1. Angew.: h-BN负载Rh₂O₃纳米颗粒用于甲烷部分氧化

在许多催化应用中，活性金属氧化物在载体上的单相形成已被广泛研究，以抑制不需要的反应并确定直接的结构-性能关系。然而，这在纳米范围内很难实现，因为不均匀的金属-载体界面的影响在整个催化剂生长中占主导地位，导致各种亚稳态氧化物的成核而影响活性。因此，首尔国立大学Jongheop Yi团队利用金属氧化物和h-BN载体之间的受控相互作用，开发了一种负载型单相刚玉-Rh₂O₃(I)纳米催化剂。

原子分辨率电子显微镜和第一性原理计算表明，h-BN载体诱导了刚玉-Rh₂O₃(I)纳米催化剂的单相形成，这是由于铑前驱体分解后，Rh₂O₃(I)(110)种子平面优先附着在h-BN表面。之后，Rh₂O₃纳米颗粒与h-BN载体之间的相互作用在较高的煅烧温度下相互作用更强，并维持Rh₂O₃组分，增强了催化稳定性。

此外，Rh/h-BN对等温甲烷反应具有较高的CO选择性(~90%)。该研究结果强调了理解纳米尺度上独特的金属支撑相互作用对于合成单相催化剂的重要性，这可以应用于各种异相反应，以高度控制催化活性和确定催化结构-性能关系。

Single-Phase Formation of Rh₂O₃ Nanoparticles on h-BN Support for Highly Controlled Methane Partial Oxidation to Syngas. Angewandte Chemie International Edition, 2021. DOI:10.1002/anie.202110292

2. JACS: 相结构可控的Pd-Bi纳米催化剂用于电催化ORR

Pt基纳米晶体因其对氧还原反应(ORR)的高催化活性而被认为是用于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的高效且有前景的催化剂。但是热力学稳定相的竞争性形成，具有亚稳态结构的Pd基纳米晶体的合成极具挑战性。基于此，纽约州立大学宾汉姆顿分校Jiye Fang和美国布鲁克海文国家实验室Lihua Zhang等提出了一种简便的一锅法合成方法，通过控制Pd-Bi纳米晶体的晶体结构以提高碱性介质中氧还原反应(ORR)的催化活性和稳定性。

仅通过在相同条件下改变Pd前驱体的类型，可分别精确地合成具有相当尺寸和形态的单斜结构Pd₅Bi₂和常规面心立方(fcc)结构的Pd₃Bi纳米晶体。碳负载的单斜Pd₅Bi₂纳米晶体在碱性介质中表现出优异的ORR活性，提供高达2.05 A/mg Pd的质量活性(MA)。经过10,000次ORR耐久性测试循环后，单斜结构Pd₅Bi₂/C纳米催化剂的MA仍然保持在1.52 A/mg Pd，分别是fcc-Pd₃Bi、商业Pd/C和Pt/C电催化剂的3.6倍、16.9倍和21.7倍。

此外，单斜Pd₅Bi₂/C的结构特征耐久性测试后，该纳米晶体具有原始尺寸、形态、组成和晶相的出色保留效果，大大减轻了Bi组分的浸出。这项工作为合成具有亚稳相的多金属催化剂提供了新的见解，并展示了相依赖的催化性能。

Improvement of Oxygen Reduction Performance in Alkaline Media by Tuning Phase Structure of Pd-Bi Nanocatalysts. Journal of the American Chemical Society, 2021. DOI:10.1021/jacs.1c08644

3. AEM: 激光辐照多孔石墨烯负载的单原子催化剂用于析氢和氧还原

单原子催化剂(SAC)可以提高析氢反应(HER)和氧还原反应(ORR)的内在催化活性。然而，由于合成过程复杂且稳定性不足，挑战仍然存在。因此，香港科技大学罗正汤、加州大学尔湾分校潘晓晴、斯坦福大学Khalil Amine和天津大学杨静等开发了一种可持续的方法被应用于通过激光照射合成SAC并获得介孔氧化石墨烯(MGO)。氮掺杂MGO(NMGO)的表面悬空键从Co或Fe金属泡沫中提取金属原子种类，并通过适当的合成方法将它们转化为SAC。

Co-NMGO电催化剂仅需146 mV的低电位可达10 mA cm^-2的电流密度，而Fe-NMGO电催化剂在酸性溶液中具有起始电压为0.79 V的ORR性能。通过像差校正的扫描透射电子显微镜、X射线吸收近边结构和扩展X射线吸收精细结构确认单个金属原子的存在。

