1. Energy Environ. Sci.：探究钙钛矿表面Fe位点和Sr空位在晶格氧氧化参与的高效OER中的关键作用
钙钛矿催化剂上由晶格氧氧化（lattice oxygen oxidation, LOER）参与的析氧反应（OER）由于其低反应能垒而引起了研究人员的极大兴趣。然而，由于钙钛矿的表面结构在催化过程中是动态的，因此LOER的活性位点和贡献因素仍不清楚，这严重限制了高效钙钛矿催化剂的发展。
基于此，四川大学李高仁教授和内蒙古大学张江威（共同通讯作者）等人报道了他们通过使用蚀刻方法，设计并制造了具有表面Fe位点和Sr空位的高效La/Sr（LaxSr1-xCoO3-δ, LSC, x≤0.5）基钙钛矿催化剂，用于LOER，并建立了LOER与动态表面结构之间的关系。
通过密度泛函理论（DFT）计算和先进的原位表征，如原位X射线吸收近边缘结构（XANES）和原位拉曼光谱，表明表面Fe位点是LOER的催化中心，而Sr空位可以促进LOER通过提高O 2p水平。此外，飞行时间二次离子质谱（tof-SIMS）和微分电化学质谱（DEMS）表明，钙钛矿上的LOER是通过吸附的16OH转变为Co-18O-16O的晶格氧动态变化来实现的。
通过18O同位素标记实验发现，优化后的具有表面Fe位点和Sr空位的LSC钙钛矿表现出优异的电催化性能，在电解池和膜电极组件（MEA）配置中均优于被认为是OER的高性能催化剂的贵金属RuO2/C。该研究不仅证明了表面Fe掺杂和Sr动态溶解对高效LOER的关键作用，而且为高性能钙钛矿催化剂的设计铺平了道路。
Key Roles of Surface Fe Sites and Sr Vacancies in Perovskite for Efficient Oxygen Evolution Reaction Participated by Lattice Oxygen Oxidation. Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2EE00264G.
https://doi.org/10.1039/D2EE00264G.
2. Energy Environ. Sci.：稀土氧化物促进CO2转化为甲酸盐
二氧化碳还原反应（CO2RR）的电催化选择性引起了极大的关注，但是仍然面临着巨大的挑战。其中，构建界面成为有效调节电活性和选择性的高级策略。基于此，南开大学杜亚平教授和香港理工大学黄勃龙教授（共同通讯作者）等人报道了通过简单的静电纺丝方法合成一种均质CeO2/Bi3NbO7纤维管电催化剂，该电催化剂对甲酸的选择性显着提高了84.73%，在CO2RR中具有显著的耐久性。
CeO2作为触发器起着至关重要的作用，CeO2的引入可以降低材料的结晶度，显着改变电子相互作用和配位环境，激活Bi3NbO7的CO2RR活性位点，显著提高HCOOH的产率。密度泛函理论（DFT）计算表明，引入CeO2极大地优化了Ce-4f轨道的电子转移效率和O-轨道的激活。这种电子结构保证了HCOOH形成的反应趋势得到很大改善，并抑制了CO的形成。
更重要的是，对比传统合成方法，该方法为大规模生产高效界面电催化剂提供了一种简单的方法。由界面引起的调制使HCOOH具有高选择性和高产率。该工作为利用界面效应开发未来优异的CO2RR电催化剂提供了一种新颖而先进的策略。
Interfacial Effect induced by Rare Earth Oxide in Boosting Conversion of CO2 to Formate. Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D2EE01710E.
https://doi.org/10.1039/D2EE01710E.
3. Nat. Commun.：Ni/Yb2O3助力碱性电催化HER
镍（Ni）基催化剂的活性位点密度、本征活性和耐久性对其在工业碱性水电解中的应用至关重要。基于此，天津师范大学杜淼教授和李程鹏研究员（共同通讯作者）等人报道了一种促进剂，即方铁锰矿型镧（Ln）系金属倍半氧化物（Ln2O3），可以通过选择性高温还原将其植入金属Ni中，从而实现Ni/Ln2O3杂化电催化剂的高效析氢反应（HER）。
在文中，作者通过选择性高温还原方法制备了一系列石墨板（GP）负载的Ni/Ln2O3杂化物。值得注意的是，Ni/Ln2O3电极相对于Ni电极具有更高的HER活性和长期稳定性，并揭示了Ln2O3作为优异的电催化促进剂的增强效果。此外，经过筛选的Ni/Yb2O3杂化物具有低H2O解离能垒和优化的H-/OH-结合能，其具有低过电位（电流密度为10 mA cm-2时为20.0 mV）、低Tafel斜率（44.6 mV dec-1）和优异的长期耐久性（电流密度为500 mA cm-2时可稳定运行360 h），显著优于金属Ni和基准Pt/C催化剂，表明Yb2O3是一种优选的材料。
此外，在碱性条件下HER的促进剂比CeO2高。具有高热力学稳定性的强耦合Yb2O3不仅可以防止Ni在高温烧结过程中的团聚，而且还可以避免Ni在长期HER测试中的化学腐蚀。该发现不仅开辟了立方方锰铁矿型Ln2O3作为电催化促进剂的应用，而且使Ni/Yb2O3成为商业电解槽的有前途的阴极材料。
Bixbyite-type Ln2O3 as promoters of metallic Ni for alkaline electrocatalytic hydrogen evolution. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-31561-4.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-31561-4.
