Wiley中國(guó) （http://blog.sciencenet.cn/blog-822310-1252629.html）
1.N2-Zn-B2結(jié)構(gòu)增強(qiáng)ORR性能
Zn基單原子催化劑雖然具有優(yōu)異的穩(wěn)定性，其中完全占據(jù)的Zn2+ 3d10 4s2電子構(gòu)型對(duì)費(fèi)托反應(yīng)沒(méi)有活性，但催化活性較差。在此，上海大學(xué)張久俊/趙玉峰團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種通過(guò)構(gòu)建B，N共配位的Zn-B/N-C催化劑來(lái)操縱s-帶的新方法。實(shí)驗(yàn)和理論都證實(shí)，獨(dú)特的N2-Zn-B2構(gòu)型至關(guān)重要，其中Zn+(3d104s1)可以容納足夠的離域電子，從而為關(guān)鍵反應(yīng)中間體產(chǎn)生合適的結(jié)合強(qiáng)度，并促進(jìn)催化表面和ORR反應(yīng)物之間的電荷轉(zhuǎn)移。而在其他過(guò)渡金屬對(duì)應(yīng)物（例如M-B/N-C，M = Mn，F(xiàn)e，Co，Ni和Cu）中未發(fā)現(xiàn)這種排斥作用。因此，所獲得的催化劑在堿性和酸性介質(zhì)中均表現(xiàn)出令人印象深刻的ORR活性以及出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作提出了進(jìn)一步設(shè)計(jì)電催化劑的新概念。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202009991
02.雜-單原子電催化劑實(shí)現(xiàn)高效ORR
開(kāi)發(fā)基于地球豐富的非貴材料的氧氣還原反應(yīng)（ORR）電催化劑對(duì)于燃料電池和金屬-空氣電池的可持續(xù)大規(guī)模應(yīng)用至關(guān)重要。在此，澳大利亞格里菲斯大學(xué)趙惠軍/Huajie Yin團(tuán)隊(duì)介紹了一種雜-單原子（h-SA）ORR電催化劑，其分散的Fe和Ni原子共同錨定在微米級(jí)氮-摻雜石墨碳的載體（具有多級(jí)孔結(jié)構(gòu)）上。擴(kuò)展X-射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)光譜證實(shí)，F(xiàn)e-和Ni-SAs通過(guò)Fe-N4和Ni-N4配位鍵固定在碳載體上。所得的Fe/Ni h-SA電催化劑表現(xiàn)出出色的ORR活性，優(yōu)于僅含F(xiàn)e-或Ni-SAs的SA，也優(yōu)于基準(zhǔn)Pt/C電催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于共存的Fe-N4和Ni-N4位點(diǎn)所引起的協(xié)同作用，以及多孔結(jié)構(gòu)-碳載體促進(jìn)的卓越傳質(zhì)能力，從而獲得了出色的ORR性能。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202004670
03.自組裝金屬聚合物實(shí)現(xiàn)高效OER
盡管傳統(tǒng)自-組裝體系結(jié)構(gòu)在先進(jìn)能源化學(xué)的功能應(yīng)用中是一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，但在很大程度上仍未得到有效開(kāi)發(fā)。三重和六重-對(duì)稱(chēng)的吡啶與鈷（II）鹽之間的自-組裝，均會(huì)產(chǎn)生新的形貌和結(jié)構(gòu)特征，而無(wú)關(guān)自-組裝片段的性質(zhì)。在本文中，廣州大學(xué)王平山課題組、美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)戴黎明課題組、中南大學(xué)雷永鵬課題組等合作，通過(guò)一鍋合成法，在CH3OH/CHCl3（v/v = 5：1）的環(huán)境中制備了此類(lèi)金屬聚合物。研究首次發(fā)現(xiàn)，含Co聚合物可以很好地分散在去離子水中，以形成由高度互連3D網(wǎng)絡(luò)組成的凝膠-狀自-組裝體，并表現(xiàn)出增強(qiáng)的電導(dǎo)率。