催化顶刊精选：Nature子刊、EnSM、Appl. Catal. B.、ACS Catal.等

Nat. Commun.: 无机 Cs₂SnI₆钙钛矿上单原子Pt-I₃位点用于高效光催化产氢

有机-无机卤化铅钙钛矿是一类新型半导体材料，在光催化制氢方面具有巨大潜力，但其光催化活性低、有机组分不稳定，尤其是铅毒性极大地阻碍了其发展。因此，北京大学郭少军团队报道了一种报道了一种抗溶解环境友好型钙钛矿为载体，Pt-I₃均匀分散的催化剂，在室温下HI水溶液中实现高效光催化制氢。

作者通过在过量氢碘酸(HI)溶液存在下对乙酸铯和乙酸锡(II)进行一锅水热处理合成，然后浸渍铂配合物。随后，在H₂/Ar气氛中在160℃下活化1小时后获得PtSA/Cs₂SnI₆。与固定在Cs₂SnI₆ (PtNP/Cs₂SnI₆)上的铂纳米颗粒相比，制备的PtSA/Cs₂SnI₆催化剂的周转率(TOF)提高了176.5倍，优于目前报道的所有负载Pt的卤化钙钛矿光催化剂，并具有良好的催化稳定性。

结合电荷载流子动力学研究和DFT计算，发现Pt-I₃物种独特的配位结构和电子性质有助于SMSI效应，促进Cs₂SnI₆的光生电子转移到Pt单原子，同时降低吉布斯自由能并加速制氢动力学。这项工作为促进钙钛矿复合材料高效产氢的研究开辟了一条新途径。

Single-atom Pt-I₃sites on all-inorganic Cs₂SnI₆ perovskite for efficient photocatalytic hydrogen production. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-24702-8

Energy Storage Mater.: 亚氨基二乙腈诱导合成二维PdNi/Ni@碳纳米片双功能电催化剂可作锌-空电池阴极

开发用于氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)的高活性、稳定和导电的双功能电催化剂是可充电锌空气电池的关键步骤。南京师范大学唐亚文和付更涛等人根据亚氨基二乙腈(IDAN)的独特分子结构，设计并构建了一种新型有机金属配位聚合物(OCP)，用于合成分层的N掺杂碳纳米片锚定PdNi/Ni杂化物(PdNi/Ni@NC)。

IDAN中的氰基配体可以通过dsp²杂化与M²⁺(M=Pd and Ni)形成低自旋平面四方配合物，而氨基配体倾向于通过sp³与M²⁺形成高自旋四面体配合物杂化，这不仅诱导了二维碳纳米片的形成，而且在热解后加强了金属-碳的相互作用。Pd和Ni合金化会导致反应位点的几何形状和电子结构发生显着变化，从而导致Pd和Ni具有不同的催化行为。

优化后的PdNi/Ni@NC可作为一种出色的双功能电催化剂，对ORR具有0.89 V的正半波电位，在电流密度为10 mA cm^-2时对OER具有360 mV的低过电位，优于商业贵金属基电催化剂。此外，与昂贵的Pd/C₊RuO₂^–相比，PdNi/Ni@NC作为空气阴极可以使可充全固态锌-空气电池获得更高的功率密度和更长的循环寿命。

Iminodiacetonitrile induce-synthesis of two-dimensional PdNi/Ni@carbon nanosheets with uniform dispersion and strong interface bonding as an effective bifunctional eletrocatalyst in air-cathode. Energy Storage Materials, 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.027

Appl. Catal. B Environ.: 铜铂合金催化剂上硝基苯的选择性电催化加氢

硝基苯(Ph-NO₂)选择性催化加氢生成高附加值的偶氮、偶氮和氨基苯化合物在有机合成工业中非常重要，但大多数催化剂更容易过度加氢形成氨基苯。因此，格里菲斯大学赵惠军和中国科学院张海民等人报道了锚定在炭黑上的超细Cu_xPt_y合金纳米粒子(Cu_xPt_y/C)，用于选择性电催化硝基苯(Ph-NO₂)氢化。

已经优化电子结构Cu₃Pt/C电催化剂由于Cu和Pt的强电子相互作用，可以有效促进Ph-NO₂的吸附和活化。另外，酸性介质有利于氨基苯的生产，并且与施加的电位无关。而电催化加氢产物则高度依赖于碱性介质中的还原电位。Cu₃Pt/C几乎可以将100%的Ph-NO₂进行转化: 在1.0 M KOH中，在0.3 V_RHE时偶氮苯的选择性为~99%; 在 -0.3 V_RHE时氨基苯的选择性为~99%。

