1. Adv. Mater.：高還原石墨烯氧化物有效增強Melon的光電化學析氫性能

在氣候變化時期，可再生能源被廣泛研究，以解決全球能源危機和環境可持續性問題。在可再生能源中，通過太陽能由水產生的氫燃料(綠色氫)因其自發性和生態相容性而受到青睞，而這也就需要開發高效、環境友好和可持續的技術來生產綠色氫。

為此，光催化、光電化學和太陽能水分解正在被努力研究，而這些技術最重要的研究領域之一是合成有效的光催化劑。過渡金屬氧化物/硫族化合物與貴金屬結合通常是優選的光催化劑，然而在實際應用中，無金屬的光催化劑將更有利，尤其是含碳材料。聚合氮化碳(PCN)的未凝聚形式一般稱為Melon，其常被用作光催化劑，但由于其光吸收弱、活化能高、光激發載流子分離效率低，而導致其光轉換效率較差。

基于此，古騰堡大學Wolfgang Tremel、阿卜杜拉國王科技大學Udo Schwingenschl?gl和法赫德國王石油礦產大學Muhammad Nawaz Tahir等人報告了用高還原氧化石墨烯(HRG)設計Melon帶隙的實驗和理論研究。

本文在AM 1.5 G光照下，利用三電極體系測試了不同比例的HRG@melon的光電化學水分解性能。測試后發現，由Melon組成的光電極在光照下僅表現出微弱的光電流，并且具有較高的起始電位。

此外，在-0.75 V_RHE時催化劑的光電流密度僅為0.071 mA cm^-2。相比之下，1% HRG@melon納米復合材料在-0.75 V_RHE時則顯示出最高的光電流密度(0.63 mA cm^-2)，其他含0.1%和2% HRG的光電極沒有表現出更好的光電流。對于含0.1% HRG的復合材料，可能是由于HRG的量不足以產生顯著的效果，而當HRG含量為2%時，催化劑會存在常規的導電行為，在光照下僅產生微不足道的性能改善。

值得注意的是，隨著HRG的增加，催化劑的起始電位向較低的陰極電位顯著偏移，直到HRG含量達到1%(-0.71 V_RHE→-0.24 V_RHE)。因此，在三種不同的HRG@melon光電極中，1%的HRG@melon納米復合材料表現出最好的光電化學性能。

為了更好地了解機理，本文進行了理論計算以研究RG和melon之間的耦合。計算后發現，melon的帶隙為2.6 eV，這與實驗值一致，也與之前的實驗(2.7 eV)和理論(2.6 eV)結果一致。此外，吉布斯自由能差(△G_H*)可用于因研究催化劑的HER活性。令人驚喜的是，在melon中添加HRG顯著改善了催化劑的△G_H*，HRG組分的OH和COOH官能團導致電荷的重新分布，最終降低了HER的活化能。

總之，本文的實驗和理論結果都表明，催化劑增強的析氫反應活性是由于(1)HRG的高表面積；(2)melon的π共軛庚嗪環基團的存在；(3)在HRG和melon的界面上電荷的重新分布。此外，melon中伯胺基團的存在提高了光陽極的潤濕性。綜上所述，本文制備的HRG@melon納米復合材料可以作為綠色、低成本和高效的光催化劑用于相關應用。

Bandgap Engineering of Melon Using Highly Reduced Graphene Oxide for Enhanced Photoelectrochemical Hydrogen Evolution, Advanced Materials, 2023, DOI: 10.1002/adma.202301342.

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2. Chem. Eng. J.：摻雜-界面策略！NiFe LDH實現高效堿性淡水和海水氧化！

通過水分解產生的綠色氫在緩解能源消耗和氣候變化問題方面發揮關鍵作用，而鑒于海水儲量豐富，海水電解是大規模、可持續產生氫氣的誘人途徑。然而，析氧反應(OER)緩慢的動力學限制了產氫效率，貴金屬(Ru和Ir)基電催化劑的使用可以促進OER，但它們的稀缺性和高成本限制了它們的廣泛應用。

