本文選取了催化領域的最新的優質成果進行匯總，并進行了簡要的介紹，供大家了解和學習。

將固存二氧化碳（CO₂）加氫轉化為甲醇，可以減少CO₂排放，建立可持續的碳循環。但是，由于熱力學平衡的限制和水的失活，CO₂轉化為甲醇仍具有挑戰性。基于此，華東師范大學黃愛生教授和新加坡國立大學Jianwen Jiang（共同通訊作者）等人評價了催化CO₂加氫制取甲醇反應器的反應器類型。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催化層內催化CO₂加氫轉化為甲醇并形成水蒸汽，然后通過親水性LTA膜原位去除產生的水蒸汽，而甲醇由于其親水性較低且體積較大而被限制滲透尺寸。由于蒸汽從反應器中連續快速排出，將克服熱力學平衡限制，從而顯著提高CO₂轉化率。此外，從反應體系中除去水應該有助于避免催化劑失活和副產物的形成，從而提高甲醇的選擇性。實驗測試發現，該反應器催化CO₂加氫轉化為甲醇的轉化率為36.1%、生成甲醇的選擇性達到了100%。此外，可以有效抑制因生成水而導致催化劑的失活，從而保持CMR的高長期活性和選擇性。

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

https://doi.org/10.1002/anie.202106277.

二氧化碳（CO₂）和乙炔（C₂H₂）在尺寸、形狀和物理性質上的相似性使得C₂H₂生產過程中從產品中分離出主要雜質CO₂成為一個巨大的挑戰。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，但是盡在標準壓力下，高的CO₂/C₂H₂吸收率和少量的C₂H₂吸附現象在近幾年才被意外地發現，而且實現這一目標的總體設計策略仍然缺乏。基于此，中科院福建物質結構研究所郭國聰研究員和王明盛研究員（共同通訊作者）等人報道了一種有效的光誘導電子轉移（PIET）策略，并且在具有光致變色活性聯吡啶兩性離子的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構建CO₂優先的MOF。研究發現具有路易斯酸位點或強靜電場的MOF有利于吸附CO₂，并可能適用于容納CO₂和區分CO₂/C₂H₂。兩性離子對于正電和負電基團的存在具有固有的電場梯度，是構建CO₂優先MOF的良好候選者。雙吡啶鎓兩性離子很容易通過PIET形成穩定或亞穩定的自由基產物，表現出電子轉移光致變色現象。其次，還包括一種具有比光活性兩性離子更強的給電子能力的含氧配體。當兩性離子發生分子內電子轉移時，從含O配體到兩性離子的PIET不會導致電場梯度的損失，從而避免了CO₂吸附的減少。同時，C₂H₂易與O原子形成H-C≡C-H…O氫鍵。失去一個電子會削弱O原子的H接受強度，從而使C₂H₂的吸附減少。在光誘導產生自由基物種后，作者首次觀察到了前所未有的光控門效應。這些發現將啟發設計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構上的可調性，使其在電催化領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構仍具有挑戰性。同時，它們在催化過程中長期存在表面組成的不穩定性問題，導致結果存在爭議。基于此，美國佐治亞理工學院夏幼南教授和香港科技大學紹華敏教授（共同通訊作者）等人報道了一鐘簡單的基于種子介導生長合成Pd@Au_xPd_1-x（0.8≤x≤1）核-殼納米立方體的簡單方法。通過優化Au/Pd的比例，Pd@Au_xPd_1-x核-殼的殼層厚度減小到三個原子層，制備出對生成H₂O₂具有優異催化活性、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的低過電位內，具有93-100%的高選擇性。當Au_0.95Pd_0.05合金被限制在只有三層原子厚度的殼中時，電催化劑不僅能夠保持其表面結構和元素組成，而且能以1.62 mol g_(Pd+Au)^-1 h^-1的速率在氧還原過程中連續穩定地生成H₂O₂。因此，該研究為合理開發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.

