烷烴的直接非氧化脫氫可以產生有用的碳原料和氫燃料。然而，打破烷烴中的C-H鍵通常需要高溫、化學計量氧化劑或高能紫外線；在較溫和條件下運行的工藝具有吸引力，但往往效率較低。基于此，吉林大學李路教授（通訊作者）等人報道了一種Pt/黑色TiO₂（Pt/black TiO₂）光催化劑，其中Pt物種彼此接近而沒有直接結合，在室溫、可見光至近紅外光中顯示出烷烴脫氫的高性能。

在可見光和近紅外光（400-1550 nm）照射下，由孤立PtClO₃單體組成的Pt超小聚集體對環烷烴、甲烷和短鏈烷烴的非氧化脫氫具有高的光催化活性和選擇性。對于環己烷脫氫，在80個反應周期內，生成H₂的周轉數超過100000次而沒有任何失活，遠遠超過了熱反應。對于甲烷，轉化率為8.2%，對丙烷的選擇性為65%，而不是更常見的乙烷。

此外，對于C₂₊烷烴，快速脫氫（高達1440 μmol g^-1 h^-1）得到了相應的烯烴。與孤立的Pt⁺單體不同，聚合的Pt⁺單體具有更好的光催化活性和選擇性。實驗結果和理論計算表明，黑色TiO₂與Pt之間存在強烈的相互作用，從而導致有效的界面電荷轉移，使Pt⁺成為C-H鍵激活的強大光活性中心。動力學分析表明，黑TiO₂具有較強的給電子能力，能顯著抑制焦碳或氫離子對Pt的毒害。

Visible-light-driven non-oxidative dehydrogenation of alkanes at ambient conditions. Nat. Energy, 2022, DOI: 10.1038/s41560-022-01127-1.

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2. Nat. Catal.：探究串聯CO₂電還原中不對稱C-C耦合機理

在CO₂固定中，C-C耦合是生產多碳產品中碳骨架的關鍵步驟。其中Wood-Ljungdahl（WL）途徑是一種有效的自然過程，微生物通過該過程將CO₂轉化為甲基和羰基，并將它們耦合在一起。然而，在無機CO₂電還原中，這種不對稱耦合機制很大程度上仍未得到探索。基于此，美國加州大學伯克利分校楊培東院士（通訊作者）等人報道了一種共還原實驗，通過電拋光Cu箔來驗證Cu表面對不對稱*CH₃-*CO偶聯的催化能力。

為克服難以從光譜中確定中間產物的困難，作者通過外部提供CO和CH₃I作為兩個不同的中間源來確保中間產物的存在。*CO來自于CO氣體的吸附，而*CH₃則是由CH₃I電化學生成。通過進一步用¹³C同位素標記CH₃I，通過核磁共振波譜驗證¹³C-¹²C的不對稱耦合在技術上可行。在電解CH₃I過程中，作者發現即使在高極性的水電解質中，生成的一部分甲基也可以穩定在Cu表面。這些甲基可以參與C-C偶聯反應，并與另一個*CH₃或*CO偶聯，在Cu表面生成多種多碳產品（C₂H₆、CH₃CHO、C₂H₅OH、CH₃COOH和(CH₃)₂CO）。

在確定Cu的不對稱偶聯能力后，作者轉向了用Cu-Ag納米顆粒（NP）串聯組裝的更實用的CO₂還原電催化。與WL途徑類似，在串聯系統中，Cu催化*CH_x中間產物生成，Ag催化生成大部分*CO。由于在動態電化學條件下直接量化Cu表面中間體的濃度是一項重大挑戰，作者利用CH₄和CO的生產速率作為催化微環境中*CH_x和*CO中間體的可用性的代理。通過改變Cu-Ag比和應用電位可調節CH₄和CO的生成速率。當CH₄和CO的生成速率一致時，可以獲得最大的多碳氧產物生成速率。

Exploration of the bio-analogous asymmetric C-C coupling mechanism in tandem CO₂ electroreduction. Nat. Catal., 2022, DOI: 10.1038/s41929-022-00844-w.

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3. Nat. Catal.：氫電催化中Pt的動力學pH效應

氫電催化中大的動力學pH效應的起源，即從酸到堿時反應動力學大約降低兩個數量級，遠未達成共識。基于此，武漢大學陳勝利教授（通訊作者）等人報道了以鉑（Pt）上的HER/HOR為模型系統，通過結合從頭算分子動力學（AIMD）模擬和原位表面增強紅外吸附光譜（SEIRAS）與衰減全反射（ATR）構型，研究了pH依賴反應動力學的潛在起源。

AIMD模擬結果表明，氫吸附強度和水解離/形成屏障都不是堿性溶液中氫電催化動力學大大降低的原因。通過仔細分析AIMD模擬的EDL結構，作者發現堿性界面上存在可見的水間隙，這將導致氫鍵網絡的連通性大大降低，從而增加界面區域的氫轉移屏障。更重要的是，計算振動態密度（VDOS）和實驗SEIRAS結果之間的一致性明確地驗證了模擬的界面結構。