此外，氯離子的存在會導致析氯反應(CER)的發生，與陽極OER競爭。除以上問題外，不溶性沉淀物和細菌也會影響電催化劑的穩定性。因此，開發高活性和穩定的OER催化劑是推進海水電解技術的主要挑戰。

基于此，香港理工大學Lawrence Yoon Suk Lee等人通過鋰離子摻雜和g-C₃N₄雜化的方法對NiFe-LDH進行了改性，并提高了其對OER的催化活性和選擇性。

本文利用標準的三電極體系在O₂飽和的1 M KOH中對制備的催化劑進行了OER活性測試。根據極化曲線可以發現，Li-NFL/CN僅需要276 mV的過電位就能達到100 mA cm^-2的電流密度，這明顯低于g-C₃N₄(507 mV)、NiFe-LDH(340 mV)、Li-NFL(299 mV)和商業RuO₂(414 mV)。

此外，從極化曲線獲得的Tafel圖還可以發現，Li-NFL/CN在所有催化劑中具有最低的Tafel斜率(51.5 mV dec^-1)。更加重要的是，當Li摻雜濃度為0.077%且g-C₃N₄:Li-NFL的重量比約為0.001(0.1wt.%)時，催化劑的OER過電位和Tafel斜率最低。

值得注意的是，NiFe-LDH和Li-NFL/CN具有幾乎相同的Fe/Ni比值，這排除了其對OER性能的影響。當Li摻雜和g-C₃N₄含量較高時，催化劑的OER活性則顯著降低，這可能歸因于較差的電導率。之后，本文在鹽水和堿性天然海水電解質中進一步測試了NiFe-LDH的OER活性，以研究它們在海水電解應用中的潛力。令人滿意的是，Li-NFL/CN在鹽水中具有優異的OER性能，并且活性幾乎沒有下降，這表明高濃度的Cl^–離子對其催化活性的影響并不顯著。

然而，其在堿性天然海水電解質(海水+1 M KOH)中的OER活性則明顯下降，這可以歸因于在海水OER過程中形成的細菌、微生物和不溶性沉淀。令人驚喜的是，Li-NFL/CN電極只需要319和401 mV就可以分別達到100和200 mA cm^-2的電流密度，這遠遠低于CER(480 mV)所需的理論過電位。更重要的是，在堿性海水電解質中，在200 mA cm^-2的大電流密度下，Li-NFL/CN電極表現出96.7%的非常高的平均法拉第效率(FE)。

為了揭示Li離子摻雜和雜化對NiFe-LDH的OER性能增強機理，本文進行了密度泛函理論(DFT)計算。與未摻雜的NiFe-LDH相比，Li⁺摻雜和g-C₃N₄雜化均能提高催化劑對Cl^–的吸附自由能，這表明經過Li⁺和g-C₃N₄改性后，Cl^–在NiFe-LDH表面的吸附變得更加困難，這有效地防止了Cl^–對催化劑的腐蝕，進而提高了催化劑的耐腐蝕性能。此外，與NiFe-LDH催化劑相比，Li-NFL和Li-NFL/CN上的CER過程由于Cl^–吸附緩慢而被顯著抑制。

具體來說，Li-NFL和Li-NFL/CN的CER理論過電位分別為0.7 V和1.09 V，這明顯高于極化曲線中觀察到的OER的過電位，這也就解釋了為什么Li-NFL和Li-NFL/CN上OER比競爭性CER更有利，這也導致催化劑具有較高的OER選擇性。之后，本文還利用DFT計算研究了OER中每個步驟的自由能。計算后發現，Li⁺摻雜極有利于M-^*OH步驟，而g-C₃N₄雜化則更有利于M-^*O過程，并將速率決定步驟(RDS)從M-^*OOH改變為M-^*O。

此外，Li-NFL/CN的理論OER過電位為0.53 V，遠低于NiFe-LDH(0.72 V)，這表明Li-NFL/CN具有更好的OER性能。這些理論計算結果與實驗結果相吻合，充分證實了Li⁺摻雜和界面形成的共同作用使得Li-NFL/CN在海水電解中具有較高的OER選擇性和活性。總之，本工作證明了堿性陽離子摻雜與異質界面的有效結合，可以設計出低成本、穩定、高效、選擇性好的海水電解催化劑。

A “doping–interfacing” Strategy Enables Efficient Alkaline Freshwater and Seawater Oxidation by NiFe-layered Double Hydroxides, Chemical Engineering Journal, 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.145293.

