催化顶刊集锦：Nature、JACS、Angew.、CEJ、ACB等成果精选！

1. Angew. Chem. Int. Ed.：电化学钯催化烯醇的氧化羰基化-环化作用

电化学反应作为一种绿色反应和原子经济战略，在过去几年中已经成为传统化学氧化剂的有效替代品，基于此斯德哥尔摩大学有机化学系的Jan-E. Bäckvall等人报告了一种电化学氧化钯催化烯醇羰基化-碳环化反应以得到γ-内酯和螺内酯，其过程具有良好的化学选择性且比化学氧化条件下的反应更有效率。

在R¹位上有脂肪族和芳香族取代基或者引入大的烷基取代基时烯丙醇顺利地进行了羰基化-碳环化反应，以良好的产率得到了γ-内酯类产物。此外，当烯骨架上具有一个酯基时也能产生所需的产物。值得注意的是，这些反应在室温下3小时内完成，这比相应的非电化学反应与某些化学氧化剂的反应时间要短得多，这一结果表明电催化比非电化学氧化在这一串联过程中更有优势。

电化学氧化Pd催化羰基-碳环化反应表现出对不同官能团的耐受能力，电催化过程对这一串联过程有加速作用。该研究为电催化系统的设计提供了一种新思路。

Electrochemical palladium-catalyzed oxidative carbonylation-cyclization of enallenols, Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202212131.

https://doi.org/10.1002/anie.202212131.

2. Appl. Catal. B-Environ.：通过0D/2D CeO₂量子点修饰SrIrO₃纳米片的电子调制实现稳健高效的酸性析氧

SrIrO₃是酸性介质中析氧反应（OER）的替代性电催化剂。然而，由于长期电催化过程中不可避免的Sr浸出，其结构稳定性阻碍了它们的实际可行性。在此，中国地质大学（武汉）材料科学与化学学院赵凌教授等人提出了一种CeO₂量子点修饰SrIrO₃纳米片的0D/2D异质结构，以实现在恶劣的酸性环境中持久和活跃的OER。

CeO₂@SrIrO₃电催化剂在酸性介质中具有出色的OER活性和良好的耐久性，在10 mA cm^-2的电流密度下的过电位为238 mV并在0.5 M H₂SO₄中具有50小时的良好稳定性，这可归因于CeO₂的修饰起到了保护作用以及CeO₂@SrIrO₃异质结构的界面电荷重新分布导致OER能垒降低。

此外，基于CeO₂@SrIrO₃的优异性能，采用CeO₂@SrIrO₃组装的水电解槽具有较高的活性和良好的稳定性。该研究为通过界面电子重排制备异质结构以获得高电催化活性和稳定结构的可行性提供了依据。

Realizing robust and efficient acidic oxygen evolution by electronic modulation of 0D/2D CeO₂ quantum dots decorated SrIrO₃ nanosheets, Appl. Catal. B-Environ., 2022, 10.1016/j.apcatb.2022.121579.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121579.

3. Appl. Catal. B-Environ.：单原子铂和CoS之间的界面协同作用促进析氢反应催化

尽管单原子在析氢反应（HER）中发挥了重要作用，但基底与单原子协同作用的本质仍不清楚。基于此，中国科学技术大学应用化学系王功名教授等人通过将铂单原子锚定在CoS载体上（Pt@CoS），揭示了铂单原子和基底在碱性HER催化中的作用。

电化学结果表明，CoS与Pt单原子之间的协同效应可以有效地提高CoS的HER性能。制备的Pt@CoS催化剂具有较高的质量电流密度和良好的碱性HER活性，过电位在10 mA cm^-2处为28 mV。此外，CoS催化剂在100 mV时的质量电流密度比基准Pt/C高了45倍，具有显著的催化性能。

DFT计算表明，Co上的锚定Pt单原子通过界面协同效应使周围Co位点形成更多的未杂化轨道，有利于水分解动力学。同样，Pt位点也可以作为活性位点促进后续H₂的生成，从而协同促进碱性HER催化。该研究通过对CoS和Pt单原子相互作用的深入研究为利用界面协同效应设计高效催化剂提供了有价值的见解。

Interfacial synergies between single-atomic Pt and CoS for enhancing hydrogen evolution reaction catalysis, Appl. Catal. B-Environ., 2022, DOI：10.1016/j.apcatb.2022.121534.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121534.

4. Appl. Catal. B-Environ.：动态阴离子调节构建S掺杂FeOOH实现高电流密度的析氧反应

氢氧化铁（FeOOH）作为铁基电催化剂的真正活性物种，在工业全解水中有着巨大的前景。然而，不良的导电性和析氧反应（OER）动力学阻碍了它的催化性能。因此，中国石油大学（华东）化学化工学院的董斌教授和柴永明（共同通讯）等人通过一个简单的动态阴离子调节策略，有效的提高了FeOOH的OER活性。

当电解质和催化剂材料中硫含量分别为223 mg/kg和0.01 mol/L时，制备的0.01 S-FeOOH₊₁₀₀₀/IF催化剂具有良好的OER活性，在1000 mA cm^-2处过电位低至358 mV并具有长时间的稳定性。同时，0.01 S-FeOOH₊₁₀₀₀/IF在碱性阴离子交换膜电池中显示出稳定的电池电压为2.12 V，在24小时内达到1000 mA cm^-2。

物理表征分析和理论计算表明硫的掺杂可以提高OER中Fe²⁺的百分率，降低速率决定步骤的反应能垒。这项工作证明了通过动态阴离子调节和大电流活化过程制备高活性和良好稳定性催化剂的策略的价值，这为设计不再受严重热力学不稳定性限制的材料提供了可能性。

Dynamic anion regulation to construct S-doped FeOOH realizing 1000 mA cm^-2‑level‑current‑density oxygen evolution over 1000 h, Appl. Catal. B-Environ., 2022, DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121571.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121571.

