Revealing the Real Role of Nickel Decorated Nitrogen-Doped Carbon Catalysts for Electrochemical Reduction of CO2 to CO. Advanced Energy Materials, 2021. DOI:10.1002/aenm.202101477
2. Energy Storage Mater.: 局部表面等离子体共振增强非质子Li-O2电池的电化学动力学和产物选择性
Localized Surface Plasmon Resonance Enhanced Electrochemical Kinetics and Product Selectivity in Aprotic Li-O2 Batteries. Energy Storage Materials, 2021. DOI:10.1016/j.ensm.2021.08.004
3. Appl. Catal. B Environ.: 氢化TiO2负载Ru在实际条件下用于CO的选择性甲烷化CO选择性甲烷化(SMET)有望深度去除过量H2中的低浓度CO。然而，开发适用于实际条件的催化剂仍然是一个巨大的挑战。因此，中国科学院王晓东、乔波涛和李林等人通过使用氢化TiO2(H-TiO2)作为载体来开发高效SMET催化剂。H-TiO2负载的Ru催化剂可以在200°C-265°C的宽温度范围内以大于50%的选择性将CO去除至10ppm以下，并具有良好的长期稳定性。研究人员认为，从氢化的TiO2到Ru纳米粒子的更多电子转移促进了CO在低温下的活化和随后向CH4的转化。另一方面，从载体到界面处Ru位点的直接电子转移显着增强了CO在Ru-TiO2界面处的吸附，从而抑制了CO2解离为CO。原位XPS结合DFT计算表明，H-TiO2上降低的Ru价增强了金属表面和金属-载体界面上的CO吸附，分别增强了CO的活化和抑制了CO2的氢化，从而提高了催化剂的活性和选择性。该策略可以扩展到其他贵金属催化剂，从而为开发新催化剂和调节催化性能开辟了新途径。Hydrogenated TiO2 Supported Ru for Selective Methanation of CO in Practical Conditions. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.1205974. Appl. Catal. B Environ.：合理设计共价有机网络边缘用于催化生产过氧化氢
过氧化氢的电化学合成在能源系统中具有重要意义，人们已经做出许多努力来开发高选择性和活性的碳基催化剂。然而，精确控制碳中局部的活性位点和密度仍然是一个挑战。因此，中国科学院姜政和东华大学罗维等人通过共价有机网络(CONs)的边缘缺陷工程构建具有可控密度和活性位点位置以及明确定义的活性能力的催化剂。带有悬空羰基的优化催化剂在催化2e–途径的氧还原反应中表现出显著的活性，选择性超过99%，法拉第效率达93%。研究人员首先证明了无金属催化CON可用于H2O2生产。通过构建网络的边缘缺陷工程，可以很好地控制CON的催化性能。通过在边缘加载C=O基团，CON(O-HATP-HKH-CON)在0 V至0.6 V的宽电位范围内显示出超过95%的超高选择性，并且具有超过10小时出色的长期稳定性。DFT计算进一步表明，CONs的活性来自C=O基团旁边的碳，引入更多的C=O基团促进了OOH*的化学吸附，从而提高了活性和选择性。这项工作提供了通过调节CONs的边缘缺陷特性以设计H2O2电合成催化剂的方法思路。Rational Design of Edges of Covalent Organic Networks for Catalyzing Hydrogen Peroxide Production. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120605
5. Appl. Catal. B Environ.：Co3O4基催化剂上丙烷的氧化：阐明Zr掺杂剂的影响
挥发性有机化合物(VOCs)作为工业过程和运输活动的主要排放物，会对环境和人类健康造成严重问题，过渡金属氧化物作为用于VOC去除的高效催化剂引起了越来越多的关注。其中氧化钴(Co3O4)是丙烷氧化中使用最广泛的过渡金属氧化物之一。基于此，里昂大学Anne Giroir-Fendler和华东理工大学郭杨龙等人采用柠檬酸盐溶胶-凝胶法制备了一系列Zr掺杂的Co3O4催化剂(x% Zr-Co3O4)，用于1000 ppm丙烷的催化氧化。使用不同的技术来表征催化剂，证明Zr的加入对x% Zr-Co3O4催化剂的理化性质和催化性能有显著影响。Zr的引入扭曲了Co3O4结构并抑制了晶体生长，产生了更多的缺陷和更高的表面积。因此，与未掺杂的Co3O4相比，x% Zr-Co3O4催化剂中存在更多的表面Co2+、表面氧空位和表面吸附氧物种，导致丙烷的氧化性能更好。同时研究人员发现，催化活性和表面活性氧浓度之间存在着良好的相关性。在Zr掺杂的Co3O4催化剂中，1% Zr-Co3O4表现出最好的催化性能，丙烷氧化的T90(241°C)比Co3O4低28°C，丙烷转化率为90%，这是由于优异的低温还原性，最高的表面Co2+浓度和活性氧含量。在气流中没有氧气的情况下进行的丙烷反应测试表明低量的Zr对x% Zr-Co3O4催化剂的氧迁移率有促进作用。此外，1% Zr-Co3O4在循环和丙烷氧化的长期测试中表现出优异的稳定性，因此是一种具有实际应用潜力的活性催化剂。Total Oxidation of Propane over Co3O4-based Catalysts: Elucidating the Influence of Zr Dopant. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.1206066. Appl. Catal. B Environ.：超薄Co-LDH纳米片包裹的分层构造的银纳米线用于高级析氧反应二维超薄Co基LDH已被证明是最有前途的OER电催化剂之一，因为它具有丰富的活性位点和配位不饱和金属位点，但Co-LDH在用作OER电催化剂时仍存在强大的电子转移阻力和一般的稳定性，因此需要降低OER反应电子转移阻力，提高层状双氢氧化物(LDH)的位点活性和位点数量，以增强析氧反应(OER)的电化学活性。基于此，中北大学弓亚琼团队构建了在银纳米线(NWs)核上生长的Co-LDH纳米片壳的混合物(Ag@Co-LDH)用于OER的电催化剂。Ag@Co-LDH可被视为一种在实际应用中具有巨大潜力的高效OER电催化剂，其性能卓越的因素可归纳如下：(i)Ag的高电导率再加上Ag和Co-LDH之间的异质界面，充分保证了整个系统的快速电子转移；(ii)Co-LDH纳米片在具有许多空腔的Ag NW上的独特排列利于反应物的转化和气体产物的释放；(iii)ZIF-67通过离子蚀刻得到的具有丰富晶界缺陷的超薄Co-LDH纳米片高度贡献了丰富的活性位点；(iv)Ag掺杂使得Ag@Co-LDH中Co的较高价态非常有利于中间体的吸附。该催化剂Ag@Co-LDH表现出显着的OER活性，在10 mA cm-2时仅有217 mV的极低过电位。此外，得益于独特的结构和稳定的异质界面，Ag@Co-LDH还表现出强大的循环稳定性和长期耐久性，分别通过加速降解试验(ADT)和恒电流试验得以证明。这项工作为设计高效的基于LDH的OER电催化剂提供了一种新方法。Hierarchically Constructed Ag Nanowires Shelled with Ultrathin Co-LDH Nanosheets for Advanced Oxygen Evolution Reaction. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI:10.1016/j.apcatb.2021.1206017. Chem. Eng. J.: Pd@PtNi核壳纳米片用于有效的氧还原反应具有中等壳厚度的铂基超薄核壳纳米片催化剂在解决质子交换膜燃料电池(PEMFC)中氧还原反应(ORR)的高活性催化剂问题方面具有巨大潜力。基于此，广西大学沈培康和色萨利大学Panagiotis Tsiakaras等人通过在钯纳米片(Pd NSs)上沉积铂镍(Pt-Ni)前驱体，开发了三种不同壳厚度下的Pd/PtNi核壳纳米片(Pd@PtNi NSs)催化剂的合成策略。出于比较原因，使用商业Pt/C和Pd@PtNi NSs-1、Pd@PtNi NSs-2和Pd@PtNi NSs-3催化剂测试了ORR电催化性能。当微量浓度的Pt-Ni前驱体沉积在Pd NSs上时，原子的沉积速率远低于扩散速率，得到沉积不充分且壳厚度最薄的Pd@PtNi NSs-1催化剂。该催化剂的Pd暴露面积最大，因此其活性和耐久性一般。当高浓度的Pt-Ni前驱体沉积在Pd NSs上时，由于原子扩散速率远低于沉积速率，因此获得了具有最厚Pt-Ni壳厚度的Pd@PtNi NSs-3催化剂，该催化剂沉积重、涂层不均匀和合金化不足。然而，当适当浓度的Pt-Ni前驱体沉积在PdNSs上时，原子扩散速率与沉积速率相匹配，获得了具有中等厚度Pt-Ni壳层的Pd@PtNi NSs-2催化剂。结果表明，壳厚适中的Pd@PtNi NSs-2催化剂表现出优异的ORR性能。在0.9 V下，Pd@PtNi NSs-2(1.038 A mg-1Pt+Pd)达到了商业Pt/C催化剂的6.25倍的质量活性(MA)。Pd@PtNi NSs-2的优异性能主要归因于：i)超薄层结构；ii)核壳结构；iii)Pd核的最大覆盖率；iv)通过表面原子扩散的最大表面合金化。Shell-Thickness-Dependent Pd@PtNi Core-Shell Nanosheets for Efficient Oxygen Reduction Reaction. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI:10.1016/j.cej.2021.131565
8. Chem. Eng. J.: 中空H-PtCu@SiO2中的空心纳米反应器用于选择性转移氢化
包含空隙空间的中空金属纳米粒子(HMNs)，由于其独特的结构决定了其独特的性质，例如大的表面积与体积比、大的活性表面积、可接近的空隙空间和可作为纳米反应器的独特结构在多相催化研究中引起了研究人员极大的关注。基于此，东北大学孙宏滨、李晓东和牛盾等人报告了封装在微孔二氧化硅壳(H-PtCu@SiO2)中的空心PtCu纳米粒子，它可以作为具有高催化活性和高稳定性的纳米反应器。PtCu@SiO2纳米反应器在苯甲腈向二苄胺的转移氢化中显示出最先进的催化性能，仅在0.5小时内即可实现高达100%的转化率和99%的选择性。H-PtCu@SiO2的空隙限制效应通过将反应物包裹在纳米反应器中，对于出色的催化性能至关重要。DFT计算表明二氧化硅壳对氨基硼烷的限制扩散效应，从而降低了还原剂物种的浓度并延长了中间体亚胺的寿命，从而提高了仲胺的选择性。此外，二氧化硅壳可以有效提高H-PtCu@SiO2纳米反应器的催化稳定性，二氧化硅壳可以有效地防止3d过渡金属Cu的浸出。该研究为设计用于高效和选择性加氢反应的纳米反应器开辟了一条新途径。A Hollow in Hollow Nanoreactor of H-PtCu@SiO2 for the Selective Transfer Hydrogenation. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI:10.1016/j.cej.2021.131417
