冯新亮院士团队！一周两篇Angew.！

前言介绍

2022年7月13日和7月18日，冯新亮院士团队与其他团队合作在Angew. Chem. Int. Ed.（IF=16.823）上连发了两篇最新成果，即“Atomically Dispersed Pentacoordinated-Zirconium Catalyst with Axial Oxygen Ligand for Oxygen Reduction Reaction”和“Upgrading Organic Compounds through Electrooxidation Coupled with Hydrogen Evolution”。下面，对这两篇成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！

Angew. Chem. Int. Ed.：原子分散的五配位Zr基催化剂助力ORR

单原子催化剂（SACs）作为铂（Pt）基催化剂的有希望替代品，存在中心金属选择有限和单原子负载量低的问题。基于此，德国德累斯顿工业大学冯新亮院士和于明浩研究员、莱比锡研究中心Agnieszka Kuc（通讯作者）等人报道了一种用于氧还原反应（ORR）的具有非平凡轴向O-配体的五配位锆（Zr）基SACs（O-Zr-N-C）。通过量子力学模拟表明，轴向O-配体在降低Zr的d带中心和削弱O中间体在单原子Zr位点上的吸附能方面具有重要作用，使得O-Zr-N-C具有Pt竞争性ORR活性。在0.1 M KOH电解液中，O-Zr-N-C催化剂表现出0.91 V vs. RHE的高半波电位，在0.80 V vs. RHE时具有高达76.0 mA cm^-2的动力学电流密度，以及在0.70 V vs. RHE下运行130 h后具有92%电流保持率，具有超长耐用性，超过了最先进的SACs。

此外，单原子Zr位点独特的五配位构型可以抵抗原子聚集，从而能够合成具有高Zr负载量（9.1 wt%）的O-Zr-N-C催化剂。将O-Zr-N-C这种高负载催化剂用于组装的锌-空气电池（ZAB）实现了高达324 mW cm^-2的功率密度，代表了已报道的基于SAC的ZABs中的最先进水平。该研究结果为修改或重新设计更好的基于Zr的SACs提供了有价值的指导。同时，除了面内配位结构调节外，控制轴向配位可能是先进SACs朝着ORR和其他电催化过程的新设计方向。

图文速递

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图1. O-Zr-N-C催化剂的合成与表征

图2. 单原子Zr位点的构造

图3. ORR性能和理论见解

图4.高载Zr催化剂用于ZABs

小结

总之，作者证明了一种新的非贵金属锆（Zr）基SAC，在碱性电解质中具有优异的ORR活性。具有非平凡轴向O配体的独特五配位Zr位点使所获得的O-Zr-N-C催化剂具有优异的ORR催化活性，E_1/2为0.91 V，在0.80 V vs. RHE时动态电流密度为76 mA cm^-2，以及高选择性（<8% H₂O₂产率）和耐用性（130 h后保持92%电流）。单原子Zr位点的优异化学稳定性进一步允许合成高Zr负载催化剂（9.1 wt%），进一步使组装的基于SAC的ZAB具有创纪录的高功率密度（324 mW cm^-2）。此外，理论模型表明轴向O配体在降低Zr的d-带中心和削弱O中间体在Zr位点上的吸附能方面具有重要作用。这些衍生的见解为修改或重新设计更好的基于Zr的SAC提供了有价值的指导。

Atomically Dispersed Pentacoordinated-Zirconium Catalyst with Axial Oxygen Ligand for Oxygen Reduction Reaction. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202209746.

https://doi.org/10.1002/anie.202209746.

Angew. Chem. Int. Ed.综述：氧化-析氢法制备有机化合物

电催化分解水被认为是最可持续和最清洁的氢气（H₂）生产技术。然而，效率受到阳极上缓慢的析氧反应（OER）动力学的严重限制。与OER相比，有机物的电氧化（EOO）在热力学和动力学上更有利。因此，EOO和析氢反应（HER）的集成可以极大提高H₂生产的催化效率，而通过EOO提质可在阳极上生成增值有机化合物。

基于此，德国德累斯顿工业大学冯新亮院士和Guangbo Chen（共同通讯作者）等人报道了EOO与HER耦合的最新进展。在文中，作者重点介绍了EOO与HER耦合以实现有效化学升级和H₂生成的最新成就和里程碑进展。作者特别关注阳极侧的EOO，即醇、生物质衍生化合物（例如醛）、胺、硝基化合物、硫化物和烯烃转化。在每个小节中，作者讨论了代表性催化剂的关键方面、催化活性、结构-性能关系、反应机理和电解槽配置。此外，作者还提供了对EOO-HER系统未来发展的挑战和展望。该综述是为高效EOO-HER系统的开发提供最先进的更新，并指出这种有吸引力的技术在未来有机升级和H₂生产中的潜力。

图文速递

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图1. 不同催化反应的装置示意图

图2. 醛的电氧化

图3. 胺的电氧化

图4. 硝基烷烃的电氧化

图5. 四氢异喹啉的半脱氢反应

图6. 硫化物的电氧化

图7. 烯烃的电氧化

小结

总之，作者总结了EOO和HER耦合的最新发展。其中，高性能电极的合理设计、有洞察力的活性位点识别和电解槽的智能构建对于未来的工业实用化非常必要。关于EOO和HER耦合的未来方向，作者提出以下观点：（1）电极材料一直是促进EOO转化的先决条件，通过活性位点设计和形态工程探索有效的电极材料对于提高反应动力学和促进反应至关重要；（2）非常需要探索在酸性环境中具有良好活性、选择性和稳定性的电氧化反应电催化剂；（3）需要开发新的电氧化反应，特别是有效的电氧化有机污染物；（4）探索将EOO与HER耦合以使海水电解在高电流密度下进行而不干扰ClER，使其更有希望用于大规模的绿色H₂生产；（5）研究进行规模化生产的可行性，以及进一步改进催化剂的稳定性、反应活性和选择性、下游分离纯化等问题。

Upgrading Organic Compounds through Electrooxidation Coupled with Hydrogen Evolution. Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202209014.

https://doi.org/10.1002/anie.202209014.

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