该方法成功应用于合成氧化石墨烯多孔结构，且对于各种层状结构材料(金属氧化物等)都是可行的。而悬键的概念为开发各种重要反应、二氧化碳还原反应(CO₂RR)和氮还原反应提供了一条简单的可持续途径。此外，该研究应用的GCP模型为目前的电化学研究提供了新的见解，以深入了解反应机理。

Laser-Irradiated Holey Graphene-Supported Single-Atom Catalyst towards Hydrogen Evolution and Oxygen Reduction, Advanced Energy Materials, 2021. DOI:10.1002/aenm.202101619

4. ACS Catal.: 用于甲烷干法重整过程中高效脱碳的高性能二元钼镍催化剂

甲烷干法重整(DRM)可以将温室气体(CO₂和CH₄)转化为具有附加值的合成气(CO和H₂)，这是实现碳中和的有前景的方法之一，故设计抗焦化催化剂仍然是有效DRM反应的挑战。基于此，上海大学张登松和纽约州立大学布法罗分校武刚等通过阐明Mo在提高DRM期间Ni基催化剂的抗结焦性方面的促进作用，开发了一种Mo修饰的ZSM-5作为“智能载体”的高效二元Mo-Ni催化剂，它阐述了MoO_x和MoO_xC_y之间的动态变化，在DRM反应过程中实现了高效的碳去除。

添加Mo可抑制Ni氧化和独特的MoO_x↔MoC_xO_y氧化还原循环，同时提高传统Ni催化剂的活性和抗结焦性。此外，Mo的引入保持了更活跃的Ni₀种。通过由Mo改性的Ni/ZSM-5驱动的甲酸盐中间体进一步抑制了DRM期间的结焦。

Mo的存在可以在NiMo合金中保持更多的金属Ni并增强CH₄和CO₂的吸附，这有利于DRM反应。通过使用原位DRIFT光谱观察中间物种的动态变化，NiMo合金可以驱动更有效的DRM路线，可以有效地激活CH₄和CO₂。原位拉曼和原位XRD结果表明固定在沸石上的Mo物种有助于MoO_x之间的变化物种和碳氧化物/碳化物物种，从而实现动态碳去除。这些发现清楚地解释了新开发的NiMo/Z催化剂的催化活性和稳定性增强的原因。这项工作同时实现了优异的活性并构建了实现动态碳去除的“智能载体”，也为设计用于DRM的高效催化剂提供了一种新方法。

High-Performance Binary Mo-Ni Catalysts for Efficient Carbon Removal during Carbon Dioxide Reforming of Methane. ACS Catalysis, 2021. DOI:10.1021/acscatal.1c02124

5. Appl. Catal. B.: 选择性相分离构建强耦合异质界面用于析氧反应

析氧反应(OER)是各种电化学转化系统(即水分解装置、金属-空气电池)中关键的电催化过程之一，它需要较低的活化能和较快的转化动力学以实现最大的功率输出。故开发具有受控结构和化学成分的非贵金属基化合物用于高效OER已成为热点。因此，南京师范大学邱晓雨团队通过一种自上而下和位点选择性的阴离子蚀刻方法，从NiCo普鲁士蓝类似物(PBA)立方体中逐步雕刻出NiCo(OH)₂/NiS₂凹形异质笼(CHC)。

DFT计算表明，这种不添加额外金属源的策略会产生具有中空、凹面和超薄(~16.2 nm)结构，可获得丰富的活性位点，调整电子结构，并诱导Ni的强晶格应变。在OER过程中，NiCo(OH)₂/NiS₂ CHC上电流密度为10.0 mA cm^-2仅需258.0mV的过电位，Tafel斜率为38.3 mV dec^-1，并且在1.0 M KOH中具有良好的长期耐久性。

总之，本工作建立了一个新概念以合成一系列异质结构(即NiCo(OH)₂/NiS₂、NiCoB/NiS₂、NiCoP/NiS₂)。其形成机制包括：(i)S^2-的阴离子蚀刻不足优先在边缘和角落；(ii)内部PBA交叉上的二次阴离子蚀刻，其中控制溶解和重建动力学以确定最终形状。选择性阴离子蚀刻挑战了传统的种子介导的生长以构建明确的异质结构，这为非贵金属纳米结构的各种功能的基础研究和实现开辟了新途径。

Top-Down and Facet-Selective Phase-Segregation to Construct Concave Nanocages with Strongly Coupled Hetero-Interface for Oxygen Evolution Reaction. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120727

