1. Energy Environ. Sci.：探究鈣鈦礦表面Fe位點和Sr空位在晶格氧氧化參與的高效OER中的關鍵作用
鈣鈦礦催化劑上由晶格氧氧化（lattice oxygen oxidation, LOER）參與的析氧反應（OER）由于其低反應能壘而引起了研究人員的極大興趣。然而，由于鈣鈦礦的表面結構在催化過程中是動態的，因此LOER的活性位點和貢獻因素仍不清楚，這嚴重限制了高效鈣鈦礦催化劑的發展。
基于此，四川大學李高仁教授和內蒙古大學張江威（共同通訊作者）等人報道了他們通過使用蝕刻方法，設計并制造了具有表面Fe位點和Sr空位的高效La/Sr（LaxSr1-xCoO3-δ, LSC, x≤0.5）基鈣鈦礦催化劑，用于LOER，并建立了LOER與動態表面結構之間的關系。
通過密度泛函理論（DFT）計算和先進的原位表征，如原位X射線吸收近邊緣結構（XANES）和原位拉曼光譜，表明表面Fe位點是LOER的催化中心，而Sr空位可以促進LOER通過提高O 2p水平。此外，飛行時間二次離子質譜（tof-SIMS）和微分電化學質譜（DEMS）表明，鈣鈦礦上的LOER是通過吸附的16OH轉變為Co-18O-16O的晶格氧動態變化來實現的。
通過18O同位素標記實驗發現，優化后的具有表面Fe位點和Sr空位的LSC鈣鈦礦表現出優異的電催化性能，在電解池和膜電極組件（MEA）配置中均優于被認為是OER的高性能催化劑的貴金屬RuO2/C。該研究不僅證明了表面Fe摻雜和Sr動態溶解對高效LOER的關鍵作用，而且為高性能鈣鈦礦催化劑的設計鋪平了道路。
Key Roles of Surface Fe Sites and Sr Vacancies in Perovskite for Efficient Oxygen Evolution Reaction Participated by Lattice Oxygen Oxidation. Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2EE00264G.
https://doi.org/10.1039/D2EE00264G.
2. Energy Environ. Sci.：稀土氧化物促進CO2轉化為甲酸鹽
二氧化碳還原反應（CO2RR）的電催化選擇性引起了極大的關注，但是仍然面臨著巨大的挑戰。其中，構建界面成為有效調節電活性和選擇性的高級策略。基于此，南開大學杜亞平教授和香港理工大學黃勃龍教授（共同通訊作者）等人報道了通過簡單的靜電紡絲方法合成一種均質CeO2/Bi3NbO7纖維管電催化劑，該電催化劑對甲酸的選擇性顯著提高了84.73%，在CO2RR中具有顯著的耐久性。
CeO2作為觸發器起著至關重要的作用，CeO2的引入可以降低材料的結晶度，顯著改變電子相互作用和配位環境，激活Bi3NbO7的CO2RR活性位點，顯著提高HCOOH的產率。密度泛函理論（DFT）計算表明，引入CeO2極大地優化了Ce-4f軌道的電子轉移效率和O-軌道的激活。這種電子結構保證了HCOOH形成的反應趨勢得到很大改善，并抑制了CO的形成。
更重要的是，對比傳統合成方法，該方法為大規模生產高效界面電催化劑提供了一種簡單的方法。由界面引起的調制使HCOOH具有高選擇性和高產率。該工作為利用界面效應開發未來優異的CO2RR電催化劑提供了一種新穎而先進的策略。
Interfacial Effect induced by Rare Earth Oxide in Boosting Conversion of CO2 to Formate. Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2EE01710E.
https://doi.org/10.1039/D2EE01710E.
3. Nat. Commun.：Ni/Yb2O3助力堿性電催化HER
鎳（Ni）基催化劑的活性位點密度、本征活性和耐久性對其在工業堿性水電解中的應用至關重要。基于此，天津師范大學杜淼教授和李程鵬研究員（共同通訊作者）等人報道了一種促進劑，即方鐵錳礦型鑭（Ln）系金屬倍半氧化物（Ln2O3），可以通過選擇性高溫還原將其植入金屬Ni中，從而實現Ni/Ln2O3雜化電催化劑的高效析氫反應（HER）。
在文中，作者通過選擇性高溫還原方法制備了一系列石墨板（GP）負載的Ni/Ln2O3雜化物。值得注意的是，Ni/Ln2O3電極相對于Ni電極具有更高的HER活性和長期穩定性，并揭示了Ln2O3作為優異的電催化促進劑的增強效果。此外，經過篩選的Ni/Yb2O3雜化物具有低H2O解離能壘和優化的H-/OH-結合能，其具有低過電位（電流密度為10 mA cm-2時為20.0 mV）、低Tafel斜率（44.6 mV dec-1）和優異的長期耐久性（電流密度為500 mA cm-2時可穩定運行360 h），顯著優于金屬Ni和基準Pt/C催化劑，表明Yb2O3是一種優選的材料。
此外，在堿性條件下HER的促進劑比CeO2高。具有高熱力學穩定性的強耦合Yb2O3不僅可以防止Ni在高溫燒結過程中的團聚，而且還可以避免Ni在長期HER測試中的化學腐蝕。該發現不僅開辟了立方方錳鐵礦型Ln2O3作為電催化促進劑的應用，而且使Ni/Yb2O3成為商業電解槽的有前途的陰極材料。
Bixbyite-type Ln2O3 as promoters of metallic Ni for alkaline electrocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-31561-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-31561-4.