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3. Adv. Sci.：混合價有效的增強了Zr基金屬-有機骨架的光催化活性

金屬有機骨架(MOFs)是由金屬離子或由多個有機連接體連接的團簇形成的具有大表面積的多孔材料。作為一個新興的材料，Zr基MOFs已經引起了相當大的研究興趣，并將其作為多相光催化的候選催化劑。此外，Zr離子具有可變的氧化還原態(如Zr⁴⁺/Zr³⁺)，其團簇表現為無機半導體量子實體，而有機連接體，如卟啉和Salen，可以在光激發下活化這些金屬團簇。

盡管其具有這些優點，但它們的光催化活性并不令人滿意，主要是因為最高占據分子軌道(HOMO)和最低未占據分子軌道(LUMO)之間的能帶相對較寬，使得光生電子難以從有機連接體轉移到Zr團簇。

基于此，中國石油大學(北京)李振興、北京理工大學李生華和龐思平(共同通訊)等人通過優化的原子界面策略，將MOF(PCN-222)與醋酸纖維素(CA@PCN-222)雜化，從而降低了Zr離子的平均價態。之后通過光催化CO₂還原反應(CO₂RR)的研究，揭示了CA@PCN-222與金屬載體的電子相互作用機理。

鑒于CA@PCN-222的帶隙比PCN-222窄，并且CA@PCN-222的LUMO能帶超過了CO₂→C₁化合物的還原電勢，甚至達到了甲酸鹽的最負還原電勢(-0.28 V vs NHE)，本文在室溫下測試了CA@PCN-222的光催化CO₂還原活性。值得一提的是，CA@PCN-222對CO₂RR具有顯著的光催化活性。離子色譜法檢測到CA@PCN-222產生HCOO^–陰離子的速率在10 h內可達2816.0 μmol g^-1，是PCN-222(778.2 μmol g^-1)的4倍。

與大多數MOFs基光催化劑相比，CA@PCN-222(280.4 μmol g^-1)表現出較高的CO₂RR性能。此外，催化劑CA@PCN-222產生的副產物量(CH₄和CO)極低，分別為0.007和0.062 μmol(PCN-222為0.012和0.045 μmol)，而H₂和O₂的量未檢測到，這也表明催化劑表現出極高的選擇性(≈99.9%)。更加重要的是，循環實驗表明，在6次循環反應過程中，催化劑CA@PCN-222的HCOO^–產率沒有發生顯著變化。

本文的理論計算結果表明，CA@PCN-222的電荷密度差表現出從CA到Zr-oxo的界面電子轉移(約0.06 e^–)，這與本文的XPS和XAS結果一致，這也導致了Zr d軌道電子的再分布。pDOS結果還說明，與PCN-222相比，CA@PCN-222的價帶(VB)變寬并跨越費米能級(E_Fermi)，這有助于更快的電荷轉移動力學。為了探究PCN-222和CA@PCN-222催化活性的來源，本文還計算了CO₂RR→HCOO^–的自由能圖。

計算結果表明，所有研究模型的CO₂^*和HCOO^*形成過程的能量都是“下坡”的，這表明CO₂的吸附和質子化是自發的。值得注意的是，HCOO^*的脫附過程是速率決定步驟，其中CA@PCN-222的能壘是0.53 eV，對于PCN-222來說則是0.62 eV，這說明通過降低速率決定步驟的能壘有效的提升了CA@PCN-222的催化活性。總之，本文的界面電子策略有望進一步指導研究人員研究先進的高效光催化劑。

Enhancing the Photocatalytic Activity of Zirconium-Based Metal-Organic Frameworks Through the Formation of Mixed-Valence Centers, Advanced Science, 2023, DOI: 10.1002/advs.202303206.