4. Nat. Commun.：高性能双极膜中水离解催化剂的设计原理
水解离（WD, H2O→H+ + OH–）是双极膜（bipolar membranes, BPMs）中限制能源效率的核心过程。尽管电场和催化效应都被用来描述WD，但是两者的相互作用以及WD催化剂的基本设计原则仍不清楚。基于此，美国俄勒冈州立大学Shannon W. Boettcher（通讯作者）等人报道了新的BPM设计原则，这些原则源自对定义明确的定制BPM架构的数值模拟和测量，这些架构具有受控的WD催化剂负载、粒度、组成和电性能。
作者发现对于TiO2等半导体纳米颗粒，存在明显的最佳负载/厚度范围，~10-30 μg cm-2（~200-600 nm厚度）和粒径（20-30 nm），在此范围内性能显著下降。对于电子导体，包括锑掺杂氧化锡（ATO）、IrOx和Pt纳米颗粒，最佳负载量要高得多（>100 μg cm-2），最佳性能窗口更宽。
在（电断开的）BPM结内的WD催化剂层的移动电子似乎屏蔽并将电场聚焦到AEL|WD-催化剂和WD-催化剂|CEL界面处的狭窄区域，加速催化WD。与预期相反，作者发现粒径<20 nm的TiO2会降低性能，其提供了可以发生WD反应的更高表面积，这也可以通过电场效应来解释。通过共同控制这些参数，作者展示了锐钛矿TiO2 WD催化剂层，使BPM纯水电解槽在电流密度为500 mA cm-2下产生O2和H2，在2 V以下的创纪录低电压。这些先进的BPM可能会加速新的电渗析、碳捕获和碳利用技术的部署。
Design principles for water dissociation catalysts in high-performance bipolar membranes. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-31429-7.
https://doi.org/10.1038/s41467-022-31429-7.
5. Angew. Chem. Int. Ed.：双功能Fe卟啉阻转异构体在CO2还原中的作用
在酶中，活性位点残基的功能不同以促进化学反应。但是，合成催化剂很少能实现这种角色专业化的分工。基于此，陕西师范大学曹睿教授和张学鹏副教授（共同通讯作者）等人报道了利用两个顺式或反式排列的阳离子N, N, N-三甲基苄胺基团修饰的Fe卟啉催化CO2还原。
在文中，作者报道了以顺式排列的两个阳离子基团修饰的Fe卟啉1的合成和CO2RR活性，显示出Fe卟啉对电催化CO2转化为CO具有活性和选择性。与带有中间体-邻-三甲基苯胺的Fe卟啉不同，其中阳离子单元远离Fe中心，作者在1中将两个三甲基苄胺单元直接悬挂在卟啉平面上。作为对照，还合成了Fe卟啉2-4。配合物2有两个反式排列的阳离子单元，而3和4分别带有一个和零个悬挂在卟啉上的阳离子单元。
催化研究表明，CO2RR活性顺序为1 > 2 > 3 > 4。密度泛函理论（DFT）研究表明，1的两个阳离子单元比单个阳离子单元更有效地改善CO2结合，更重要的是它们可以促进C-O键断裂通过各自与CO2加合物和苯酚质子源以合作的方式相互作用。该工作对于展示合成分子催化剂的示例具有重要意义，该催化剂使用角色专用策略进行底物活化。
Role-Specialized Division of Labor in CO2 Reduction with Doubly-Functionalized Iron Porphyrin Atropisomers. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202209602.
https://doi.org/10.1002/anie.202209602.