https://doi.org/10.1002/anie.202105137

ZrZnO_x在催化二氧化碳（CO₂）加氫制取甲醇（MeOH）過程中發揮了重要作用。基于此，廈門大學汪騁教授（通訊作者）等人報道了金屬有機骨架（MOF）中Zn²⁺-O-Zr⁴⁺位點的構建，以揭示對生產MeOH結構要求的理解。其中，通過利用ZnEt₂對MOF-808的Zr₆(μ₃-O)₄(μ₃-OH)₄節點進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進行催化而獲得的Zn²⁺-O-Zr⁴⁺位點。所制得MOF-808-Zn催化劑在250 ℃下的CO₂加氫反應中甲醇選擇性＞99%、空時收率高達190.7 mg_MeOH g_Zn^-1 h^-1，并且催化活性至少可以穩定100 h。通過X射線吸收光譜（XAS）分析表明，Zn²⁺-O-Zr⁴⁺位點取代了Zn_mO_n團簇。氫的程序升溫脫附（TPD）和H/D交換實驗表明，Zn²⁺位點激活了H₂。而開放的Zr⁴⁺位點也很關鍵，因為Zr²⁺位點在沒有開放的Zr⁴⁺位點的其他MOF的Zr基節點上不能產生MeOH。CO₂的TPD揭示了在反應條件下碳酸氫根分解在生成開放的Zr⁴⁺位點用于CO₂活化的重要性。總之，MOFs中金屬氧節點的良好局部結構為闡明雙功能催化位點的結構細節提供了獨特的機會。

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

https://doi.org/10.1021/jacs.1c03283.

強金屬-載體相互作用（SMSI）的構建是多相催化的關鍵策略，使負載型金屬納米催化劑具有熱穩定性和耐燒結性能，并調節催化活性和選擇性。但是，構建在環境條件下高效的SMSI仍然具有挑戰性。基于此，美國橡樹嶺國家實驗室戴勝研究員和Zhenzhen Yang、美國亞利桑那州立大學Shi-Ze Yang（共同通訊作者）等人報道了一種光化學驅動的方法，用于在環境條件下構建SMSI。在紫外線照射下，作者利用TiO_x覆蓋層封裝Pd納米顆粒，同時實現Ti³⁺物鐘的存在和抑制CO的吸附。關鍵在于產生分離的光致還原電子（e^–）和氧化空穴（h⁺），隨后引發Ti³⁺物種/氧空位（O_v）的形成，然后形成界面Pd-O_v-Ti³⁺位點，從而提供具有更高的催化加氫效率的Pd/TiO₂ SMSI。所構建的SMSI層是可逆的，并且光驅動過程可以擴展到Pd/ZnO和Pt/TiO₂。

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

https://doi.org/10.1021/jacs.0c12817.

在非均相催化劑中，金屬-氧化物的相互作用是自發發生的，但是通常以不希望的方式發生，并導致金屬納米顆粒的氧化。雖然操縱這種相互作用可以產生高活性的金屬納米顆粒表面，進而保證最佳的催化活性，但目前尚未確定。基于此，韓國延世大學Jong Hyeok Park和Jeong Woo Han、韓國成均館大學Sang Ho Oh（共同通訊作者）等人報道了一種簡便的合成路線，旨在逆轉Pt/TiO₂光催化劑中鉑納米顆粒（Pt NPs）和二氧化鈦（TiO₂）之間的常規金屬-氧化物反應（稱為逆向工程）。其中，預先還原的TiO₂載體可以逆轉與Pt納米顆粒的相互作用，并且增強Pt的金屬狀態，使得其產氫速率比傳統Pt/TiO₂高出了3倍。Ti價態的空間分辨電子能量損失譜和Pt納米顆粒內的電子密度分布提供了直接證據，支持Pt/TiO₂/H₂O三重連接是水還原最活躍的催化位點。總之，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。

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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氧化物半導體廣泛應用于光催化領域，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電子-空穴對的復合中心，加速電子-空穴對的復合。基于此，南京大學周勇教授和Dunhui Wang（共同通訊作者）等人報道了一種電場處理策略，并將其應用于具有氧空位的TiO₂薄膜以提高光催化效率。在經過電場處理后，TiO₂薄膜中形成了由氧空位組成的導電通道，其電阻降低了近6×10³倍。同時，其CO的產率可以達到1.729 mmol g_cat^-1 h^-1，是目前已報道的TiO₂基催化劑中性能最好的一種。此外，該工作為通過電場增強光催化活性提供了一種有效可行的方法，并且有望在催化領域得到廣泛應用。

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（ORR）在燃料電池中是必不可少的。由于對反應機制的理解不完整，實驗中相對ORR活性的定量預測，在1到50倍的范圍內仍然具有挑戰性，并且缺乏計算工具來解釋活化能的相關小差異（<2.3千卡/摩爾）。基于此，美國科羅拉多大學波爾得分校Hendrik Heinz（通訊作者）等人利用具有界面力場（0.1千卡/摩爾）的高精度分子動力學（MD）模擬，闡明了分子氧在規則和不規則Pt表面和納米結構上的吸附機制。接著，通過局部密度泛函理論（DFT）計算發現，相對ORR活性是由氧氣進入Pt表面所決定，這在很大程度上取決于特定的水吸附層，而電子轉移以類似的緩慢速率發生。總之，MD方法有助于定量預測任何Pt納米結構的相對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.