4. Nat. Commun.：高性能雙極膜中水離解催化劑的設計原理
水解離（WD, H2O→H+ + OH–）是雙極膜（bipolar membranes, BPMs）中限制能源效率的核心過程。盡管電場和催化效應都被用來描述WD，但是兩者的相互作用以及WD催化劑的基本設計原則仍不清楚?；诖?，美國俄勒岡州立大學Shannon W. Boettcher（通訊作者）等人報道了新的BPM設計原則，這些原則源自對定義明確的定制BPM架構的數值模擬和測量，這些架構具有受控的WD催化劑負載、粒度、組成和電性能。
作者發現對于TiO2等半導體納米顆粒，存在明顯的最佳負載/厚度范圍，~10-30 μg cm-2（~200-600 nm厚度）和粒徑（20-30 nm），在此范圍內性能顯著下降。對于電子導體，包括銻摻雜氧化錫（ATO）、IrOx和Pt納米顆粒，最佳負載量要高得多（>100 μg cm-2），最佳性能窗口更寬。
在（電斷開的）BPM結內的WD催化劑層的移動電子似乎屏蔽并將電場聚焦到AEL|WD-催化劑和WD-催化劑|CEL界面處的狹窄區域，加速催化WD。與預期相反，作者發現粒徑<20 nm的TiO2會降低性能，其提供了可以發生WD反應的更高表面積，這也可以通過電場效應來解釋。通過共同控制這些參數，作者展示了銳鈦礦TiO2 WD催化劑層，使BPM純水電解槽在電流密度為500 mA cm-2下產生O2和H2，在2 V以下的創紀錄低電壓。這些先進的BPM可能會加速新的電滲析、碳捕獲和碳利用技術的部署。
Design principles for water dissociation catalysts in high-performance bipolar membranes. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-31429-7.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-31429-7.
5. Angew. Chem. Int. Ed.：雙功能Fe卟啉阻轉異構體在CO2還原中的作用
在酶中，活性位點殘基的功能不同以促進化學反應。但是，合成催化劑很少能實現這種角色專業化的分工?；诖?，陜西師范大學曹睿教授和張學鵬副教授（共同通訊作者）等人報道了利用兩個順式或反式排列的陽離子N, N, N-三甲基芐胺基團修飾的Fe卟啉催化CO2還原。
在文中，作者報道了以順式排列的兩個陽離子基團修飾的Fe卟啉1的合成和CO2RR活性，顯示出Fe卟啉對電催化CO2轉化為CO具有活性和選擇性。與帶有中間體-鄰-三甲基苯胺的Fe卟啉不同，其中陽離子單元遠離Fe中心，作者在1中將兩個三甲基芐胺單元直接懸掛在卟啉平面上。作為對照，還合成了Fe卟啉2-4。配合物2有兩個反式排列的陽離子單元，而3和4分別帶有一個和零個懸掛在卟啉上的陽離子單元。
催化研究表明，CO2RR活性順序為1 > 2 > 3 > 4。密度泛函理論（DFT）研究表明，1的兩個陽離子單元比單個陽離子單元更有效地改善CO2結合，更重要的是它們可以促進C-O鍵斷裂通過各自與CO2加合物和苯酚質子源以合作的方式相互作用。該工作對于展示合成分子催化劑的示例具有重要意義，該催化劑使用角色專用策略進行底物活化。
Role-Specialized Division of Labor in CO2 Reduction with Doubly-Functionalized Iron Porphyrin Atropisomers. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202209602.
https://doi.org/10.1002/anie.202209602.