6. Nano Energy：ZnAl-LDHs用于废水修复
对结构性能相关性的理解有助于合理设计对催化活性具有深远影响的压电光催化材料。基于此，暨南大学朱明山研究员和兰申玉博士后（共同通讯作者）等人报道了将不同厚度的ZnAl-层状双氢氧化物（ZnAl-LDHs）应用于压电光催化降解卡马西平（CBZ）污染物的过程。
超薄ZnAl-LDHs片材（ZnAl-U）的压电光催化效率达到95.8%，CBZ降解的反应速率常数为0.148 min-1，分别是薄ZnAl-LDHs（ZnAl-T）和块状ZnAl-LDHs（ZnAl-B）的1.61和3.02倍。该结果归因于ZnAl-U对光照射和外部应力比ZnAl-T和ZnAl-B更敏感，因此产生更高的电流和更多的活性氧（O2•−, HO•和1O2）用于CBZ的压电光催化降解。
此外，ZnAl-U的压电光催化速率常数是单个压电催化和光催化之和的3.36倍，这是由于压电场促进了光生电子-空穴对的分离，并调制了带能量的排列，导致协同增强的压电光催化反应。该工作揭示了结构对ZnAl-LDHs压电光催化性能的意义，并强调了压电场在改善光催化过程中的作用。
Thickness-dependent piezo-photo-responsive behavior of ZnAl-layered double hydroxide for wastewater remediation. Nano Energy, 2022, DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107583.
https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107583.
7. Nano Lett.：铁酸铋实现高效电化学硝酸盐还原
由于其温和的操作条件，电化学硝酸盐还原反应（nitrate reduction reaction, NO3RR）已成为可持续NH3合成的一种有吸引力的废物变富方法。然而，为这种复杂的八-电子反应开发具有高活性和法拉第效率（FE）的催化剂是一项巨大的挑战。基于此，香港科技大学邵敏华教授和南方科技大学谷猛副教授（共同通讯作者）等人报道了一种具有扭曲钙钛矿型结构的铁酸铋（BiFeO3）薄片，是一种通过硝酸盐还原电化学合成NH3的优异催化剂。
在碱性电解质中，BiFeO3催化剂在-0.6 V vs. RHE下实现了96.85%的法拉第效率（FE）和90.45 mg h-1 mgcat-1的NH3产率。耐久性测试表明，催化剂在长期电还原后仍保持高活性。扫描透射电子显微镜（STEM）显示，在施加偏压后，结晶BiFeO3变成了非晶相。
此外，电子能量损失谱（EELS）和X射线光电子能谱（XPS）结果表明，Bi和Fe的平均价态都降低了。该研究不仅报道了一种出色的NO3RR电催化剂，而且揭示了硝酸盐电还原过程中BiFeO3的真实形态和化学状态，为未来电催化剂的合理设计和机理研究铺平了道路。
Bismuth Ferrite as an Electrocatalyst for the Electrochemical Nitrate Reduction. Nano Lett., 2022, DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c02026.
https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c02026.
8. Nano Research：MoNi4-基中空纳米棒用于肼氧化辅助节能海水制氢
海水电解可以解决水资源短缺问题，实现碳中性氢的电网规模生产，同时面临高能耗和氯化物腐蚀的挑战。其中，在热力学上更有利的肼氧化反应（HzOR）辅助水电解是节能和无氯制氢的有效方法。基于此，青岛科技大学王磊教授和迟京起副教授（共同通讯作者）等人报道了在泡沫镍（NF）上具有扩大的中空直径的MoO2纳米棒负载的MoNi合金（MoNi@NF），该合金是通过NiMoO4纳米棒的退火和热还原来限制Ni的向外扩散而构建。
所制备的具有扩大中空结构的MoNi@NF结合了高活性MoNi合金、界面工程和分散良好的中空纳米棒的优点，赋予了其在碱性水和海水系统中对HER和HzOR的显著双功能电催化活性和稳定性。中空纳米棒催化剂不仅在电流密度为1000 mA·cm-2下对HER和HzOR分别实现了仅240 mV和470 mV的超低工作电位。
此外，通过在双电极海水系统中耦合HzOR和HER，在1000mA·cm-2时电压仅为0.54 V，在海水电解中也实现了活性整体肼裂解（OHzS）性能，比无肼系统低1.51 V，并且在电流密度为100 mA·cm-2以上保持至少100 h的长期稳定性，以及近100%的法拉第效率（FE）。同时，MoNi@NF基电极与碱性海水电解相比，HzOR在海水中的电极每升氢气可节省2.94 W·h，能量当量输入降低37%。该工作为通过海水裂解合成用于碳中和的和稳定节能制氢的MoNi合金基电催化剂提供了一种经济的方法。
Reduction-induced interface reconstruction to fabricate MoNi4-based hollow nanorods for hydrazine oxidation assisted energy-saving hydrogen production in seawater. Nano Research, 2022, DOI: 10.1007/s12274-022-4614-x.
https://doi.org/10.1007/s12274-022-4614-x.
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