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4. Nat. Commun.：對Co₃O₄(111)、CoFe₂O₄(111)和Fe₃O₄(111)析氧反應性能的比較研究

近年來，在擺脫對化石燃料的依賴的過程中，推動了可再生能源的發展。然而，由于太陽能、風能和潮汐能等能源的自然波動，在生產水平與消耗不匹配的情況下，需要一種有效的能源儲存路徑。一種潛在的能量儲存途徑是通過電解水生產氫氣，當這種能源來自可再生能源時，以這種方式產生的氫被稱為綠色氫。在這一過程中的限制因素是具有緩慢動力學的析氧反應(OER)以及它的高熱力學勢。摻雜Fe的Co₃O₄是有效的OER催化劑，但Fe在其中的作用目前還不清楚。

基于此，弗里茨-哈伯研究所Helmut Kuhlenbeck和Beatriz Roldan Cuenya(共同通訊)等人結合準原位制備和超高真空中的電化學實驗，比較了Co₃O₄(111)，CoFe₂O₄(111)和Fe₃O₄(111)薄膜電催化劑的OER性能。

本文使用來自在實驗的不同階段測試的線性掃描伏安圖的數據，匯總了薄膜氧化物在1.63 V_RHE電位下的OER活性。實驗的第一步是循環伏安測試(從開路電位到OER電位的陽極LSV，然后是陰極LSV到1 V_RHE)。隨后，將電勢恢復到j=1 mA cm^-2時的電勢并保持至少2 h。然后，進行進一步的CV掃描(從OER過程中施加的電位降至1 V_RHE的陰極LSV，然后陽極掃描回到OER條件)。由于電化學實驗是在相同的條件下進行的，并且電化學活性面積(ECSA)已知，因此可以定量地比較薄膜之間的活性數據。由此也發現，Co_1+δFe_2-δO₄(111)(δ=0.2)是此時活性最高的催化劑。

根據本文的研究結果還發現，在給定的濃度范圍內，Co_1+δFe_2-δO₄(111)的活性與Fe濃度之間有一個明顯的關系趨勢：Fe濃度較低的薄膜具有較高的活性，而這種依賴關系是顯著的，催化劑的活性隨著Fe濃度的變化而變化幾倍。更加重要的是，CoFe₂O₄(111)的活性比Co₃O₄(111)高約四倍，比Fe₃O₄(111)高約九倍，其活性嚴重依賴于Co/Fe濃度比。在反應條件下，三種氧化物都被氫氧化物覆蓋，對于CoFe₂O₄(111)，通過部分Fe溶解，氫氧化物的Fe/Co濃度比得到穩定。

總之，本文的研究結果表明，Co₃O₄(111)和Co_1+δFe_2-δO₄(111)在OER條件下基本穩定，但Fe₃O₄(111)部分轉變為立方γ-Fe₂O₃相。Co_1+δFe_2-δO₄(111)是最優異的催化劑，在OER過程中，Co_1+δFe_2-δO₄(111)通過溶解失去了Fe，最終達到了一個穩定的低Fe濃度，而Co的溶解則沒有被檢測到。OER 2小時后，Co₃O₄(111)表面出現顆粒狀結構，而Co_1+δFe_2-δO₄(111)和Fe₃O₄(111)的表面結構幾乎沒有變化。

雖然Co₃O₄(111)最初具有較高的OER活性，但隨著OER的進行而降低，本文將其歸因于：催化劑引入到包含具有更多還原Co²⁺位點和羥基的電解質后形成的表面層的較高活性。相反，Co_1+δFe_2-δO₄(111)活性在OER條件下升高，在還原條件下降低，本文將這一發現歸因于Fe表面濃度升高鈍化表面。綜上所述，本文的研究結果將促進未來Co基OER電催化劑的發展。

Comparative Study of Co₃O₄(111), CoFe₂O₄(111), and Fe₃O₄(111) Thin Film Electrocatalysts for the Oxygen Evolution Reaction, Nature Communications, 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-40461-0.

https://www.nature.com/articles/s41467-023-40461-0.

