究院Angew：Pt-Cu催化劑調控CO2電化學還原選擇性基于Cu的催化劑在電化學二氧化碳CO2RR反應中表現了獨特的性能，CO2RR反應的機制非常復雜，而且產物的種類多種多樣。對關鍵中間體CO和H的調控是實現高產物選擇性的必要因素，但是目前仍然缺少高效和普適性的策略。 有鑒于此，北京理工大學張加濤教授、李欣遠助理教授、西安交通大學陳圣華研究員、中國空間技術研究院Botao Hu等報道設計了Pt修飾的Cu催化劑，實現了調節中間體的競爭覆蓋，因此能夠調控產物的選擇性。1）Pt單原子、Pt納米顆粒修飾的Cu催化劑（分別表示為Cu-Pt1和Cu-PtNPs）能夠精確的調控質子化和偶聯反應，C2+產物的法拉第效率高達70.4 %，甲烷的法拉第效率達到57.7 %。CO剝離實驗結果表明，Pt1位點可增強對CO的吸附，PtNPs對水分子解離具有CO耐受性。2）原位光譜表征的結果進一步證實，在Cu-Pt1位點能夠達到較高的CO覆蓋度，在Cu-PtNPs上CHO能夠通過水解離產生。理論計算研究的結果表明，Cu-Pt1的界面位點有利于CO的覆蓋，促進OCCO生成C2+產物，但是PtNPs位點加快水分子解離生成*CHO的動力學，隨后產生甲烷。這項工作通過對活性位點進行原子級精度的設計，調控關鍵中間體的覆蓋，為開發高效率的CO2催化劑和CO2轉化策略提供思路。 Tailei Hou, Jiexin Zhu, Hongfei Gu, Xinyuan Li, Yiqing Sun, Ze Hua, Ruiwen Shao, Cheng Chen, Botao Hu, Liqiang Mai, Shenghua Chen, Dingsheng Wang, Jiatao Zhang, Switching CO2 Electroreduction toward C2+ Products and CH4 by Regulate the Protonation and Dimerization in Platinum/Copper Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202424749https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.2024247493.海南大學&天津大學&維也納工業大學Angew：Fe單原子催化位點的不對稱度對ORR活性的影響精確操控不對稱配位構型并研究電子效應，能夠調節單原子催化劑（SACs）的本征氧還原反應（ORR）活性。然而，由于配位不對稱性與催化活性之間缺乏明確關系，使得SACs的理性設計模糊不清。 有鑒于此，海南大學鄧意達教授、天津大學鄭學榮、維也納工業大學Günther Rupprechter等報道提出了“不對稱度”概念（asymmetry degree），用于定量描述不對稱配位結構的構型，評估Fe SACs催化劑的活性基團的有效性。1）這項研究建立了一個理論框架，通過構建一系列在第一或第二配位層摻雜非金屬原子（B、P、S、Se和Te）的鐵基SAC模型，闡明不對稱度與ORR活性之間的火山型關系，這與Sabatier原理相符。隨后，利用不對稱度對預測的鐵不對稱活性基團的ORR活性進行實驗驗證。2）理論計算和實驗相結合的結果表明，具有適度不對稱度的單原子基團展現出最佳的本征ORR活性，因為打破FeN4的平面正方形對稱性可以改變Fe 3d軌道的電子排布，優化中間體的吸附-脫附強度，進而增強本征ORR活性。這種從幾何和電子層面對于催化活性的基礎認知，為設計具有不對稱構型的高性能SACs提供更加合理的指導和幫助。 Yanhui Cao, Yuan Liu, Xuerong Zheng, Jingxia Yang, Haozhi Wang, Jinfeng Zhang, Xiaopeng Han, Yida Deng, Günther Rupprechter, Wenbin Hu, Quantifying Asymmetric Coordination to Correlate Oxygen Reduction Activity in Fe‐Based Single‐Atom Catalysts, Angew. Chem. Int. Ed. 2025DOI: 10.1002/anie.202423556https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202423556氫溢流是催化加氫反應的重要過程，氫溢流現象有助于氫氣分子的活化，而且能夠調節可還原氧化催化劑的表面化學性質。 有鑒于此，美國勞倫斯伯克利實驗室Ethan J. Crumlin、匹斯堡大學Giannis Mpourmpakis等報道通過常壓X射線光電子能譜、DFT理論計算以及微觀動力學建模等原位手段，研究Pt誘導的單斜氧化鎢γ-WO3的氫溢流現象，研究了不同溫度下的催化劑表面態的動態演變。1）在室溫下，在Pt簇的促進下，氫溢流導致形成W5+和氫中間體（OH物種和吸附H2O）的形成。隨著溫度升高，吸附水分子脫附、逆向氫溢流、氫原子從表面到體相的擴散之間發生相互的競爭，導致近表面的W原子的重新氧化，隨后再還原。2）通過實驗結果與模擬計算之間結合，為全面理解氫與可還原金屬氧化物相互作用的機制提供幫助，這對于設計性能更加優異的加氫催化劑提供指導。 Haoyi Li, Mona Abdelgaid, Jay R. Paudel, Noah P. Holzapfel, Veronica Augustyn, James R. McKone, Giannis Mpourmpakis*, and Ethan J. Crumlin*, Operando Unveiling of Hydrogen Spillover Mechanisms on Tungsten Oxide Surfaces, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c13711https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c13711緩慢的水氧化反應（WOR）具有復雜的4 e-和4 H+轉移過程，人們認為WOR反應是人工光合作用的動力學面臨的困境。有鑒于此，中國科學院化學所章宇超研究員等報道在強光照射下，在四種典型的光陽極（即α–Fe2O3、TiO2、WO3和BiVO4）上的WOR催化反應動力學過程幾乎不存在能壘。 1）限速步驟O-O鍵形成步驟由積累的表面光生空穴驅動，呈現出明顯的四階動力學特征。