1. J. Am. Chem. Soc.：半固定化分子電催化劑助力高性能Li-S電池

鋰-硫（Li-S）電池具有2600 Wh kg^-1的超高理論能量密度，是有前途的下一代儲能裝置。然而，具有復(fù)雜均相和非均相電化學(xué)過程的多相硫氧化還原反應(yīng)動力學(xué)緩慢，因此需要有針對性的高效電催化劑?；诖?，清華大學(xué)張強教授和北京理工大學(xué)李博權(quán)教授（共同通訊作者）等人報道了一種半固定化分子電催化劑，以適應(yīng)鋰-硫（Li-S）電池中硫氧化還原反應(yīng)的特點。

具體而言，卟啉電催化活性位點通過共價接枝到聚吡咯連接體上而集成在石墨烯導(dǎo)電基底上。聚吡咯接枝點賦予卟啉活性位點具有異質(zhì)和均質(zhì)性電催化功能，分別源于其固有的導(dǎo)電性和柔韌性，即作為本工作中的半固定化策略。一方面，導(dǎo)電聚吡咯連接體將卟啉活性位點整合在導(dǎo)電通路中，用于非均相電催化。另一方面，聚吡咯連接體的柔性將卟啉活性位點的電催化功能從二維（2D）導(dǎo)電表面擴展到三維（3D）體電解質(zhì)，以實現(xiàn)均相電催化。

最后，作者將半固定化策略的有效性在實際Li-S電池中得到了進一步驗證，該電池實現(xiàn)了優(yōu)異的倍率性能和較長的壽命，以及343 Wh kg^-1高能量密度的Li-S袋式電池。該研究結(jié)果不僅提出了一種設(shè)計有效的半固定化電催化劑策略，以提高Li-S電池的性能，而且還啟發(fā)了面向類似多相電化學(xué)能量過程的電催化劑的發(fā)展。

Semi-Immobilized Molecular Electrocatalysts for High-Performance Lithium-Sulfur Batteries. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c09107.

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2. Adv. Energy Mater.：摻入Ru調(diào)節(jié)金屬間氧化銥的電子再分布助力高效氧化酸性水

在質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽中，開發(fā)高性能電催化劑來催化分解水以產(chǎn)生可持續(xù)的氫氣仍然面臨著挑戰(zhàn)。然而，PEM電解槽中唯一適用于多質(zhì)子耦合過程的析氧反應(yīng)（OER）的IrO_x要求更高的標(biāo)準(zhǔn)，因為Ir位點上的氧鍵較弱，導(dǎo)致氧化和酸性條件下的高過電位和穩(wěn)定性差。基于此，哈爾濱工業(yè)大學(xué)孫建敏教授和周欣副教授（共同通訊作者）等人報道了一種通過將金屬釕（Ru）摻入金屬間氧化銥（IrO_x）合成的金屬間化合物Ru₁Ir₁O_x納米催化劑。

通過利用Ru和Ir原子之間的電子特性，金屬間化合物Ru₁Ir₁O_x催化劑在酸性電解質(zhì)中，當(dāng)電流密度為10 mA cm^-2_geo時表現(xiàn)出204 mV的低過電位（η），超過了IrO_x、RuO_x和其他具有不同摩爾比的Ru_mIr_nO_x納米催化劑。同時，代表性的Ru₁Ir₁O_x在1.53 V vs RHE下顯示出1224.6 A g-1_{noble metal}的高質(zhì)量活性，分別比IrO_x和RuO_x高約29倍和11倍，證明了優(yōu)化后對酸性O(shè)ER的顯著增強電子結(jié)構(gòu)和價態(tài)。更重要的是，所制備的Ru₁Ir₁O_x能夠在電流密度為100 mA cm^-2_geo下保持連續(xù)的OER電解至少110 h，且變化可忽略不計。