6. Appl. Catal. B.: 二氧化锰催化PROX行为的DFT和动力学研究

碳氢化合物和醇类重整(PROX)是制氢的领先技术。由于催化剂存在着中毒问题，大量CO的热电联产阻碍了重整产品输送到聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)、加氢和氨合成工厂。而在不同情况下，锰氧化物的PROX行为仍然未知。因此，梅西纳大学Francesco Arena和巴勒莫大学Francesco Ferrante等通过对模型Mn₄O₈簇上CO、H₂和O₂的吸附和活化能的密度泛函理论(DFT)分析对Mn(IV)位点的氧化功能进行评估。

DFT计算表明，Mn(IV)原子通过涉及催化剂和气相氧物种的反应路径促使CO容易转化为CO₂，而更大的能量势垒阻碍了H₂氧化。因此，具有大量Mn(IV)位点暴露的MnCeO_x催化剂在T≥293K表现出显著的CO氧化性能且T≤393K时无H₂氧化活性。

经验动力学表明，不同的活化能有利于催化剂(353-423K)的优先氧化(PROX)模式，催化剂-氧气迁移步骤决定了CO和H₂的氧化速率。该催化剂100%的转化选择性、72小时反应时间内的高稳定性以及水和CO₂进料的适度抑制作用揭示了MnO₂材料作为高效和低成本的PROX催化剂的潜力。

DFT and Kinetic Evidences of the Preferential CO Oxidation Pattern of Manganese Dioxide Catalysts in Hydrogen Stream (PROX). Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120715

7. Appl. Catal. B.: 铑和氢氧化铋界面处选择性电氧化乙醇为CO₂

提高乙醇氧化反应(EOR)的CO₂选择性是当前的重要研究课题。Rh可以有效地破坏乙醇的C-C键，但由于C1中间体的中毒作用，原始Rh仍然表现出可忽略不计的EOR活性。因此，西南民族大学阳耀月团队基于Langmuir-Hinshelwood机理采用一锅法制备Rh-Bi(OH)₃/C用于EOR催化。所制备的Rh-Bi(OH)₃/C催化剂显著促进了EOR催化，包括质量活性、耐久性和CO₂选择性。

根据构效关系，该催化剂对EOR催化的促进被认为是以下两个方面。最初，基于TEM、XRD和XPS研究，所获得的Rh-Bi(OH)₃/C催化剂应由具有Bi(OH)₃物种表面装饰的Rh纳米粒子构成，该Rh-Bi(OH)₃界面促进了两个物种之间的电子相互作用(MOI效应)，有效地促进在较低电位下去除C1中间体，从而增强EOR催化。另一方面，即使在低过电位下，Rh-Bi(OH)₃界面更容易地富集表面O_Had物种。

CO汽提和原位红外光谱结果表明，即使在氢吸附的潜在区域，CO吸附物也几乎不能在Rh-Bi(OH)₃表面积累。因此，Rh-Bi(OH)₃/C催化剂在碱性介质中对EOR表现出极高的质量活性和长期耐久性，且C1的表观法拉第效率在0.67 V时高达26.2%。预计这项工作将为设计具有高活性和CO₂选择性的新型EOR催化剂提供有益的策略。

Efficient Electrochemical Ethanol-to-CO₂ Conversion at Rhodium and Bismuth Hydroxide Interfaces. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120728

8. Chem. Eng. J.: 超低贵金属掺杂的Ni(OH)₂纳米笼用于电催化氧析出

析氧反应(OER)具有缓慢的四电子过程，是水分解的限制步骤。合理设计具有良好电子和几何结构的高效电催化剂，以应对缓慢的析氧反应(OER)，是水电解解锁氢能广泛应用的关键。

因此，湖南医药学院肖家福和怀化学院杨欣等采用ZIF-8作为结构模板的离子辅助蚀刻方案，成功构建了一种超低贵金属(Ir和Ru)掺杂中空Ni(OH)₂纳米笼电催化剂。得益于高度开放的纳米笼结构，所获得的电催化剂可暴露大量的表面活性位点，并促进质量传输和电荷转移。

另外，在贵金属掺杂的Ni(OH)₂纳米笼促进了Ni(OH)₂的电子结构与氧参与的中间体优化结合。优化的Ir-Ni(OH)₂纳米笼仅需248 mV的超低过电位可实现10 mA cm^-2的电流密度，具有75.5 mV dec^-1的低塔菲尔斜率。通过与商用Pt/C耦合驱动水分解，仅需要1.51 V的槽压就可达到10 mA cm^-2。这项研究不仅提出了一种创新的OER电催化剂，而且为制造先进的电催化剂开辟了一条新途径。

Ultralow Noble Metals Doping Enable Metal-Organic Framework Derived Ni(OH)₂ Nanocages an Efficient Water Oxidation Electrocatalysis. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI:10.1016/j.cej.2021.132478