此外，對Pt-Ru合金的AIMD模擬表明，Ru位上的OH_ad可以顯著改善堿性界面上氫鍵網絡的連通性。OH_ad的這種作用很好地解釋了為什么Pt-Ru在堿性條件下的氫電催化反應中比Pt更為活躍，并進一步證實了界面氫鍵連接性在HER/HOR動力學中的關鍵作用。這些發現應為界面EDL在電催化動力學中的關鍵作用提供重要見解，并為理解電催化pH效應提供獨特的視角，這些效應在各種能量轉換反應中具有普遍意義，例如HER/HOR、CO²還原和氮還原。同時，本研究也為通過AIMD模擬、計算光譜學和實驗光譜學相結合來探索電化學界面的結構和過程提供了一個可供參考的研究模式。

Hydrogen bond network connectivity in the electric double layer dominates the kinetic pH effect in hydrogen electrocatalysis on Pt. Nat. Catal., 2022, DOI: 10.1038/s41929-022-00846-8.

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4. Nat. Commun.：制備單原子催化劑的通用策略和生產線

單原子催化劑（single atom catalysts, SACs）具有優良的催化性能，引起了研究人員的廣泛研究興趣。然而，由于缺乏通用和可擴展的制備方法，SACs的應用受到阻礙。基于此，北京大學馬丁教授和中山大學紀紅兵教授（共同通訊作者）等人報道了一種前體霧化策略，用于合成SACs。

整個制備過程包括兩個步驟：（1）前體的稀溶液被原子化并噴到支架上；（2）對上述樣品進行熱處理分解前驅體，得到相應的SACs。這種策略被用于合成了一系列催化劑，包括19種具有不同金屬位點和載體的SACs和3種SACs衍生物（單原子合金、雙原子催化劑和雙金屬SACs）。以溴苯和苯硼酸為模型底物，在40 ℃、無惰性氣體保護下，這19種SACs的選擇性都超過了99%。

此外，它還可以通過自制的1 kg day^-1的規模進行生產，并且在Suzuki-Miyaura交叉耦合過程中具有相同的表征結果和催化性能，證明了良好的催化劑均勻性控制。該策略為進一步研究奠定了基礎，并可能加速SACs從基礎研究到工業應用的趨勢。

Building up libraries and production line for single atom catalysts with precursor-atomization strategy. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-33442-2.

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5. Nat. Commun.：HsGDY@Cu₂O NWs實現高效穩定的光電化學水還原

光電化學（PEC）水裂解是一種很有吸引力的“綠色”制氫方法。其中，氧化亞銅（Cu₂O）的天然p-型半導體是最有前途的直接制氫光電陰極候選材料之一。然而，Cu₂O基光電陰極仍然存在嚴重的自光腐蝕和快速表面電子-空穴復合問題。基于此，華東師范大學張中海教授（通訊作者）等人報道了一種簡便的原位封裝策略，即利用氫取代石墨炔（HsGDY）封裝Cu₂O納米線（HsGDY@Cu₂O NWs）在三維多孔CF上的光電陰極，提高水還原性能。

以1, 3, 5-三乙基苯（TEB）為前驅體，通過Cu(I)離子介導的Glaser偶聯反應在Cu₂O NWs表面上原位生成HsGDY。在0 V vs. RHE條件下，HsGDY@Cu₂O NWs光電陰極的光電流密度為-12.88 mA cm^-2，接近于在AM 1.5 G太陽光照射下的Cu₂O光電陰極的理論光電流密度，光轉換效率也達到2%。在PEC運行24 h后，HsGDY@Cu₂O NWs光電陰極表現出優異的穩定性，僅損失7.5%的光電流密度。

高效的PEC性能和高穩定性使HsGDY@Cu₂O NWs光電陰極的析氫速率達到218.2±11.3 μmol h^-1 cm^-2。此外，將HsGDY@Cu₂O NWs光電陰極集成到聚光太陽能光系統中，在10-sun照射下獲得了-50.7 mA cm^-2的高光電流密度和861.1±24.8 μmol h^-1 cm^-2的析氫速率。HsGDY具有保護層、電子轉移層和動力學催化層的多功能。雙功能HsGDY層的原位封裝策略為合理設計Cu₂O基光電陰極，實現高效穩定的PEC減水提供了途徑。

Hydrogen-substituted graphdiyne encapsulated cuprous oxide photocathode for efficient and stable photoelectrochemical water reduction. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-33445-z.