Ph-NO₂在1.0 M KOH 中在低还原电位下以高选择性形成偶氮苯(Ph-N = NO-Ph)，归因于 Ph-NO*与Ph-N*的组合具有有利的能垒，同时，偶氮苯(Ph-N = NO-Ph)形成的能垒与氨基苯(Ph-NH₂)形成的能垒不同，因此通过控制外加电位可以有效调节加氢产物的选择性。

Selective electrocatalytic hydrogenation of nitrobenzene over copper-platinum alloying catalysts: Experimental and theoretical studies. Applied Catalysis B: Environmental，2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120545

Appl. Catal. B Environ.: CeO₂/Cu_1.5Mn_1.5O₄在富H₂和低温下光载流子增强光热催化水煤气转化

水煤气转换(WGS)反应(H₂O + CO ↔ H₂ + CO₂ )提供了一种将有毒CO转化为CO₂的简便方法，同时将H₂O还原为清洁的H₂燃料，广泛应用于用于燃料电池的煤气化和氢气提纯制氢。但在不含贵金属的催化剂上进行低温水煤气转换(WGS)反应以在富H₂气氛中实现完全CO 转化，仍然是一个巨大的挑战。因此，天津大学叶金花和华中师范大学欧阳述昕等人报道了提出了一种在CeO₂/Cu_1.5Mn_1.5O₄催化剂中的半导体桥接活性位点的构建，用于在光照射下进行光热WGS 反应。

作者采用浸渍法合成了CeO₂/Cu_1.5Mn_1.5O₄(CCMO)催化剂，在CCMO催化剂上光载流子增强光热催化WGS反应机制可能为：CeO₂半导体在反应中起双功能作用。一方面，它将来自Mn物种活性位点的H₂O还原的活性氧传输到Cu物种活性位点，以在Cu_1.5Mn_1.5O₄表面氧化CO。另一方面，CeO₂产生的光生电子迁移到Mn物种参与H₂O的还原。在热催化下吸附在Cu物种上的CO与晶格氧反应形成CO₂，氧空位被CeO₂提供的活性氧填充。另外，CO氧化过程中产生的电子会转移到CeO₂与光生空穴结合。

在整个催化过程中，氧化还原反应活性位点之间桥接的CeO₂有助于氧循环和精确的电子迁移，这对提高光热催化剂的催化效率起着关键作用。从CeO₂注入光载流子进入活性位点后，表观活化能降低61%，使WGS反应能够在225°C下进行。该催化剂在30 min内实现了96.6%的CO转化率，随后系统中剩余0.18 vol.%的CO，满足工业标准(< 1 vol.%)。

Photocarriers-enhanced photothermocatalysis of water-gas shift reaction under H₂-rich and low-temperature condition over CeO₂/Cu_1.5Mn_1.5O₄ catalyst. Applied Catalysis B: Environmental，2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120551

Appl. Catal. B Environ.: 具有嵌入CoO的三维多孔N掺杂石墨碳框架用于光催化CO₂还原

大气中CO₂的过量排放严重影响了自然碳循环的平衡，引起了许多环境问题，特别是全球变暖问题。因此，武汉大学赵焱和刘胜等人报道了一种简便的聚合物热处理方法已用于制造嵌入CoO (CoO@N-GCs)的3D多孔N掺杂石墨碳框架，用作光催化还原CO₂的催化剂。

所得的CoO@N-GC-500催化剂对水中CO₂的光还原表现出优异的光催化性能和稳定性。在可见光照射下，CH₄和CO的最大产率和分别为10.03 μmol/(h·g)和5.16 μmol/(h·g)。CoO@N-GC-500的高光催化性能归因于光生电子-空穴对的有效分离、大的比表面积和强的可见光吸收能力。

CoO@N-GC-500的优异性能归因于四个因素：(i) CoO@N-GC-500催化剂的层状多孔结构有助于吸收光，并实现光的多次反射；(ii) CoO@N-GC-500的纳米片结构和高比表面积为CO₂还原提供了丰富的吸附、活化和反应位点；(iii)优化的电荷传输途径可有效抑制光生载流子复合并保留光生电子和空穴的活性。

Three-dimensional porous N-doped graphitic carbon framework with embedded CoO for photocatalytic CO₂ reduction. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120546

