催化顶刊锦集：Nat. Commun.、JACS、ACB、CEJ等8篇成果精选！

1. Appl. Catal. B Environ.：管内和表面修饰PtRu催化剂在碱性介质中的析氢

对于阴离子交换膜电解，其中的一个挑战就是寻找最佳的析氢反应（HER）催化剂，因为贵金属是稀缺的而非贵金属的性能较差。因此，阿尔托大学化学与材料科学系的Kallio Tanja等人通过直接的溶液合成方法降低了贵金属的含量，合成出Pt-Ru表面纳米粒子和修饰在单壁碳纳米管（SWNT）上的独特管内纳米线。

基于Pt-Ru管内纳米线和表面纳米颗粒活性位点，Pt-Ru SWNT在碱性介质中实现了更高的HER性能，具有低过电位、高电流密度和长期稳定性。Pt-Ru SWNT催化剂在质量归一化的HER活性方面超过了商业化的PtRu 20% C和Pt 20% C。此外，Pt-Ru（10wt%）SWNT在AEM电解槽中是一种很有前途的阴极催化剂，因为它的稳定性（至少24小时）和活性在很低的贵金属负载（34 µg cm^-2）下接近于商用Pt/C阴极催化剂。

DFT计算结果表明，Pt-Ru SWNT催化剂对H^*的吸附减弱，有利于H₂的生成。这项工作不仅开发了Pt-Ru SWNT催化剂的简单合成过程，而且在计算和实验上证实了管内纳米线在电催化活性和稳定性方面的核心作用，为开发成本更低的商用AEM电解槽开辟了新的可能性。

Hydrogen evolution in alkaline medium on intratube and surface decorated PtRu catalyst, Appl. Catal. B Environ., 2022, DOI：10.1016/j.apcatb.2022.121541. https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121541.

2. Appl. Catal. B Environ.：以酵母菌为碳模板的CoNi纳米合金改性蛋黄-蛋壳结构碳笼实现高效析氧反应

开发高效稳定的OER催化剂，有利于提高制氢效率，实现 “碳中和 “目标。在此，哈尔滨工业大学化工与化学学院康红军教授和吴晓宏教授以及哈尔滨工业大学材料科学与工程学院秦伟教授（共同通讯）等人通过绿色合成方法合成了CoNi纳米合金修饰的蛋黄-蛋壳碳笼催化剂（CoNi/NC-YS）

制备的新型CoNi/NC-YS催化剂在1 M KOH条件下具有优异的OER活性，CoNi/NC-YS的过电位低（10 mA cm^-2时为292 mV）还具有较小的Tafel斜率（10 mA cm^-2时为53.8 mV dec^-1）。此外，它表现出突出的稳定性至少24小时没有明显的活性衰减。

实验和密度泛函理论（DFT）结果表明，具有大比表面积的CoNi/NC-YS催化剂有助于暴露更多的活性位点，增加催化剂与电解质的反应接触面积。同时，CoNi纳米合金可以调节CoNi/NC-YS催化剂的电子构型，优化吸附水的吉布斯自由能，加速碱性介质中的OER过程，表现出优异的OER性能。本研究可为可再生能源系统制备纳米合金改性的蛋黄-蛋壳型OER催化剂提供一种低成本和绿色的策略。

CoNi nano-alloys modified yolk-shell structure carbon cage via saccharomycetes as carbon template for efficient oxygen evolution reaction, Appl. Catal. B Environ., 2022, DOI：10.1016/j.apcatb.2022.121551.

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2022.121551.

3. Chem. Eng. J.：通过纳米团簇和单原子进行同步双调制实现高效氧还原电催化

开发具有稳定性能的单原子氧还原反应（ORR）催化剂是至关重要的，而它们不令人满意的内在活性仍然是一个重大挑战。密度泛函理论（DFT）模拟结果表明，Co纳米团簇与Zn单原子（ZnN₄）的同步双调制可以提高Co单原子（CoN₄）位点的本征活性。基于此，吉林大学材料科学与工程学院杨春成教授和蒋青教授（共同通讯）等人成功合成一种高分散的Co/Zn金属原子和纳米团簇固定在多孔N掺杂碳骨架上的多尺度催化剂。