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5. Adv. Mater.：缺陷工程立大功！原子分散Fe催化劑實現高效氧還原！

質子交換膜燃料電池(PEMFCs)被認為是一種有前景的環保能源轉換裝置，其可以降低環境污染和減少人類對化石燃料的持續依賴。然而，氧還原反應(ORR)的能壘阻礙了高性能PEMFCs的實現，因此在過去的幾十年里，人們進行了大量的研究以獲得優異的ORR催化劑。在這種情況下，基于鉑族金屬(PGM)的催化劑被認為是最理想的ORR電催化劑，因為它們對氧中間體具有適當的吸附能。然而，這些材料的高價格和低儲量阻礙了它們的大規模應用。

基于此，韓國西江大學Seoin Back、韓國國民大學Segeun Jang和韓國科學技術院Jinwoo Lee(共同通訊)等人通過缺陷工程調整Fe-NC催化劑的局部環境，提高了其ORR性能。

為了研究缺陷工程對Fe-NC催化劑ORR活性的影響，本文利用旋轉圓盤電極(RDE)以及線性掃描伏安法(LSV)在O₂飽和的0.5 M H₂SO₄電解質中對催化劑進行了電化學測試。研究后發現，Fe-NC催化劑表現出較低的起始電位(E_onset，0.87 V)和半波電位(E_1/2，0.803 V)，這表明其ORR性能不優異。相比之下，700 CO₂ Fe-NC催化劑則表現出優異的ORR性能，其E_onset為0.93 V，E_1/2為0.83V，這些值與先前報道的最先進的非貴金屬催化劑相當，并且接近于商業Pt/C催化劑(Pt：20wt.%，E_onset=0.98 V，E_1/2=0.85 V)。

然而，進一步提高活化溫度至800和900 °C時，催化劑的ORR性能顯著降低，E_1/2分別為0.815和0.798 V。這種火山狀的半波電位值趨勢表明，700 CO₂ Fe-NC催化劑具有最優的缺陷結構。值得注意的是，與其他Fe-NC催化劑相比，700 CO₂ Fe-NC催化劑還表現出更高的動力學電流密度(16.09 mA cm^-2)和更低的Tafel斜率(59.26 mV dec^-1)，這些結果均表明其具有優異的ORR性能。

本文應用了一種簡單的CO₂活化方法制備了Fe-NC電催化劑，并且基于CO₂活化和Fe³⁺吸附的兩步合成策略形成了原子分散的含有Fe-N₄的Fe活性位點和具有相鄰缺陷位點的軸向氧配體結構。根據Fe-N₄位點的本征活性和結構中缺陷數量之間的相關性，本文中使用不同活化溫度制備的CO₂活化的Fe-NC電催化劑的ORR性能具有火山形狀的趨勢。很明顯，700 CO₂ Fe-NC催化劑的電子結構包含了合適數量的缺陷位點，從而誘導了高效的ORR。

此外，密度泛函理論計算結果表明，Fe-N₄位點相鄰孔隙數的變化，可使得Fe-N₄位點的電子結構發生改變，從而優化其中間體吸附能和ORR活性。更加重要的是，當利用ORR性能最優的700 CO₂ Fe-NC催化劑時，PEMFC(H₂/O₂)獲得了最大的峰值功率密度。綜上所述，本文的研究結果為優化原子分散的Fe催化劑的微環境以提高其ORR性能提供了指導，同時也表明了這類催化劑在其他電化學反應中的適用性。

Insight into Defect Engineering of Atomically Dispersed Iron Electrocatalysts for High-Performance Proton Exchange Membrane Fuel Cell, Advanced Materials, 2023, DOI: 10.1002/adma.202302666.

https://doi.org/10.1002/adma.202302666.

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6. Appl. Catal. B：單原子Ru/NiFe LDH實現高效5-羥甲基糠醛氧化和析氧反應

化石燃料的過度消耗導致了嚴重的環境問題，包括白色污染、空氣污染和大量的二氧化碳排放。為解決這一問題，可再生綠色生物質和生物質衍生的化學品為合成具有高附加值的化學品和生物燃料提供了有前景的途徑，以替代化石燃料。HMF(5-羥甲基糠醛)是一種呋喃化合物，可以轉化為多種高附加值的化合物來替代化石燃料。在一系列由HMF轉化的高附加值化學品中，2,5-呋喃丙二酸(FDCA)是眾多化學品和呋喃基聚合物的重要中間體。