通過將布居模型（Population model）、Butler-Volmer模型與Eyring-like方程之間結合，定量估算出四階動力學路徑的活化能約為0.03 eV，DFT理論計算進一步證實了這一結果。與一階、二階或三階動力學相比，該條件下的WOR速率提升了一個數量級以上。2） 以α–Fe2O3為例，原位Raman光譜表征和從頭算分子動力學模擬的結果表明，積累的高密度表面空穴形成相鄰的FeV═O中間體，通過氫鍵有效的活化表面吸附H2O分子。這項工作揭示了對表面空穴的活化能與反應級數之間內在關系的系統性理解，為未來WOR研究提供了幫助。Siqin Liu, Kun Dang, Lei Wu, Shuming Bai, Yuchao Zhang*, and Jincai Zhao, Nearly Barrierless Four-Hole Water Oxidation Catalysis on Semiconductor Photoanodes with High Density of Accumulated Surface Holes, J. Am. Chem. Soc. 2025 DOI: 10.1021/jacs.4c16443https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c16443電催化加氫脫氧（EHDO）是一種很有前景的方法，可將生物質衍生的生物油升級為可持續燃料，且無需使用高壓氫氣和高溫條件。然而，直接通過 EHDO 制備實際應用中疏水性木質素基油仍面臨挑戰。有鑒于此，韓國科學技術研究院Woong Hee Lee等報道探討了在添加了異丙醇或表面活性劑的酸性電解液中，木質素生物油在Pt/C上進行電催化加氫脫氧反應（EHDO）的分子動力學。1）在常溫常壓下，實現了98.1 %的優異轉化率以及79.0 %的氫化產物高產率，其中丙基環己烷占40.5 %。實驗結果以及對分子動力學的多項研究表明，EHDO是在水-溶劑-催化劑三相界面處發生。2）質子轉移對EHDO的電流密度有顯著影響?；谀举|素的油簇尺寸以及其到電極的向量等因素，決定了EHDO的催化反應選擇性和電催化法拉第效率。 這項工作深化了我們對EHDO動力學的理解，并指出了可用于改進該過程的影響因素。Jialu Wang, Man Ho Han, Kezia Megagita Gerby Langie, Da Hye Won, Mi-Young Lee, Cheoulwoo Oh, Hyo Sang Jeon, Jai Hyun Koh, Hyung-Suk Oh, Dong Ki Lee, and Woong Hee Lee*, Understanding the Dynamics Governing Electrocatalytic Hydrodeoxygenation of Lignin Bio-Oil to Hydrocarbons, J. Am. Chem. Soc. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c14254https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c142547.JACS：具有近紅外二區聚集誘導發射活性的金屬制劑用于乳腺癌光學診療通過良好的激發態能量耗散平衡開發具有近紅外二區（NIR-II）聚集誘導發射（AIE）性能的有機小分子光療劑對于實現光觸發的診斷成像和同步癌癥原位治療至關重要。有鑒于此，深圳大學王東教授將AIE活性N^N輔助配體與三價銥離子進行配位，開發了多功能銥（III）配合物。 1）該配合物DPTPzIr在吸收/發射波長、活性氧（ROS）產生和光熱轉換等方面具有明顯優于其母體配體的性能。研究發現，DPTPzIr納米粒子具有能夠匹配808 nm商用激光的吸收峰以及目前已被報道的AIE銥（III）配合物中最長的NIR-II發射峰（超過1100 nm），可增強I型ROS的產生，光熱轉換效率高達60.5%。2）實驗結果表明，DPTPzIr納米顆粒能夠在乳腺癌小鼠腫瘤模型中實現有效的多模態成像引導的光動力-光熱治療，可精準診斷腫瘤，并實現具有高生物相容性的腫瘤完全消融。綜上所述，該研究工作為開發先進的光學診療藥物提供了一個簡單、可行的有效范例。 Caifa You. et al. The Midas Touch by Iridium: A Second Near-Infrared Aggregation-Induced Emission-Active Metallo-Agent for Exceptional Phototheranostics of Breast Cancer. Journal of the American Chemical Society. 2025DOI: 10.1021/jacs.4c15150https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c151508.上海交大&北京大學&華中師范&新加坡國立Nature Commun：CrMnOx-GaN光催化乙醇脫水合成乙烯光驅動生物乙醇脫水為乙烯的可持續生產具有非常強的吸引力和前景。有鑒于此，上海交通大學周寶文副教授、北京大學王新強教授、華中師范大學余穎教授、新加坡國立大學歐鵬飛教授等報道將表面氫化的CrMnOx與氮化鎵納米線（GaN@CMO-H）結合，實現了光催化乙醇脫水制乙烯。 1）通過實驗與計算相結合的研究方法，提出了一種表面氫補充機制，發現GaN@CMO-H上乙醇脫水的反應路徑。此外，與GaN和GaN@CMO相比，表面氫化的GaN@CMO-H通過改變速率決定反應步驟，能夠顯著降低乙醇轉化為乙烯的反應能壘。因此，表面氫化的 GaN@CMO-H 展現出相當可觀的乙烯生產活性，達到1.78 mol gcat-1 h-1，CrMnOx的TOF高達94769 molC2H4-1。2）這項工作開發了一種僅利用生物乙醇和陽光而非化石燃料來可持續生產乙烯的新途徑。Wang, Z., Ye, H., Li, Y. et al. Surface-hydrogenated CrMnOx coupled with GaN nanowires for light-driven bioethanol dehydration to ethylene. Nat Commun 16, 1002 (2025).DOI: 10.1038/s41467-025-56277-zhttps://www.nature.com/articles/s41467-025-56277-z
