本文選取了催化領(lǐng)域的最新的優(yōu)質(zhì)成果進(jìn)行匯總，并進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，供大家了解和學(xué)習(xí)。

將固存二氧化碳（CO₂）加氫轉(zhuǎn)化為甲醇，可以減少CO₂排放，建立可持續(xù)的碳循環(huán)。但是，由于熱力學(xué)平衡的限制和水的失活，CO₂轉(zhuǎn)化為甲醇仍具有挑戰(zhàn)性?；诖耍?strong>華東師范大學(xué)黃愛(ài)生教授和新加坡國(guó)立大學(xué)Jianwen Jiang（共同通訊作者）等人評(píng)價(jià)了催化CO₂加氫制取甲醇反應(yīng)器的反應(yīng)器類型。首先，在多孔α-Al₂O₃管上制備了親水性沸石LTA膜，作為選擇性去除水的分離器。其次，在沸石LTA膜表面負(fù)載Cu-ZnO-Al₂O₃-ZrO₂催化層，用于催化CO₂加氫制甲醇。因此，在Cu-ZnO-Al₂O₃-ZrO₂催化層內(nèi)催化CO₂加氫轉(zhuǎn)化為甲醇并形成水蒸汽，然后通過(guò)親水性LTA膜原位去除產(chǎn)生的水蒸汽，而甲醇由于其親水性較低且體積較大而被限制滲透尺寸。由于蒸汽從反應(yīng)器中連續(xù)快速排出，將克服熱力學(xué)平衡限制，從而顯著提高CO₂轉(zhuǎn)化率。此外，從反應(yīng)體系中除去水應(yīng)該有助于避免催化劑失活和副產(chǎn)物的形成，從而提高甲醇的選擇性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，該反應(yīng)器催化CO₂加氫轉(zhuǎn)化為甲醇的轉(zhuǎn)化率為36.1%、生成甲醇的選擇性達(dá)到了100%。此外，可以有效抑制因生成水而導(dǎo)致催化劑的失活，從而保持CMR的高長(zhǎng)期活性和選擇性。

Highly Selective CO₂ Conversion to Methanol in a Bifunctional?Zeolite Catalytic Membrane Reactor. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202106277.

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二氧化碳（CO₂）和乙炔（C₂H₂）在尺寸、形狀和物理性質(zhì)上的相似性使得C₂H₂生產(chǎn)過(guò)程中從產(chǎn)品中分離出主要雜質(zhì)CO₂成為一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。雖然多孔材料的使用可以取代溶劑萃取、低溫蒸餾等昂貴和高能耗的技術(shù)，但是盡在標(biāo)準(zhǔn)壓力下，高的CO₂/C₂H₂吸收率和少量的C₂H₂吸附現(xiàn)象在近幾年才被意外地發(fā)現(xiàn)，而且實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的總體設(shè)計(jì)策略仍然缺乏?；诖耍?strong>中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所郭國(guó)聰研究員和王明盛研究員（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種有效的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移（PIET）策略，并且在具有光致變色活性聯(lián)吡啶兩性離子的MOF中獲得了多孔材料的第二高CO₂/C₂H₂吸附比值。首先，作者選擇了一種光活性兩性離子配體來(lái)構(gòu)建CO₂優(yōu)先的MOF。研究發(fā)現(xiàn)具有路易斯酸位點(diǎn)或強(qiáng)靜電場(chǎng)的MOF有利于吸附CO₂，并可能適用于容納CO₂和區(qū)分CO₂/C₂H₂。兩性離子對(duì)于正電和負(fù)電基團(tuán)的存在具有固有的電場(chǎng)梯度，是構(gòu)建CO₂優(yōu)先MOF的良好候選者。雙吡啶鎓兩性離子很容易通過(guò)PIET形成穩(wěn)定或亞穩(wěn)定的自由基產(chǎn)物，表現(xiàn)出電子轉(zhuǎn)移光致變色現(xiàn)象。其次，還包括一種具有比光活性兩性離子更強(qiáng)的給電子能力的含氧配體。當(dāng)兩性離子發(fā)生分子內(nèi)電子轉(zhuǎn)移時(shí)，從含O配體到兩性離子的PIET不會(huì)導(dǎo)致電場(chǎng)梯度的損失，從而避免了CO₂吸附的減少。同時(shí)，C₂H₂易與O原子形成H-C≡C-H…O氫鍵。失去一個(gè)電子會(huì)削弱O原子的H接受強(qiáng)度，從而使C₂H₂的吸附減少。在光誘導(dǎo)產(chǎn)生自由基物種后，作者首次觀察到了前所未有的光控門效應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)將啟發(fā)設(shè)計(jì)和合成用于高效氣體吸附和分離的多孔材料。