合成的Co₁/Zn₂₀-N-C-200表现出优异的ORR性能，半波电位为正（E_1/2=0.89 V），对甲醇的耐蚀性突出，在碱性介质中的稳定性优越，在某些方面优于大多数非贵金属基催化剂和基准的Pt/C催化剂。Co₁/Zn₂₀-N-C-200在应用于自制的锌空气电池时也实现了1.47 V的高开路电压和116 mW cm^-2的功率密度。

根据DFT计算结果可以发现，通过Co纳米团簇和Zn单原子（ZnN₄）对Co单原子活性位点（CoN₄）的同步双调制，可以增加Co三维轨道的电子密度，调整ORR中间产物的吸附能量，从而提高ORR活性。这项工作可能为有效改变单原子活性中心的电子结构打开一扇大门，有望应用于清洁能源装置的合理设计。

Synchronous Bi-modulation by nanoclusters and single atoms for high-efficient oxygen reduction electrocatalysis, Chem. Eng. J., 2022, DOI：10.1016/j.cej.2022.137441.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137441.

4. Chem. Eng. J.：将CoNiSe₂纳米棒阵列集成到N掺杂的海绵状碳球上用于高效电催化析氢反应

开发高效、稳定、经济的电催化剂用于利用海水进行析氢反应以产生可持续清洁能源是一个十分关键问题。同济大学化学科学与工程学院温鸣教授等人采用连续超声喷雾热解（USP）和溶剂热-水热硒化（SHS）工艺，设计并合成出一种独特的将分层纳米结构CoNiSe₂纳米棒阵列（NRAs）集成在N掺杂海绵状碳球（N-SSCSs）上的催化剂。

由于CoNiSe₂ NRAs的HER活性和N-SSCSs的有效电子转移和离子扩散途径，CoNiSe₂/N-SSCSs纳米复合材料在碱性电解质和模拟海水的电解质中都表现出高度稳定的HER电催化性能。在1.0 M KOH条件下，10 mA cm^-2条件下，过电位低至88 mV, Tafel斜率为83 mV dec^-1，与商用Pt/C电极（η₁₀ = 35 mV, b = 58 mV dec^-1）相当。

Co和Ni原子之间的协同效应有效地调节了H_ads吸附的吉布斯自由能和Volmer步骤中水解的自由能。合成的CoNiSe₂/N-SSCSs电催化剂在碱性电解质和模拟海水的电解质中对HER表现出优异的电催化性能和良好的稳定性。这项工作为碱性电解质和海水中的电催化HER提供了一个新的思路。

Integrating CoNiSe₂ nanorod-arrays onto N-doped sea-sponge-C spheres for highly efficient electrocatalysis of hydrogen evolution reaction, Chem. Eng. J., 2022, DOI：10.1016/j.cej.2022.137335

https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137335.

5. Small Methods：钙钛矿基电催化剂在阴离子交换膜电解槽中的应用

开发低成本、高电流密度、低过电位的非贵金属催化剂全解水技术是大规模制氢的关键。因此，科廷大学邵宗平教授等人利用可以在低电流密度和室温碱性溶液中工作的钙钛矿型氧化物制备出低成本、高活性、耐用的电催化剂，用于零间隙阴离子交换膜电解槽（AEMEC）的高电流密度工作。

采用Ruddlesden-Popper相与单一钙钛矿相混合的复合钙钛矿作为AEMEC 阳极，在60 ℃下电池电压仅为2.00 V时，全解水的电流密度为2.01 A cm^-2，性能稳定。提升温度以促进膜中的阴离子扩散，通过增强晶格氧的参与来提升析氧反应的动力学。

钙钛矿的双功能进一步保证了更经济的对称AEMEC结构，复合钙钛矿作为电极的电池在电池电压仅为2.42 V的情况下提供3.00 A cm^-2的电流密度。这一工作极大地扩展了钙钛矿作为高电流密度工业全解水电催化剂的应用范围，具有很大的实际应用价值。

Perovskite-based electrocatalysts for cost-effective ultrahigh-current-density water splitting in anion exchange membrane electrolyzer Cell, Small Methods, 2022, DOI：10.1002/smtd.202201099.

https://doi.org/10.1002/smtd.202201099.