Appl. Catal. B Environ.: 多孔硼、氮共掺杂碳高效电还原CO₂

制备具有高选择性的用于CO₂还原的高效且经济的电催化剂仍面临巨大挑战性。因此，北京化工大学刘栋和张利鹏等人报道了一种由硼、氮共掺杂的多孔碳(BNMC)组成的用于CO₂还原反应(CO₂ RR)的低成本高效电催化剂及其催化机理。

作者通过碳化含有尿素、双氰胺、葡萄糖和硼酸的前驱体以及二氧化硅作为CO₂RR的低成本无金属催化剂的模板，改变热解温度和模板量来调节BNMCs的孔结构和B、N含量。N和B原子的共掺杂和介孔结构有利于提高CO₂RR的催化活性。掺杂的B原子与N原子配合可以调节碳活性位点的投影态密度，在碳表面产生适当的*COOH和*CO吸附能。

具有优化杂原子掺杂和孔结构的BNMC在低过电位(423 mV)下，能够以2.7 mA cm^-2的电流密度(j_co)和95 %的高FE实现高效的CO₂RR到CO，性能优于比掺氮介孔碳(在473 mV的过电位下FE_CO=84%)。

Boron, nitrogen Co-doped carbon with abundant mesopores for efficient CO₂ electroreduction. Applied Catalysis B: Environmental，2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120543

ACS Catalysis: Fe-Nb复合氧化物用于高效NH₃-SCR

氮氧化物(NO_x)是主要的空气污染物，会引起各种环境问题，包括光化学烟雾、酸雨和臭氧消耗。通过金属氧化物催化剂以NH₃选择性催化还原NO_x(NH₃-SCR)技术能够有效减少NO_x。因此，中国科学院贺泓和余运波等人报道了在CTAB的辅助下，通过共沉淀制备了一系列以NH₃选择性催化还原NO_x(NH₃-SCR)的Fe-Nb复合氧化物。

获得的FeNb_0.4O_x-C催化剂表现出优异的SCR性能，在250 °C-400 °C和250 000 h^-1的高 GHSV条件下，NO_x转化率超过90%。另外，当制备过程中存在CTAB时，Fe和Nb能够之间产生强烈的相互作用，适当比例的Fe-Nb催化剂能够促进形成γ-Fe₂O₃，从而调整Fe₂O₃的结构。

强烈的Fe-Nb相互作用不仅在低温下诱导产生更多的还原性Fe，而且增强了催化剂表面酸性，这两者都为FeNb_0.4O_x-C催化剂带来了更多的活性位点。由于氧化还原酸位点之间的这种强相互作用，更多的NO_x物种在FeNb_0.4O_x-C上吸附和活化，从而在NH₃-SCR过程中表现出高反应性。

Design of high-performance iron-niobium composite oxide catalysts for NH₃-SCR: Insights into the interaction between Fe and Nb. ACS catalysis，2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c01619

ACS Catalysis: 吸附和表面反应促进Rh_8-xCo_xP₄双金属磷化物催化苯乙烯加氢甲酰化活性

开发用于苯乙烯加氢甲酰化的高活性多相催化剂是一项重大挑战。因此，清华大学王铁峰团队报道了一种二氧化硅负载的高度分散的Rh_8-xCo_xP₄双金属磷化物，并评估了它们在苯乙烯加氢甲酰化反应中的催化性能。

通过在Rh₂P中掺杂第二种金属Co，将催化苯乙烯加氢甲酰化活性进一步提高了1.7倍，在 Rh₇CoP₄/SiO₂上的最高TOF达到了2563 h^-1。另外，Co的加入在不改变晶体结构的情况下调整了表面Rh原子的电子环境，反应活性也与Co比例呈抛物线关系。DFT计算表明，Co 掺杂降低了表面反应的总活化能，同时破坏了H₂吸附。

对于Rh_8-xCo_xP₄/SiO₂催化剂，当x≤ 2时，表面Rh 原子带正价并且H₂吸附是放热的。因此，加氢甲酰化速率主要取决于与苯乙烯浓度有关的一级表面反应。然而，当x>2 时，表面Rh 原子带负电，H₂吸附在热力学上变得不利。然后反应活性取决于H₂吸附并且与苯乙烯浓度无关。作者引入了δE，它是总活化能和H₂和与苯乙烯的共吸附能的总，可以预测活性。Co的适量添加降低了δE值并促进了活性，而过度掺杂会增加δE。

Activity promotion of Rh_8-xCo_xP₄ bimetallic phosphides in styrene hydroformylation: Dual influence of adsorption and surface reaction. ACS catalysis，2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c02014

原创文章，作者：Gloria，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/13/e3b7ab380a/

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