Revealing the Real Role of Nickel Decorated Nitrogen-Doped Carbon Catalysts for Electrochemical Reduction of CO2 to CO. Advanced Energy Materials, 2021. DOI:10.1002/aenm.202101477
2. Energy Storage Mater.: 局部表面等離子體共振增強非質子Li-O2電池的電化學動力學和產物選擇性
Localized Surface Plasmon Resonance Enhanced Electrochemical Kinetics and Product Selectivity in Aprotic Li-O2 Batteries. Energy Storage Materials, 2021. DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.004
3. Appl. Catal. B Environ.: 氫化TiO2負載Ru在實際條件下用于CO的選擇性甲烷化CO選擇性甲烷化(SMET)有望深度去除過量H2中的低濃度CO。然而，開發適用于實際條件的催化劑仍然是一個巨大的挑戰。因此，中國科學院王曉東、喬波濤和李林等人通過使用氫化TiO2(H-TiO2)作為載體來開發高效SMET催化劑。H-TiO2負載的Ru催化劑可以在200°C-265°C的寬溫度范圍內以大于50%的選擇性將CO去除至10ppm以下，并具有良好的長期穩定性。研究人員認為，從氫化的TiO2到Ru納米粒子的更多電子轉移促進了CO在低溫下的活化和隨后向CH4的轉化。另一方面，從載體到界面處Ru位點的直接電子轉移顯著增強了CO在Ru-TiO2界面處的吸附，從而抑制了CO2解離為CO。原位XPS結合DFT計算表明，H-TiO2上降低的Ru價增強了金屬表面和金屬-載體界面上的CO吸附，分別增強了CO的活化和抑制了CO2的氫化，從而提高了催化劑的活性和選擇性。該策略可以擴展到其他貴金屬催化劑，從而為開發新催化劑和調節催化性能開辟了新途徑。Hydrogenated TiO2 Supported Ru for Selective Methanation of CO in Practical Conditions. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.1205974. Appl. Catal. B Environ.：合理設計共價有機網絡邊緣用于催化生產過氧化氫
過氧化氫的電化學合成在能源系統中具有重要意義，人們已經做出許多努力來開發高選擇性和活性的碳基催化劑。然而，精確控制碳中局部的活性位點和密度仍然是一個挑戰。因此，中國科學院姜政和東華大學羅維等人通過共價有機網絡(CONs)的邊緣缺陷工程構建具有可控密度和活性位點位置以及明確定義的活性能力的催化劑。帶有懸空羰基的優化催化劑在催化2e–途徑的氧還原反應中表現出顯著的活性，選擇性超過99%，法拉第效率達93%。研究人員首先證明了無金屬催化CON可用于H2O2生產。通過構建網絡的邊緣缺陷工程，可以很好地控制CON的催化性能。通過在邊緣加載C=O基團，CON(O-HATP-HKH-CON)在0 V至0.6 V的寬電位范圍內顯示出超過95%的超高選擇性，并且具有超過10小時出色的長期穩定性。DFT計算進一步表明，CONs的活性來自C=O基團旁邊的碳，引入更多的C=O基團促進了OOH*的化學吸附，從而提高了活性和選擇性。這項工作提供了通過調節CONs的邊緣缺陷特性以設計H2O2電合成催化劑的方法思路。Rational Design of Edges of Covalent Organic Networks for Catalyzing Hydrogen Peroxide Production. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120605
5. Appl. Catal. B Environ.：Co3O4基催化劑上丙烷的氧化：闡明Zr摻雜劑的影響
揮發性有機化合物(VOCs)作為工業過程和運輸活動的主要排放物，會對環境和人類健康造成嚴重問題，過渡金屬氧化物作為用于VOC去除的高效催化劑引起了越來越多的關注。其中氧化鈷(Co3O4)是丙烷氧化中使用最廣泛的過渡金屬氧化物之一?；诖?，里昂大學Anne Giroir-Fendler和華東理工大學郭楊龍等人采用檸檬酸鹽溶膠-凝膠法制備了一系列Zr摻雜的Co3O4催化劑(x% Zr-Co3O4)，用于1000 ppm丙烷的催化氧化。使用不同的技術來表征催化劑，證明Zr的加入對x% Zr-Co3O4催化劑的理化性質和催化性能有顯著影響。Zr的引入扭曲了Co3O4結構并抑制了晶體生長，產生了更多的缺陷和更高的表面積。因此，與未摻雜的Co3O4相比，x% Zr-Co3O4催化劑中存在更多的表面Co2+、表面氧空位和表面吸附氧物種，導致丙烷的氧化性能更好。同時研究人員發現，催化活性和表面活性氧濃度之間存在著良好的相關性。在Zr摻雜的Co3O4催化劑中，1% Zr-Co3O4表現出最好的催化性能，丙烷氧化的T90(241°C)比Co3O4低28°C，丙烷轉化率為90%，這是由于優異的低溫還原性，最高的表面Co2+濃度和活性氧含量。在氣流中沒有氧氣的情況下進行的丙烷反應測試表明低量的Zr對x% Zr-Co3O4催化劑的氧遷移率有促進作用。此外，1% Zr-Co3O4在循環和丙烷氧化的長期測試中表現出優異的穩定性，因此是一種具有實際應用潛力的活性催化劑。Total Oxidation of Propane over Co3O4-based Catalysts: Elucidating the Influence of Zr Dopant. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.1206066. Appl. Catal. B Environ.：超薄Co-LDH納米片包裹的分層構造的銀納米線用于高級析氧反應二維超薄Co基LDH已被證明是最有前途的OER電催化劑之一，因為它具有豐富的活性位點和配位不飽和金屬位點，但Co-LDH在用作OER電催化劑時仍存在強大的電子轉移阻力和一般的穩定性，因此需要降低OER反應電子轉移阻力，提高層狀雙氫氧化物(LDH)的位點活性和位點數量，以增強析氧反應(OER)的電化學活性?；诖?，中北大學弓亞瓊團隊構建了在銀納米線(NWs)核上生長的Co-LDH納米片殼的混合物(Ag@Co-LDH)用于OER的電催化劑。Ag@Co-LDH可被視為一種在實際應用中具有巨大潛力的高效OER電催化劑，其性能卓越的因素可歸納如下：(i)Ag的高電導率再加上Ag和Co-LDH之間的異質界面，充分保證了整個系統的快速電子轉移；(ii)Co-LDH納米片在具有許多空腔的Ag NW上的獨特排列利于反應物的轉化和氣體產物的釋放；(iii)ZIF-67通過離子蝕刻得到的具有豐富晶界缺陷的超薄Co-LDH納米片高度貢獻了豐富的活性位點；(iv)Ag摻雜使得Ag@Co-LDH中Co的較高價態非常有利于中間體的吸附。該催化劑Ag@Co-LDH表現出顯著的OER活性，在10 mA cm-2時僅有217 mV的極低過電位。此外，得益于獨特的結構和穩定的異質界面，Ag@Co-LDH還表現出強大的循環穩定性和長期耐久性，分別通過加速降解試驗(ADT)和恒電流試驗得以證明。這項工作為設計高效的基于LDH的OER電催化劑提供了一種新方法。Hierarchically Constructed Ag Nanowires Shelled with Ultrathin Co-LDH Nanosheets for Advanced Oxygen Evolution Reaction. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.1206017. Chem. Eng. J.: Pd@PtNi核殼納米片用于有效的氧還原反應具有中等殼厚度的鉑基超薄核殼納米片催化劑在解決質子交換膜燃料電池(PEMFC)中氧還原反應(ORR)的高活性催化劑問題方面具有巨大潛力?；诖耍?strong>廣西大學沈培康和色薩利大學Panagiotis Tsiakaras等人通過在鈀納米片(Pd NSs)上沉積鉑鎳(Pt-Ni)前驅體，開發了三種不同殼厚度下的Pd/PtNi核殼納米片(Pd@PtNi NSs)催化劑的合成策略。出于比較原因，使用商業Pt/C和Pd@PtNi NSs-1、Pd@PtNi NSs-2和Pd@PtNi NSs-3催化劑測試了ORR電催化性能。當微量濃度的Pt-Ni前驅體沉積在Pd NSs上時，原子的沉積速率遠低于擴散速率，得到沉積不充分且殼厚度最薄的Pd@PtNi NSs-1催化劑。該催化劑的Pd暴露面積最大，因此其活性和耐久性一般。當高濃度的Pt-Ni前驅體沉積在Pd NSs上時，由于原子擴散速率遠低于沉積速率，因此獲得了具有最厚Pt-Ni殼厚度的Pd@PtNi NSs-3催化劑，該催化劑沉積重、涂層不均勻和合金化不足。然而，當適當濃度的Pt-Ni前驅體沉積在PdNSs上時，原子擴散速率與沉積速率相匹配，獲得了具有中等厚度Pt-Ni殼層的Pd@PtNi NSs-2催化劑。結果表明，殼厚適中的Pd@PtNi NSs-2催化劑表現出優異的ORR性能。在0.9 V下，Pd@PtNi NSs-2(1.038 A mg-1Pt+Pd)達到了商業Pt/C催化劑的6.25倍的質量活性(MA)。Pd@PtNi NSs-2的優異性能主要歸因于：i)超薄層結構；ii)核殼結構；iii)Pd核的最大覆蓋率；iv)通過表面原子擴散的最大表面合金化。Shell-Thickness-Dependent Pd@PtNi Core-Shell Nanosheets for Efficient Oxygen Reduction Reaction. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI:10.1016/j.cej.2021.131565
8. Chem. Eng. J.: 中空H-PtCu@SiO2中的空心納米反應器用于選擇性轉移氫化
包含空隙空間的中空金屬納米粒子(HMNs)，由于其獨特的結構決定了其獨特的性質，例如大的表面積與體積比、大的活性表面積、可接近的空隙空間和可作為納米反應器的獨特結構在多相催化研究中引起了研究人員極大的關注?；诖?，東北大學孫宏濱、李曉東和牛盾等人報告了封裝在微孔二氧化硅殼(H-PtCu@SiO2)中的空心PtCu納米粒子，它可以作為具有高催化活性和高穩定性的納米反應器。PtCu@SiO2納米反應器在苯甲腈向二芐胺的轉移氫化中顯示出最先進的催化性能，僅在0.5小時內即可實現高達100%的轉化率和99%的選擇性。H-PtCu@SiO2的空隙限制效應通過將反應物包裹在納米反應器中，對于出色的催化性能至關重要。DFT計算表明二氧化硅殼對氨基硼烷的限制擴散效應，從而降低了還原劑物種的濃度并延長了中間體亞胺的壽命，從而提高了仲胺的選擇性。此外，二氧化硅殼可以有效提高H-PtCu@SiO2納米反應器的催化穩定性，二氧化硅殼可以有效地防止3d過渡金屬Cu的浸出。該研究為設計用于高效和選擇性加氫反應的納米反應器開辟了一條新途徑。A Hollow in Hollow Nanoreactor of H-PtCu@SiO2 for the Selective Transfer Hydrogenation. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI:10.1016/j.cej.2021.131417