6. Nano Energy：ZnAl-LDHs用于廢水修復
對結構性能相關性的理解有助于合理設計對催化活性具有深遠影響的壓電光催化材料?；诖?，暨南大學朱明山研究員和蘭申玉博士后（共同通訊作者）等人報道了將不同厚度的ZnAl-層狀雙氫氧化物（ZnAl-LDHs）應用于壓電光催化降解卡馬西平（CBZ）污染物的過程。
超薄ZnAl-LDHs片材（ZnAl-U）的壓電光催化效率達到95.8%，CBZ降解的反應速率常數為0.148 min-1，分別是薄ZnAl-LDHs（ZnAl-T）和塊狀ZnAl-LDHs（ZnAl-B）的1.61和3.02倍。該結果歸因于ZnAl-U對光照射和外部應力比ZnAl-T和ZnAl-B更敏感，因此產生更高的電流和更多的活性氧（O2??, HO?和1O2）用于CBZ的壓電光催化降解。
此外，ZnAl-U的壓電光催化速率常數是單個壓電催化和光催化之和的3.36倍，這是由于壓電場促進了光生電子-空穴對的分離，并調制了帶能量的排列，導致協同增強的壓電光催化反應。該工作揭示了結構對ZnAl-LDHs壓電光催化性能的意義，并強調了壓電場在改善光催化過程中的作用。
Thickness-dependent piezo-photo-responsive behavior of ZnAl-layered double hydroxide for wastewater remediation. Nano Energy, 2022, DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107583.
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107583.
7. Nano Lett.：鐵酸鉍實現高效電化學硝酸鹽還原
由于其溫和的操作條件，電化學硝酸鹽還原反應（nitrate reduction reaction, NO3RR）已成為可持續NH3合成的一種有吸引力的廢物變富方法。然而，為這種復雜的八-電子反應開發具有高活性和法拉第效率（FE）的催化劑是一項巨大的挑戰?；诖耍?strong>香港科技大學邵敏華教授和南方科技大學谷猛副教授（共同通訊作者）等人報道了一種具有扭曲鈣鈦礦型結構的鐵酸鉍（BiFeO3）薄片，是一種通過硝酸鹽還原電化學合成NH3的優異催化劑。
在堿性電解質中，BiFeO3催化劑在-0.6 V vs. RHE下實現了96.85%的法拉第效率（FE）和90.45 mg h-1 mgcat-1的NH3產率。耐久性測試表明，催化劑在長期電還原后仍保持高活性。掃描透射電子顯微鏡（STEM）顯示，在施加偏壓后，結晶BiFeO3變成了非晶相。
此外，電子能量損失譜（EELS）和X射線光電子能譜（XPS）結果表明，Bi和Fe的平均價態都降低了。該研究不僅報道了一種出色的NO3RR電催化劑，而且揭示了硝酸鹽電還原過程中BiFeO3的真實形態和化學狀態，為未來電催化劑的合理設計和機理研究鋪平了道路。
Bismuth Ferrite as an Electrocatalyst for the Electrochemical Nitrate Reduction. Nano Lett., 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02026.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02026.
8. Nano Research：MoNi4-基中空納米棒用于肼氧化輔助節能海水制氫
海水電解可以解決水資源短缺問題，實現碳中性氫的電網規模生產，同時面臨高能耗和氯化物腐蝕的挑戰。其中，在熱力學上更有利的肼氧化反應（HzOR）輔助水電解是節能和無氯制氫的有效方法?；诖耍?strong>青島科技大學王磊教授和遲京起副教授（共同通訊作者）等人報道了在泡沫鎳（NF）上具有擴大的中空直徑的MoO2納米棒負載的MoNi合金（MoNi@NF），該合金是通過NiMoO4納米棒的退火和熱還原來限制Ni的向外擴散而構建。
所制備的具有擴大中空結構的MoNi@NF結合了高活性MoNi合金、界面工程和分散良好的中空納米棒的優點，賦予了其在堿性水和海水系統中對HER和HzOR的顯著雙功能電催化活性和穩定性。中空納米棒催化劑不僅在電流密度為1000 mA·cm-2下對HER和HzOR分別實現了僅240 mV和470 mV的超低工作電位。
此外，通過在雙電極海水系統中耦合HzOR和HER，在1000mA·cm-2時電壓僅為0.54 V，在海水電解中也實現了活性整體肼裂解（OHzS）性能，比無肼系統低1.51 V，并且在電流密度為100 mA·cm-2以上保持至少100 h的長期穩定性，以及近100%的法拉第效率（FE）。同時，MoNi@NF基電極與堿性海水電解相比，HzOR在海水中的電極每升氫氣可節省2.94 W·h，能量當量輸入降低37%。該工作為通過海水裂解合成用于碳中和的和穩定節能制氫的MoNi合金基電催化劑提供了一種經濟的方法。
Reduction-induced interface reconstruction to fabricate MoNi4-based hollow nanorods for hydrazine oxidation assisted energy-saving hydrogen production in seawater. Nano Research, 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-4614-x.
https://doi.org/10.1007/s12274-022-4614-x.
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