Photoinduced Electron-Transfer (PIET) Strategy for Selective?Adsorption of CO₂ over C₂H₂ in a MOF. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202105491.?https://doi.org/10.1002/anie.202105491.

由于合金納米顆粒在電子結(jié)構(gòu)上的可調(diào)性，使其在電催化領(lǐng)域被廣泛的研究與探索。但是，由于缺乏適用于不同金屬的通用封閉劑，因此控制它們的形狀和表面結(jié)構(gòu)仍具有挑戰(zhàn)性。同時(shí)，它們?cè)诖呋^(guò)程中長(zhǎng)期存在表面組成的不穩(wěn)定性問(wèn)題，導(dǎo)致結(jié)果存在爭(zhēng)議?；诖耍?strong>美國(guó)佐治亞理工學(xué)院夏幼南教授和香港科技大學(xué)紹華敏教授（共同通訊作者）等人報(bào)道了一鐘簡(jiǎn)單的基于種子介導(dǎo)生長(zhǎng)合成Pd@Au_xPd_1-x（0.8≤x≤1）核-殼納米立方體的簡(jiǎn)單方法。通過(guò)優(yōu)化Au/Pd的比例，Pd@Au_xPd_1-x核-殼的殼層厚度減小到三個(gè)原子層，制備出對(duì)生成H₂O₂具有優(yōu)異催化活性、選擇性和耐久性的納米立方體。由于表面具有良好的{100}面和最佳的Au/Pd比值，以Au_0.95Pd_0.05為殼的納米立方體是一種高效的H₂O₂電催化劑，在0.4-0.7 V的低過(guò)電位內(nèi)，具有93-100%的高選擇性。當(dāng)Au_0.95Pd_0.05合金被限制在只有三層原子厚度的殼中時(shí)，電催化劑不僅能夠保持其表面結(jié)構(gòu)和元素組成，而且能以1.62 mol g_(Pd+Au)^-1 h^-1的速率在氧還原過(guò)程中連續(xù)穩(wěn)定地生成H₂O₂。因此，該研究為合理開(kāi)發(fā)基于合金納米晶的活性和耐久性電催化劑提供了一條通用途徑。

Maximizing the Catalytic Performance of Pd@Au_xPd_1-x Nanocubes in H₂O₂ Production by Reducing Shell Thickness to Increase Compositional Stability. Angew. Chem. Int. Ed., 2021, DOI: 10.1002/anie.202105137.