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6.?Nat. Commun.：手性COFs和半胱氨酸犧牲供體對光催化HER的影響

共價有機骨架（COFs）是一類新興的有機光催化劑，在可見光催化水制氫方面具有巨大潛力。然而，由于反應動力學緩慢，COFs通常與貴金屬共催化劑協同使用，獲得必要的質子還原能力。基于此，復旦大學郭佳教授（通訊作者）等人報道了一種手性β-酮胺連接的COF，用于探索在可見光下苯丙氨酸的對映體體系。

作者利用L-/d-半胱氨酸作為犧牲電子的供體（sacrificial electron donors, SEDs），Cu離子作為電子轉移介質，手性2D COF在可見光（>420 nm）照射下可以直接產生顯著的H₂氣體量。簡單而言，Cu(II)離子被n-水楊基苯胺亞基固定在手性中心，從而在COF骨架上提供原子分散的位點。由于L-/d-半胱氨酸選擇性地與手性COF結合，通過循環反應，半胱氨酸將配位Cu(II)還原為Cu(I)，隨后光誘導空穴將Cu(I)氧化為Cu(II)，SED氧化顯著增強。

在析氫過程中，手性晶體骨架表現出比非手性類似物更小的過電位，意味著其能量勢壘降低，催化活性增強。因此，由于SED氧化和質子還原反應動力學的增強，COF和半胱氨酸的對映選擇性組合表現出創紀錄的H₂析出速率（HER）為14.72 mmol h^-1 g^-1，犧牲氧化轉化頻率（TOF_ox）為9.0 h^-1，可與許多使用Pt作為助催化劑的非手性COFs相媲美。該研究為利用手性有機材料進行太陽對氫光催化開辟了新的途徑。

The effect of enantioselective chiral covalent organic frameworks and cysteine sacrificial donors on photocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-33501-8.

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33501-8.

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7. Angew. Chem. Int. Ed.：PHI/PTI助力光催化HER

異質結的構建是加速界面上載流子分離和轉移的一種很有前途的方法。基于此，福州大學王心晨教授和張貴剛教授（共同通訊作者）等人報道了一種簡單的兩步鹽熔法，并利用該方法合成了具有半相干界面的二元聚（庚嗪—三嗪）酰亞胺（PHI/PTI），用于光催化析氫反應（HER）。

簡單而言，三聚氰胺首先在CaCO₃存在下聚合生成無定形（庚嗪—三嗪）基共聚物。該低聚物在鹽熔（LiCl/KCl）處理下進一步聚合成完全縮合的聚（庚嗪—三嗪）酰亞胺。通過磷酸氫二鉀（K₂HPO₄）作為電荷轉移介質的輔助，在可見光驅動下，優化后的PHI/PTI基共聚物析氫具有較高的表觀量子產率（AQY=64%）。

密度泛函理論（DFT）計算結果表明，能壘為0.4 eV的半相干界面的形成。因此，由于較低的勢壘和表面存在較強的內建電場，促進了PHI和PTI界面上的載流子轉移，因此該雜化共聚物對制氫反應的光催化活性大大增強。該研究從晶體氮化碳基半導體光催化結界面工程的角度，為合理提高光催化性能提供了物理見解。

Improved Charge Separation in Poly(heptazine-triazine) Imides with Semi-coherent Interfaces for Photocatalytic Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202210849.

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8. Nano Res.：NP-Ag薄膜實現高效地產生太陽能蒸汽

由于淡水資源短缺所帶來的挑戰，太陽能水蒸發被認為是最有前途的技術之一，利用充足的陽光從海里收集清潔的水。其中，納米結構金屬（Nanostructured metals）因其局部的表面等離子體共振效應在太陽能水蒸發中受到廣泛關注，但具有高蒸發效率的高多孔金屬膜具有挑戰性。基于此，山東大學張忠華教授（通訊作者）等人報道了通過對極稀Al₉₉Ag₁合金進行脫合金處理，制備了自支撐的黑色納米多孔銀（NP-Ag）膜，并用于海水蒸發。

稀釋前驅體的選擇性保證了NP-Ag膜的形成，具有高孔隙率（96.5%）和低密度（0.3703 g·cm^-3，甚至比最輕的金屬Li更小）。具有三維（3D）韌帶通道網絡結構和納米級（14.6 nm）的韌帶使NP-Ag膜，在200-2500 nm范圍內表現出良好的親水性和寬帶吸收。

更重要的是，基于NP-Ag薄膜的太陽能蒸發器具有高效的太陽能蒸汽產生效率，蒸發率為92.6%，蒸發速率為1.42 kg m^-2 h^-1，在一次太陽照射下循環穩定性好。此外，該NP-Ag膜具有良好的海水淡化性能，對Mg²⁺、Ca²⁺、K⁺和Na⁺的離子排斥率達到99.3%以上。該研究結果為金屬基光熱薄膜在實際太陽蒸發應用中的設計和制作提供了新的思路和啟示。

Nanoporous black silver film with high porosity for efficient solar steam generation. Nano Res., 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-5068-x.

https://doi.org/10.1007/s12274-022-5068-x.