6. Nat. Commun.：环境湿度条件下赤铁矿对邻苯二甲酸酯水解的影响

邻苯二甲酸酯（PAEs）被广泛用作塑料和墙面涂料的添加剂，造成严重的环境污染，并造成了公众健康问题。基于此，南京大学环境学院谷成教授等人研究证明了赤铁矿在介导PAE水解中的特定侧面效应，环境湿度条件下的反应效率明显高于水过饱和条件下的反应效率。

发现具有特定面控制的赤铁矿纳米颗粒可以在环境湿度条件下有效地催化PAEs的水解，其水解率比水饱和条件下的水解率高两个数量级。赤铁矿的催化性能显示出明显的面依赖性，其反应性依次为{012}>{104}≫{001}，与表面欠配位铁的原子阵列有关。合适的邻近 Fe-Fe 距离为0.34 -0.39 nm的{012}和{104}面能够与PAEs双向配位，从而诱导出更强的Lewis酸催化作用。

该研究可能启发了具有适当表面原子阵列的纳米材料的发展，提高了对低湿度环境下PAEs自然转化的理解并为修复/净化被PAEs污染的环境空气提供了一种有希望的方法。

Facet effect of hhematite on the hydrolysis of phthalate esters under ambient humidity conditions, Nat. Commun., 2022, DOI：10.1038/s41467-022-33950-1.

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33950-1.

7. J. Am. Chem. Soc.：PC-Phos催化的钯杂烯丙基不对称环加成反应

不对称环加成反应是快速构建有机化学中富含对映体的环基序最有力的工具，在这里，复旦大学化学系张俊良教授等人实现了亲电的钯-杂环中间物（Pd-OTMM或Pd-NTMM）与环状或非环状1,3-二烯通过以C-N或C-O键形成为末端的途径进行催化不对称（3+2）环加成反应，以高产率提供高度取代的或融合的吡咯烷和四氢呋喃环。

此研究方法为合成高度功能化的富对映性的吡咯烷和四氢呋喃提供了便利，该方法具有效率高、操作简单、反应条件温和、化学和对映体选择性好等特点。此外，基于研究结果和一些相关的先例，还提出了合理的机制解释这种PC-Phos催化的钯-杂烯丙基环加成反应。

该研究开发了一个高度区域性，非对映选择性和对映选择性钯催化的杂烯丙基前体与各种环和非环1,3-二烯的不对称（3 + 2）环加成反应，为未来的研究提供了新思路。

PC-phos enabled catalytic palladium-heteroallyl asymmetric cycloaddition, J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI：10.1021/jacs.2c09799.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c09799.

8. Nat. Commun.：非产能转移光催化作用下烯烃系链酰基硅烷和烯丙基砜的级联环化反应

开发光诱导的烯系酰基硅烷的级联环化是具有挑战性的，因为酰基硅烷在光的照射下是不稳定的。在此，武汉大学化学与分子科学学院戚孝天教授，武汉大学高等研究院沈晓教授和中国科学院理化技术研究所吴骊珠教授（共同通讯）等人用中性的Eosin Y作为光催化剂，以烯烃-酰基硅烷和烯丙基砜为原料，合成了环戊醇衍生物。

该转化的合成潜力通过构建熔环和桥环化合物得到了强调，能够合成各种 β-取代和 γ-取代的环戊醇衍生物。该反应的成功归因于通过激发的酰基硅烷向具有较低三重态能量的光催化剂的能量转移，抑制了酰基硅烷的分解。

对比于之前利用能量转移促进酰基硅烷的激发态化学反应，本文提出的策略将有助于设计更多的光催化条件下的酰基硅烷基态反应。

Cascade cyclization of alkene-tethered acylsilanes and allylic sulfones enabled by unproductive energy transfer photocatalysis, Nat. Commun., 2022, DOI：. 10.1038/s41467-022-33730-x.

https://www.nature.com/articles/s41467-022-33730-x.

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/2022/11/15/48fefa4f1f/

催化顶刊锦集：Nat. Commun.、JACS、ACB、CEJ等8篇成果精选！

相关推荐