本文选取了2021年6月16日-19日在催化领域中最新的部分优质成果进行汇总，并进行了简要的介绍，供大家了解和学习。
Adv. Energy Mater.：跳出过渡金属局限，利用主族元素激活双原子催化剂
近年来，对原子催化剂的研究显着加快。虽然已开发了不同的原子催化剂，但是很少考虑引入主族元素。近日，香港理工大学黄勃龙教授（通讯作者）等人报道了引入碱性/碱土金属（AAEM）、后过渡金属（Post-TM）和准金属以形成稳定的基于石墨炔的双原子催化剂（GDY-DAC）的可能性。
主族元素不仅可作为一种有希望的分离剂来改善双原子催化剂（DAC）的负载，而且还可以激活烷基链以促进GDY-DAC的电活性。最重要的是，GDY-DAC中的主族元素不会影响过渡金属或镧系金属的电活性，甚至可以对电子结构进行细微的调制。
p-带中心是调节氧化物电活性的重要描述符，而它们在原子催化剂中的应用尚不清楚。随着机器学习的进一步评估，发现s-轨道和p-轨道的参与扰乱了形成能和p-带中心的预测精度，特别是对于AAEM。该工作提供的见解有助于设计基于主族元素的原子催化剂，也为设计先进的电催化剂开辟了一条新途径。
Stepping Out of Transition Metals: Activating the Dual Atomic Catalyst through Main Group Elements. Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202101404.
https://doi.org/10.1002/aenm.202101404.
Adv. Energy Mater.：CoPc分子注入石墨氮化碳催化剂助力电还原CO2
在海水中直接电解CO2，不仅可以将CO2转化为CO，而且同时将氯离子（Cl–）转化为Cl2，进一步满足光气合成等下游行业需求，也促进了CO2的净消耗。因此，迫切需要实施在海水中直接电解CO2。近日，大连理工大学邱介山教授和于畅教授（共同通讯作者）等人报道了一种通过简单的机械化学方法制备的CoPc分子注入的石墨氮化碳纳米片电催化剂（CoPc/g-C3N4）。
CoPc/g-C3N4具有带负电荷的表面和对Na+的优先吸附能力。在天然海水中，当电流密度为16.0 mA cm-2时，CoPc/g-C3N4对CO的法拉第效率（FE）为89.5%，并且可在模拟海水中稳定运行25 h。
过程监测进一步表明，NaCl电解液中的氯离子可以调节阳极周围的反应微环境，进而对阴极中的CO2RR产生积极影响。模拟海水中的CO2RR整体分裂，在电池电压为3 V下对CO的最大FE为98.1%。该工作描述了一种碳偶联CoPc分子催化剂的开发，该催化剂可以驱动模拟海水中的CO2电解，并提供了一种有前途的直接联产CO和Cl2的节能耦合反应系统。
图3 评估模拟海水中整体裂解CO2的经济性和净减少量
Toward an Understanding of the Enhanced CO2 Electroreduction in NaCl Electrolyte over CoPc Molecule-Implanted Graphitic Carbon Nitride Catalyst. Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202100075.
https://doi.org/10.1002/aenm.202100075.
Nat. Commun.：单原子催化剂结合过渡金属/金属氧化物异质结构，加速HER
单原子催化剂（SACs）提供了一种有效的方法来减少贵金属的用量，同时保持其催化活性。但是，碱性水解离催化剂的缓慢活性阻碍了高效制取氢气的进展。近日，北京工业大学汪浩教授、柯小行副教授和韩昌报教授（共同通讯作者）等人报道了一种将单原子铂（Pt）与具有双活性位点的NiO/Ni异质结构耦合，制备出了具有高活性的碱性析氢催化剂（PtSA-NiO/Ni）。
图1 PtSA-NiO/Ni的合成及水分解机理示意图
Pt单原子与NiO/Ni异质结构偶联使氢氧根离子（OH*）和氢（H*）的结合能力可调，从而有效地调整水的解离能并促进H*转化以加速碱性析氢反应（HER）。
在银纳米线（Ag NWs）上构建的PtSA-NiO/Ni纳米片，形成了分层的三维（3D）形态，从而进一步的增强催化性能。因此，制备的PtSA-NiO/Ni催化剂显示出高效的碱性析氢性能，在100 mV的过电位下，Pt原子的质量活性高达 20.6 A mg-1，显着优于已报道的催化剂。
Platinum single-atom catalyst coupled with transition metal/metal oxide heterostructure for accelerating alkaline hydrogen evolution reaction. Nat. Commun., 2021, DOI: 10.1038/s41467-021-24079-8.
https://doi.org/10.1038/s41467-021-24079-8.