5. Nature：光催化剂颗粒中电荷转移的时空成像

使用光催化剂颗粒分解水是一条很有前途的太阳能燃料生产途径，因此研究单个光催化剂颗粒的电荷转移过程并且明确它们的机制是十分关键的。因此，中国科学院大连化学物理研究所范峰滔教授和李灿教授（共同通讯）等人对氧化亚铜光催化剂颗粒进行了时空分辨的表面光电压测量，在单颗粒水平上绘制了飞秒到秒级的整体电荷转移过程。

根据研究可以发现光生电子在亚皮秒时间尺度上通过面间热电子转移准确的转移到催化表面，而光生空穴则在微秒时间尺度上通过选择性捕获转移到空间分离的表面并稳定下来。

该研究证明这些超快的热电子转移和各向异性的捕获机制，挑战了漂移-扩散模型的经典认知，有助于在光催化中实现有效的电荷分离并改善光催化的性能，促进光催化剂的合理设计。

Spatiotemporal imaging of charge transfer in photocatalyst particles, Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-022-05183-1.

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05183-1

6. J. Am. Chem. Soc.：用于深层生物正交化学的碳质纳米葫芦催化剂

新型异相铜催化剂因其优异的稳定性和生物相容性，在前体药物的原位活化等方面得到了广泛的应用。因此，中国科学院长春应用化学研究所曲晓刚等人开发了一种具有良好生物相容性的近红外光可控碳质纳米葫芦催化剂，用于生物膜内药物的主动靶向合成，作为一种稳健的通用生物正交平台。

与现有的生物正交异质催化剂显示出较差的被动扩散运输不同，CNC-Cu提供了一种近红外光可控的主动扩散模式，使系统具有更强的固化效果。此外，还可以通过改变近红外光的功率来调整CNC-Cu的运动行为，也可以通过切换近红外激光来控制CNC-Cu的开/关运动，证明了CNC-Cu可以在深层生物膜层产生活性分子，去除生物膜并根除被屏蔽的细菌。

此工作将启发开发具有改进运动和催化性能的纳米催化剂，以实现更有效的生物正交化学并有助于开发一个稳健的生物正交平台，用于在深层生物系统中活性靶向合成药物。

A Motor-based carbonaceous nanocalabash catalyst for deep-layered bioorthogonal chemistry, J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c09599.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c09599.

7. Chem. Eng. J.: 光热转化原位加热对多金属氧酸盐@电荷转移络合物的强化催化氧化

低能区近红外吸收可有效地用于光热转换，此过程为遵循特定的分子组成方法在新兴的光热催化中进行有价值的扩展提供了可能性。为了开发新型光热材料来提高催化剂的催化活性，吉林大学化学学院吴立新教授等人将具有强近红外吸收的阳离子型电荷转移络合物与系列聚阴离子簇进行静电络合，制备了复合催化剂。

制备的这些尺寸为5-10 nm的纳米组装催化剂显示出综合的近红外光热效应和高度增强的催化作用，可将甲苯及其衍生物温和地氧化成相应的醇类，并具有高转化率和高选择性。在保持3,3′,5,5′-四甲基联苯胺的近红外光热稳定性的同时，无机团簇的催化活性也得到了很大的提高。实现了在外部加热条件下无法实现的转化率的增长，并证明了将硫醚和烯烃温和氧化成具有可接受的催化循环性和结构稳定性的硫醚和环氧化物。

本文的策略为催化反应带来了一系列的优势，改变了加热形式，提供了更有效的催化活性，可以推广到其它多金属氧酸盐催化剂，用于硫化合物和烯烃在水相和有机相的氧化等反应。

Reinforced catalytic oxidation of polyoxometalate@charge transfer complex by on-site heating from photothermal conversion, Chem. Eng. J., 2022, 10.1016/j.cej.2022.137134.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137134.

8. Chem. Eng. J.：解压MWCNTs以控制边缘和异原子缺陷揭示其在乙醇气相氧化脱氢制乙醛过程中的作用

生物乙醇是一种很有前途的乙醛生产候选物。因此在这项研究中，阿德莱德大学化学工程和先进材料学院王少彬教授和中国石油大学（华东）新能源学院智林杰教授（共同通讯）等人通过纳米切割策略将多壁碳纳米管可控地解压成开放边缘的纳米管/纳米带杂化体，以实现乙醇无金属氧化脱氢生成乙醛的反应。

用丰富的边界型边缘缺陷和一定水平的sp³边缘-N缺陷设计的N-UNCNTs在48小时后（300℃，气时空速为48,000 mL gcat^-1h^-1）可以达到47.9%的稳定乙醇转化率和90.2%的乙醛选择性，这意味着富含缺陷的纳米碳化物在乙醇的氧化脱氢过程中有很好的应用前景。

这项工作深入阐明了边缘和杂原子缺陷对选择性乙醇氧化的相互作用，可以指导合理设计具有目标边缘缺陷结构的新型候选催化剂，以实现可持续和可扩展的乙醛生产。

Unzipping MWCNTs for controlled edge- and heteroatom-defects in revealing their roles in gas-phase oxidative dehydrogenation of ethanol to acetaldehyde， Chem. Eng. J., 2022, DOI：10.1016/j.cej.2022.137150.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137150.

原创文章，作者：华算老司机，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2022/11/09/1e07ffbd27/

催化顶刊集锦：Nature、JACS、Angew.、CEJ、ACB等成果精选！

相关推荐