基于此，中山大學李曉云等人采用兩步電沉積法，將Ru單原子負載在NiFe LDH(Ru_0.3/NiFe)上，有效的提高了催化劑的吸附能力。以Ru_0.3/NiFe為催化劑，本文對其進行了5-羥甲基糠醛氧化反應(HMFOR)和析氧反應(OER)測試。

為了研究催化劑的電催化活性，本文在1.0 M KOH電解質中利用三電極體系對催化劑進行了電化學測試。從線性掃描伏安(LSV)曲線得到的結果可以發現，與NF和NiFe相比，Ru_0.3/NiFe催化劑顯示出最低的起始電位。Ru_0.3/NiFe的低起始電位表明，Ru_0.3/NiFe活性界面上具有增強的M-Oads。

此外，當電流密度為10 mA cm^-2時，Ru_0.3/NiFe催化劑表現出216 mV的OER過電位和61 mV dec^-1的Tafel斜率。與NF(419 mV，111 mV dec^-1)和NiFe(274 mV，86 mV dec^-1)以及其他Ru/NiFe催化劑相比，Ru_0.3/NiFe催化劑表現出優異的OER性能。之后，本文繼續研究了Ru_0.3/NiFe的HMFOR性能。

令人滿意的是，在10 mA cm^-2的電流密度下，Ru_0.3/NiFe的過電位比NiFe和NF分別小64和213。與OER相比，該催化劑在HMFOR中表現出較低的起始電位，而較低的起始電位有利于HMFOR的發生。總之，本文的測試結果表明，第三元素Ru的引入可能對Ni²⁺和Fe³⁺的電子環境產生了影響，電子協同作用可能也有助于提高催化劑的催化活性。

綜上所述，本文提出了一種簡單的電沉積-陽離子沉積策略來制備雙功能的負載Ru單原子的NiFe-LDH催化劑。通過一系列的表征可以觀察到，Ru成功地負載到NiFe-LDH結構中，Ru³⁺周圍的電子云轉移到Fe³⁺，Ru³⁺吸引Ni²⁺的電子云，Ru單原子負載通過調整電子結構優化催化劑對HMF的吸附能。NiOOH是一種高級的Ni²⁺物質，在HMF反應中發揮活性物質的作用。有趣的是，Ru在HMFOR中促進了DFF的形成，從而提高了FDCA的產率。

更加重要的是，本文的密度泛函理論(DFT)計算結果表明，Ru負載引起的催化劑的HMFOR活性的提高與電子結構的改變之間具有明顯的相關性。Ru原子在晶體表面電荷轉移導致的低配位態，使得Ru原子成為吸附-OH的最佳位點，從而促進電催化產生的FeNiOOH在HMF中捕獲COHO中的質子，從而實現電子轉移。總之，本研究不僅介紹了雙功能和高性能單原子電催化劑的新概念，而且為電催化氧化HMF實現可持續和有價值的生物質生產提供了深刻且全面的機制。

Single-Atoms Ru/NiFe Layered Double Hydroxide Electrocatalyst: Efficient for Oxidation of Selective Oxidation of 5-Hydroxymethylfurfural and Oxygen Evolution Reaction, Applied Catalysis B: Environmental, 2023, DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.123157.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.123157.

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7. Adv. Energy Mater.：氧化鎢中形成的Br?nsted酸位點有助于提高Ru位點的酸性水氧化性能

氫氣(H₂)被廣泛認為是傳統化石燃料的理想替代能源之一。電解水，由間歇性的風能和太陽能等可再生能源提供動力，被認為是一種簡單且有吸引力的生產氫氣的技術。堿性電解槽作為目前最成熟的制氫技術，由于堿性電解液操作壓力低和電阻大，存在效率有限等問題。

相比之下，質子交換膜(PEM)電解槽具有電解質電阻低、電流密度大、電壓效率高、對可再生能源適應性好等重要優點。然而，在陽極電極上發生的析氧反應(OER)，在酸性電解質中具有過大的過電位和緩慢的反應動力學。盡管人們在改進先進的RuO₂催化劑的催化性能方面做出了大量的努力，但是其催化活性仍然遠遠不能滿足PEM的要求。