J. Am. Chem. Soc.：首次报道，即最佳性能！Pt1/N-CNTs在环境条件下可高效和选择性的电催化C-C键裂解
选择性裂解C-C键是木质素降解获得高附加值芳香族化合物的关键和挑战。电催化氧化反应是一种很有前途的氧化技术，但是现有的C-C键裂解电催化剂选择性差、产物产率低。近日，清华大学王定胜教授和段昊泓副教授、中科院大连化学物理研究所Jiangwei Zhang（共同通讯作者）等人首次报道了一种通过逐步聚合-碳化-静电吸附策略，构建了氮掺杂的碳纳米管（Pt1/N-CNTs）上原子分散的Pt-N3C1位点在环境条件下对β-O-4模型化合物中Cα-Cβ键断裂具有很高的活性和选择。
Pt1/N-CNTs具有99%的底物转化率和81%的苯甲醛产率，超过了已报道的该领域所有电催化剂。此外，仅含有0.41wt% Pt的Pt1/N-CNTs比最新的本体Pt电极（100wt% Pt）和商用Pt/C催化剂（20wt% Pt）获得更高的苯甲醛产率。
图2 木质素β-O-4模型化合物中Cα-Cβ键的裂解
系统的实验研究和密度泛函理论（DFT）计算表明，Pt1/N-CNTs的优异性能来源于原子分数的Pt-N3C1位点，有助于形成关键的Cβ自由基中间体，进一步诱导自由基/自由基交叉耦合路径，以破坏Cα-Cβ键。该工作通过一种绿色和可持续的电化学方法，以超低的贵金属用量，为木质素稳定开辟了新的途径。
Atomically Dispersed Pt-N3C1 Sites Enabling Efficient and Selective Electrocatalytic C-C Bond Cleavage in Lignin Models under Ambient Conditions. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c02328.
https://doi.org/10.1021/jacs.1c02328.
Appl. Catal. B Environ.：有序Co氧化物的协同效应提高高级氧化过程中的催化活性
协同效应在许多环境/能源领域的催化剂设计中经常被使用，但是在废水修复中催化高级氧化过程（AOPs）发挥最大协同效应的机理和分子水平结构尚不清楚。近日，南京工业大学邵宗平教授和周嵬教授、中科院上海应用物理研究所Jing Zhou（共同通讯作者）等人报道了一种通过设计钙钛矿族RBaCo2O6-δ（R=镧系元素）的模型，在八面体配位（Co4+ oct）中的Co4+和锥体配位（Co3+ pyr）中的Co3+，证实了不饱和（Co3+ pyr）和金属（Co4+ oct）位点，对高效过氧单硫酸盐（PMS）活化的协同作用。
通过X射线吸收光谱和理论计算结果表明，Co3+ pyr和Co4+ oct协同作用，促进了PMS的吸附和O-O键的断裂，进而促进Co3+/Co4+氧化还原循环生成自由基。
图2 Co4+ oct和Co3+ pyr在PMS活化的优势图
当Co3+ pyr/Co4+ oct的比例适当且分布有序时，Gd0.5La0.5BaCo2O5.75对污染物的降解表现出显著的催化活性，其催化性能优于以往报道的所有与Co4+有关的氧化物。该工作对合理设计高效的金属氧化物催化剂具有一定的指导意义。
Synergistic effects in ordered Co oxides for boosting catalytic activity in advanced oxidation processes. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120463.
https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120463.