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ZrZnO_x在催化二氧化碳（CO₂）加氫制取甲醇（MeOH）過(guò)程中發(fā)揮了重要作用?；诖耍?strong>廈門大學(xué)汪騁教授（通訊作者）等人報(bào)道了金屬有機(jī)骨架（MOF）中Zn²⁺-O-Zr⁴⁺位點(diǎn)的構(gòu)建，以揭示對(duì)生產(chǎn)MeOH結(jié)構(gòu)要求的理解。其中，通過(guò)利用ZnEt₂對(duì)MOF-808的Zr₆(μ₃-O)₄(μ₃-OH)₄節(jié)點(diǎn)進(jìn)行后合成處理和溫和熱處理以去除封端配體，并提供暴露的金屬位點(diǎn)進(jìn)行催化而獲得的Zn²⁺-O-Zr⁴⁺位點(diǎn)。所制得MOF-808-Zn催化劑在250 ℃下的CO₂加氫反應(yīng)中甲醇選擇性＞99%、空時(shí)收率高達(dá)190.7 mg_MeOH g_Zn^-1 h^-1，并且催化活性至少可以穩(wěn)定100 h。通過(guò)X射線吸收光譜（XAS）分析表明，Zn²⁺-O-Zr⁴⁺位點(diǎn)取代了Zn_mO_n團(tuán)簇。氫的程序升溫脫附（TPD）和H/D交換實(shí)驗(yàn)表明，Zn²⁺位點(diǎn)激活了H₂。而開(kāi)放的Zr⁴⁺位點(diǎn)也很關(guān)鍵，因?yàn)閆r²⁺位點(diǎn)在沒(méi)有開(kāi)放的Zr⁴⁺位點(diǎn)的其他MOF的Zr基節(jié)點(diǎn)上不能產(chǎn)生MeOH。CO₂的TPD揭示了在反應(yīng)條件下碳酸氫根分解在生成開(kāi)放的Zr⁴⁺位點(diǎn)用于CO₂活化的重要性?？傊?，MOFs中金屬氧節(jié)點(diǎn)的良好局部結(jié)構(gòu)為闡明雙功能催化位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)提供了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。

Neighboring Zn-Zr Sites in a Metal-Organic Framework for CO₂ Hydrogenation. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c03283.

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強(qiáng)金屬-載體相互作用（SMSI）的構(gòu)建是多相催化的關(guān)鍵策略，使負(fù)載型金屬納米催化劑具有熱穩(wěn)定性和耐燒結(jié)性能，并調(diào)節(jié)催化活性和選擇性。但是，構(gòu)建在環(huán)境條件下高效的SMSI仍然具有挑戰(zhàn)性?；诖?，美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室戴勝研究員和Zhenzhen Yang、美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)Shi-Ze Yang（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種光化學(xué)驅(qū)動(dòng)的方法，用于在環(huán)境條件下構(gòu)建SMSI。在紫外線照射下，作者利用TiO_x覆蓋層封裝Pd納米顆粒，同時(shí)實(shí)現(xiàn)Ti³⁺物鐘的存在和抑制CO的吸附。關(guān)鍵在于產(chǎn)生分離的光致還原電子（e^–）和氧化空穴（h⁺），隨后引發(fā)Ti³⁺物種/氧空位（O_v）的形成，然后形成界面Pd-O_v-Ti³⁺位點(diǎn)，從而提供具有更高的催化加氫效率的Pd/TiO₂ SMSI。所構(gòu)建的SMSI層是可逆的，并且光驅(qū)動(dòng)過(guò)程可以擴(kuò)展到Pd/ZnO和Pt/TiO₂。

Photoinduced Strong Metal?Support Interaction for Enhanced Catalysis. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.0c12817.