基于此，香港城市大學李子健、青島科技大學秦清和劉希恩(共同通訊)等人制備了一種酸穩定的W₁₈O_49-δ基體約束的Ru固溶體氧化物，其Ru負載量比商業RuO₂低，并且通過結合Br?nsted酸位點，提高了催化劑的酸性OER性能和穩定性。

本文利用標準的三電極體系評估了Ru_0.6W_17.4O_49-δ在酸性介質中的電催化性能。同時，也與RuO₂和W₁₈O₄₉的電化學性能進行了比較。正如預測的那樣，Ru_0.6W_17.4O_49-δ在10 mA cm^-2的電流密度下表現出252 mV的過電位，比之前的商業RuO₂(315 mV)和最近報道的酸性OER催化劑性能優異。然而，純W₁₈O₄₉則沒有表現出明顯的OER活性。

此外，Ru_0.6W_17.4O_49-δ的Tafel斜率為50 mV dec^-1，RuO₂的Tafel斜率則為78 mV dec^-1，這表明Ru_0.6W_17.4O_49-δ的反應動力學較快，氧化鎢對OER的動力學具有顯著影響。更令人高興的是，Ru_0.6W_17.4O_49-δ在1.53 V_RHE和1.6 V_RHE下的質量活性分別為27110 A g^-1_Ru和55977 A g^-1_Ru，比商業RuO₂高10.8倍和10.9倍。

除了以上結果，長期穩定性也是評價催化劑能否實際應用的重要指標。本文采用計時電位法測試了所制備的催化劑的催化穩定性。令人滿意的是，Ru_0.6W_17.4O_49-δ在連續運行超過45 h后表現出增強的穩定性，其過電位變化可以忽略不計，而商業RuO₂只能維持10 h的連續測試。

之后，本文采用密度泛函理論(DFT)計算進一步研究了催化劑的催化反應機理。計算后發現，Ru_0.6W_17.4O_49-δ中Ru 4d、W 5d和O 2p軌道之間存在強軌道重疊，這表明Ru、W和O之間具有強原子間相互作用，這大大提高了Ru_0.6W_17.4O_49-δ在電催化過程中的結構穩定性。由于Br?nsted的強酸性，Ru-O_bri-W位點上的H吸附能(0.10 eV)遠低于商業RuO₂(-1.17 eV)，因此Ru-O_bri-W位點的去質子化能壘較低，這意味著Ru-O_bri-W位點上的去質子過程更快。

為了深入了解Ru_0.6W_17.4O_49-δ的電子性質對OER的影響，本文對RuO₂和Ru_0.6W_17.4O_49-δ進行了PDOS計算。由于Ru-O-W局域結構的形成，Ru的d軌道向費米能級移動，Ru_0.6W_17.4O_49-δ的Ru-d帶中心為-1.91 eV，商業RuO₂的Ru-d帶中心為-2.35 eV。根據d帶理論，Ru_0.6W_17.4O_49-δ與OER中間體之間的結合比商業RuO₂更強，這與OH、O、OOH的吸附自由能計算結果一致。

這些結果表明，Br?nsted酸位點(W-O_bri-Ru)的引入優化了橋接氧輔助去質子化途徑下析氧反應中的質子轉移過程。這項工作強調了一種有前景的策略，有利于設計高效和穩定的酸性OER催化劑實際應用于PEM電解槽。

Enhancing the Catalytic Kinetics and Stability of Ru Sites for Acidic Water Oxidation by Forming Br?nsted Acid Sites in Tungsten Oxide Matrix, Advanced Energy Materials, 2023, DOI: 10.1002/aenm.202301673.

https://doi.org/10.1002/aenm.202301673.