正如預(yù)期的那樣，經(jīng)過(guò)優(yōu)化的Co-基聚合物結(jié)構(gòu)在10 mA cm-2時(shí)表現(xiàn)出320 mV的低過(guò)電位，并且可經(jīng)過(guò)2000次氧氣析出反應(yīng)（OER）循環(huán)，表現(xiàn)出具有很高的穩(wěn)定性，且超過(guò)了商業(yè)化RuO2/C、單-位點(diǎn)Co催化劑、聚合物，以及金屬-有機(jī)框架-基OER催化劑。X-射線吸收光譜和密度泛函理論計(jì)算表明，tpy-Co2+（3N-Co或tpy-Co2+）構(gòu)型是高活性位點(diǎn)。重要的是，這項(xiàng)工作證明了自-組裝金屬聚合物作為電催化劑進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換的功能應(yīng)用。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202000593
04.堿刻蝕層狀雙氫氧化物納米片，增強(qiáng)光催化合成氨
層狀雙氫氧化物（LDH）納米片在廣泛的光反應(yīng)中顯示出良好的活性，其通常歸因于納米片中大量的表面氧空位或配位不飽和金屬陽(yáng)離子，它們充當(dāng)活性位點(diǎn)以進(jìn)行反應(yīng)物吸附和活化。最近，LDH納米片已被證明對(duì)于使用水作為還原劑將N2光催化還原為NH3非常有效。在此，中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所張鐵銳課題組證明了，用NaOH水溶液對(duì)ZnCr-LDH、ZnAl-LDH和NiAl-LDH納米片進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)處理可以大大提高納米片中氧空位的濃度和低配位金屬中心，從而顯著增強(qiáng)了它們的光催化活性——在紫外線-可見(jiàn)光下將N2還原為NH3（無(wú)需添加犧牲劑或助催化劑）。此處介紹的簡(jiǎn)便堿蝕刻策略預(yù)計(jì)將在高性能LDH光催化劑的未來(lái)開(kāi)發(fā)中被廣泛采用，該催化劑可用于氨生產(chǎn)和其他具有挑戰(zhàn)性的化學(xué)轉(zhuǎn)化（例如CO2還原和水分解）。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202002199
05.Ni納米粒子與Ni3C納米片耦合，可實(shí)現(xiàn)高效分解水
探索高效、資源豐富的雙功能電催化劑以進(jìn)行電解水是一項(xiàng)極為艱巨的任務(wù)。在此，武漢理工大學(xué)木士春/唐浩林團(tuán)隊(duì)通過(guò)密度泛函理論（DFT）預(yù)測(cè)表明，Ni與Ni3C的偶聯(lián)不僅可以促進(jìn)氧氣析出反應(yīng)（OER）動(dòng)力學(xué)，而且可以?xún)?yōu)化氫氣吸附和水吸附能。在實(shí)驗(yàn)上，作者設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)便的策略——在碳布（CC）上原位制備N(xiāo)i3C納米片，并同時(shí)與Ni納米粒子偶聯(lián)，從而形成了集成的異質(zhì)結(jié)構(gòu)催化劑（Ni–Ni3C/CC）。受益于出色的內(nèi)在活性和豐富的活性位點(diǎn)，Ni–Ni3C/CC電極對(duì)OER和氫氣析出反應(yīng)（HER）均表現(xiàn)出出色的雙功能電催化活性，且優(yōu)于所有已證明Ni3C-基電催化劑在堿性電解質(zhì)中的性能。具體而言，Ni–Ni3C/CC催化劑在1 M KOH中，在電流密度為20 mA cm-2時(shí)，對(duì)OER表現(xiàn)出只有299 mV的低過(guò)電位；而在10 mA cm-2的電流密度中，對(duì)HER表現(xiàn)為98 mV的過(guò)電位。此外，雙功能Ni–Ni3C/CC催化劑可以以?xún)?yōu)異的活性和接近100%的法拉第效率推動(dòng)水電解。這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了基于理論預(yù)測(cè)來(lái)設(shè)計(jì)和構(gòu)建具有高活性的先進(jìn)碳化鎳-基催化劑的簡(jiǎn)便方法。
原文鏈接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/smll.202001642
（本期作者：毛毛的維）