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在非均相催化劑中，金屬-氧化物的相互作用是自發(fā)發(fā)生的，但是通常以不希望的方式發(fā)生，并導(dǎo)致金屬納米顆粒的氧化。雖然操縱這種相互作用可以產(chǎn)生高活性的金屬納米顆粒表面，進(jìn)而保證最佳的催化活性，但目前尚未確定。基于此，韓國(guó)延世大學(xué)Jong Hyeok Park和Jeong Woo Han、韓國(guó)成均館大學(xué)Sang Ho Oh（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種簡(jiǎn)便的合成路線，旨在逆轉(zhuǎn)Pt/TiO₂光催化劑中鉑納米顆粒（Pt NPs）和二氧化鈦（TiO₂）之間的常規(guī)金屬-氧化物反應(yīng)（稱為逆向工程）。其中，預(yù)先還原的TiO₂載體可以逆轉(zhuǎn)與Pt納米顆粒的相互作用，并且增強(qiáng)Pt的金屬狀態(tài)，使得其產(chǎn)氫速率比傳統(tǒng)Pt/TiO₂高出了3倍。Ti價(jià)態(tài)的空間分辨電子能量損失譜和Pt納米顆粒內(nèi)的電子密度分布提供了直接證據(jù)，支持Pt/TiO₂/H₂O三重連接是水還原最活躍的催化位點(diǎn)?？傊?，本文的反向金屬-氧化物相互作用方案在停滯制氫效率方面提供了突破，并且可以應(yīng)用于其他由金屬納米顆粒和可還原氧化物載體組成的多相催化劑系統(tǒng)。

Disordered-Layer-Mediated Reverse Metal-Oxide Interactions for Enhanced Photocatalytic Water Splitting. Nano Lett., 2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01368.

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氧化物半導(dǎo)體廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域，引入氧空位是提高其光催化效率的有效策略。然而，塊體中的氧空位往往充當(dāng)電子-空穴對(duì)的復(fù)合中心，加速電子-空穴對(duì)的復(fù)合。基于此，南京大學(xué)周勇教授和Dunhui Wang（共同通訊作者）等人報(bào)道了一種電場(chǎng)處理策略，并將其應(yīng)用于具有氧空位的TiO₂薄膜以提高光催化效率。在經(jīng)過(guò)電場(chǎng)處理后，TiO₂薄膜中形成了由氧空位組成的導(dǎo)電通道，其電阻降低了近6×10³倍。同時(shí)，其CO的產(chǎn)率可以達(dá)到1.729 mmol g_cat^-1 h^-1，是目前已報(bào)道的TiO₂基催化劑中性能最好的一種。此外，該工作為通過(guò)電場(chǎng)增強(qiáng)光催化活性提供了一種有效可行的方法，并且有望在催化領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

Orientational Alignment of Oxygen Vacancies: Electric-Field-Inducing Conductive Channels in TiO2 Film to Boost Photocatalytic Conversion of CO₂ into CO. Nano Lett., 2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00897.

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c00897.

鉑（Pt）催化劑催化的氧還原反應(yīng)（ORR）在燃料電池中是必不可少的。由于對(duì)反應(yīng)機(jī)制的理解不完整，實(shí)驗(yàn)中相對(duì)ORR活性的定量預(yù)測(cè)，在1到50倍的范圍內(nèi)仍然具有挑戰(zhàn)性，并且缺乏計(jì)算工具來(lái)解釋活化能的相關(guān)小差異（<2.3千卡/摩爾）?；诖?，美國(guó)科羅拉多大學(xué)波爾得分校Hendrik Heinz（通訊作者）等人利用具有界面力場(chǎng)（0.1千卡/摩爾）的高精度分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬，闡明了分子氧在規(guī)則和不規(guī)則Pt表面和納米結(jié)構(gòu)上的吸附機(jī)制。接著，通過(guò)局部密度泛函理論（DFT）計(jì)算發(fā)現(xiàn)，相對(duì)ORR活性是由氧氣進(jìn)入Pt表面所決定，這在很大程度上取決于特定的水吸附層，而電子轉(zhuǎn)移以類似的緩慢速率發(fā)生?？傊琈D方法有助于定量預(yù)測(cè)任何Pt納米結(jié)構(gòu)的相對(duì)ORR活性，也適用于其他催化劑，并使有效的MD/DFT方法成為可能。

Direct correlation of oxygen adsorption on platinum-electrolyte interfaces with the activity in the oxygen reduction reaction. Sci. Adv.., 2021, DOI: 10.1126/sciadv.abb1435.

https://advances.sciencemag.org/content/7/24/eabb1435.