ACS Nano：分层组装的氮氧化钴纳米棒和N掺杂碳纳米纤维用于高效的双功能氧电催化，具有出色的再生效率
氧基电催化是清洁和可持续能源转换/储存系统的一个组成部分，但是开发具有高活性和耐用性的经济型双功能可逆电催化剂还面临巨大挑战。其中，最关键是定制的多孔结构和单独呈现的用于氧还原和析氧反应（ORR和OER）的活性中心没有相互干扰。近日，韩国科学技术学院（KIST）Jin Young Kim和韩国科学技术高等研究院（KAIST）Il-Doo Kim（共同通讯作者）等人报道了一种由在N掺杂碳纳米纤维（NCNF）上垂直生长的鞘核氧氮化钴（CoOx@CoNy）纳米棒组成的杂化材料。
由金属Co4N核和氧化表面组成的刷子状CoOx@CoNy纳米棒在碱性介质中表现出优异的OER活性（10 mA cm 2时E=1.69 V）。由金属Co4N核和氧化表面组成的刷子状CoOx@CoNy纳米棒在碱性介质中表现出优异的OER活性，在电流密度为10 mA cm-2时，电压（E）为1.69 V。
虽然原始的NCNF或CoOx@CoNy在ORR中，单独的催化活性较差，但杂化材料的ORR性能显著提高（电流密度为3 mA cm-2时，E=0.78 V）。通过实验结果与密度泛函理论（DFT）计算相结合，证实了具有氧化皮层的CoOx@CoNy纳米棒的较宽比表面积提高了催化OER性能，而ORR中间体的容易吸附和快速界面电荷转移发生在CoOx@CoNy纳米棒和导电NCNF之间的界面。此外，CoOx@CoNy/NCNF催化剂中独立的催化活性位点在往返ORR/OER过程中持续再生和维持，不会相互干扰，从而保证锌-空气电池稳定的运行。
Hierarchically Assembled Cobalt Oxynitride Nanorods and N-Doped Carbon Nanofibers for Efficient Bifunctional Oxygen Electrocatalysis with Exceptional Regenerative Efficiency. ACS Nano, 2021, DOI: 10.1021/acsnano.0c09905.
https://doi.org/10.1021/acsnano.0c09905.
ACS Catal.：变废为宝！Ru/TiO2催化剂助力聚丙烯塑料废料转化为润滑剂
塑料的回收和升级是为了应对垃圾填埋带来的环境危机。化学催化技术是实现这一目标最有前途的方法。近日，美国特拉华大学Dionisios G. Vlachos和天津大学刘斯宝副教授（共同通讯作者）等人报道了沉积在二氧化钛（TiO2）上的钌（Ru）是一种活性和选择性的催化剂（Ru/TiO2）。
在250 ℃的低温和适度的氢气（H2）压力下，可以将聚丙烯分解成具有分子量分布窄、低甲烷生成的有价值的润滑油类碳氢化合物。
非晶态聚丙烯和日常袋和瓶子也可以被有效地转化为润滑剂，收率高达80+%。关键性能的量化，包括倾点、运动粘度和粘度指数，表明该产品是目前使用的基础油或合成油的有希望的替代品。反应网络包括聚合物依次转化为油，分子量逐渐降低直至约700-800 g/mol，并缓慢的液化为甲烷和乙烷。通过NMR、ATR-IR、GCMS和同位素标记实验揭示了结构和反应演化的复杂性，其中氢解涉及中间脱氢，同时失去了聚丙烯的立体规整性。
Polypropylene Plastic Waste Conversion to Lubricants over Ru/TiO2 Catalysts. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c00874.
https://doi.org/10.1021/acscatal.1c00874.
ACS Catal.：原位活化Co3-xNixO4作为一种高活性和超稳定的HER电催化剂
在碱性介质中,尖晶石型Co3O4是一种很有前途的替代贵金属基电催化剂的替代物。然而，虽然纯Co3O4在阳极水氧化中具有很高的活性，但对析氢反应（HER）仍不活跃。近日，兰州大学徐彩铃教授、郑州大学卢思宇副教授和美国马凯特大学Jier Huang（共同通讯作者）等人报道了一种通过简单方法制备的镍（Ni）掺杂Co3O4电催化剂（Co3-xNixO4）。
该催化剂在原位电化学活化后表现出良好的HER活性和稳定性，无论是在1 M KOH还是实际的30 wt% KOH溶液中，都可以稳定工作超过300 h，优于几乎所有氧化物基电催化剂。
更重要的是，利用原位拉曼光谱和多种高分辨率电子显微镜技术的结合，确定Co3-xNixO4晶体的表面被还原成具有高度暴露的{110}反应平面的相互缠绕的CoyNi1-yO纳米粒子。密度泛函理论（DFT）计算进一步证明了CoyNi1-yO中Ni掺杂的CoO组分在碱性HER过程中起主要作用，因为在Co-O八面体中引入Ni原子可以优化Had和OHad中间产物的导电性，并调整其吸附/脱附自由能。
In Situ Activated Co3-xNixO4 as a Highly Active and Ultrastable Electrocatalyst for Hydrogen Generation. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c01607.
https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01607.
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