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8. Chem. Eng. J.：Ni(OH)₂將PET衍生的乙二醇高效電催化重整為甲酸鹽

自20世紀50年代以來，塑料因其生產成本低、具有多種特性，已成為人類文明中不可或缺的物品。聚對苯二甲酸乙二酯(PET)約占塑料的10%，全球每年生產約7000萬噸。遺憾的是，大多數的PET被丟棄、填埋或焚燒，這不僅危害生態環境，也浪費了自然資源。因此，廢舊PET的回收利用已成為了一項迫切的科學和社會挑戰。

目前，大約90%的PET回收是機械回收，回收的材料與原始的PET相比性能有所下降。為了解決這一問題，人們在化學回收方面做了大量的努力。遺憾的是，目前的這些策略仍然存在高能耗、低效率和復雜的工藝流程，極大地限制了它們的適用性。因此，迫切需要開發新的方法來回收廢舊PET。

基于此，中國科學院理化技術研究所石睿和陳勇(共同通訊)等人利用Ni(OH)₂/NF電催化重整PET衍生的乙二醇(EG)生成甲酸鹽，即使在工業電流密度下(>500 mA cm^-2，1.60 V_RHE)，催化劑的法拉第效率和選擇性也大于90%。

本文以Ni(OH)₂/NF作為工作電極，采用標準的三電極體系研究了其在堿性電解質中的電催化性能，系統地評價了Ni(OH)₂/NF的OER和EGOR性能。在沒有EG的情況下，Ni₂P/NF和Ni₂P-LDH/NF表現出更好的OER性能，這是由于其較小的Tafel斜率和降低的電荷轉移電阻。加入EG后，Ni(OH)₂/NF則表現出最優異的EGOR活性，起始電位向1.25 V_RHE偏移。值得注意的是，在電流密度為100 mA cm^-2時，催化劑的EGOR和OER之間的電位差為430 mV，這意味著通過抑制OER可以實現較大的電流密度。

此外，當使用PET水解物進行LSV測試時，得到的電流密度與在商業EG中相比略有下降，這可能是由于PET的不完全水解。與這些典型的催化劑和文獻中報道的最先進的催化劑相比，Ni(OH)₂/NF在大電流密度下實現高法拉第效率方面具有較大的潛力。隨后，本文利用計時電位法測試了催化劑的拉第效率。

令人興奮的是，Ni(OH)₂/NF在超過500 mA cm^-2的工業規模電流密度下，顯示出最高的法拉第效率(93.2%)和甲酸鹽產率(3.48 mmol cm^-2 h^-1)。基于上述結果可以得知，Ni(OH)₂/NF的EGOR活性優于上述所有催化劑。

為了闡明催化劑的EGOR與OER相比具有顯著增強的催化活性，本文進行了原位電化學拉曼測試。當電位不足以驅動EGOR(≤1.20 V_RHE)時，未觀察到明顯的拉曼特征峰。當施加的電位超過1.30 V_RHE時，可以在~474和558 cm^-1處觀察到NiOOH信號，分別對應于Ni-O的彎曲和拉伸振動，這是由Ni(OH)₂轉換為NiOOH。

隨著電位的增加，雙峰強度增加，這與EGOR的LSV電流密度的急劇增長相一致。此外，當電位降至開路電位(OCP)時，NiOOH的拉曼振動消失。這些結果表明，原位形成的NiOOH與EGOR呈正相關。

在這項工作中，本文通過原位電化學拉曼光譜進一步證明了NiOOH對EGOR的協同貢獻。根據文獻報道還可以得知，NiOOH同時也是OER的活性物質，然而OER的NiOOH峰值強度遠遠小于EGOR，這表明OER產生的NiOOH量很小。根據間接氧化機理，EG的氧化消耗NiOOH并形成Ni(OH)₂，從而需要更多的電流將Ni(OH)₂氧化為NiOOH。NiOOH的大量產生導致EGOR的電流密度更大，這是一個協同促進的過程。

變溫原位電化學拉曼光譜顯示，與H-Ni(OH)₂/NF相比，Ni(OH)₂/NF生成NiOOH的表觀活化能更低，這更有利于EG的氧化。本文的工作不僅為廢PET的電催化重整開發了一種優良的電催化劑，而且為回收的廢PET的工業應用提供了一個新的視角。

Selective Electrocatalytic Reforming of PET-derived Ethylene Glycol to Formate with a Faraday Efficiency of 93.2% at Industrial-level Current Densities, Chemical Engineering Journal, 2023, DOI: 10.1016/j.cej.2023.145292.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145292.