根據(jù)計算，Ru₁Ir₁O_x還顯示出比IrO_x（7.92×10⁵）和RuO_x（1.99×10³）更高的穩(wěn)定性數(shù)（1.13×10⁶），表明Ru₁Ir₁O_x的金屬間納米結(jié)構(gòu)進一步增強了穩(wěn)定性。正如密度泛函理論（DFT）計算研究表明，將Ru摻入IrO_x形成金屬間化合物Ru₁Ir₁O_x有效地調(diào)整了Ir 5d態(tài)的電荷重新分布，從而增強了氧中間體的吸附，并將電位決定步驟（PDS）的能壘從1.02 ev（IrO_x）降低到0.65 eV（Ru₁Ir₁O_x）。由于電荷再分配，Ir價態(tài)的降低和Ru價態(tài)的增強顯著地調(diào)節(jié)了Ir位的電子結(jié)構(gòu)，從而顯著增強酸性O(shè)ER特性。該研究成果為開發(fā)高效、穩(wěn)定的酸性O(shè)ER催化劑以及在PEM電解槽中的應(yīng)用提供了前景。

Regulating Electron Redistribution of Intermetallic Iridium Oxide by Incorporating Ru for Efficient Acidic Water Oxidation. Adv. Energy Mater., 2021, DOI: 10.1002/aenm.202102883.

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3. ACS Energy Lett.：陽離子驅(qū)動增加雙極膜電極組件中CO₂利用率

將膜電極組件（MEA）中電化學(xué)CO₂還原反應(yīng)（ECO₂RR）速率的提高，有助于該技術(shù)的應(yīng)用，但同時暴露了新的缺點。其中包括CO₂的最大利用率，由于競爭性均相反應(yīng)，CO₂的利用率上限為50%（CO為目標(biāo)產(chǎn)物）。具有雙極膜的MEA（BPMEA）可以防止寄生CO₂損失，但其前景因CO₂活性和選擇性差而受到影響。基于此，荷蘭代爾夫特理工大學(xué)Thomas Burdyny（通訊作者）等人報道了一種通過提高催化劑表面的堿性陽離子（K⁺）濃度，使BPMEA系統(tǒng)的CO₂還原選擇性提高了3倍，共法拉第效率（FE）達到68%。

在本文中，作者首先利用BPMs中傳統(tǒng)上不需要的離子交叉來增加BPMEA配置中陰極處的陽離子濃度。從陽極液到陰極的陽離子的大濃度梯度使K⁺離子擴散到陰極表面，由于陽極液濃度增加，ECO₂RR選擇性提高了3倍。然后，作者比較了BPMEA和采用陰離子交換膜（AEM）的MEA系統(tǒng)（AEMEA）中CO₂轉(zhuǎn)化為CO和CO₂損失到電解質(zhì)中的情況。結(jié)果表明，在高堿性環(huán)境中，BPMEA電池中的CO₂損失約為AEMEA電池中的5倍。隨著法拉第效率的提高，BPMEA系統(tǒng)的CO₂利用效率將提高2倍。

在反向偏壓下運行的BPM內(nèi)，通過膜傳輸?shù)碾娏魇请p向的，而不是單向或者CEM和AEM的情況，因為產(chǎn)生了H⁺和OH^–，以傳輸相當(dāng)于系統(tǒng)電流密度的電荷。雖然理想的操作效果是H⁺/OH^–傳輸，但作者注意到離子交叉是BPM的一個重要特性，并且通常將其描述為一種不必要的效果，尤其是在低電流密度下。該工作提供了一種陽離子和BPM相結(jié)合的策略，用于克服CO₂電解槽中的CO₂利用問題。

Cation-Driven Increases of CO₂ Utilization in a Bipolar Membrane Electrode Assembly for CO₂ Electrolysis. ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02058.

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4. Nano Lett.：RuCoO_x納米泡沫作為高性能三功能電催化劑用于Zn-空氣可再充電電池和水分解

為氧還原反應(yīng)/析氧反應(yīng)/析氫反應(yīng)（ORR/OER/HER）設(shè)計高性能三功能電催化劑，使其在每種反應(yīng)中都具有優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性，對于可再生能源技術(shù)來說是非常重要的，但也是面臨著挑戰(zhàn)?；诖?，清華大學(xué)張如范副教授（通訊作者）等人報道了一種獨特的“一鍋式”葡萄糖吹煉方法制備了高效耐用的三功能RuCoO_x電催化劑。

該策略在合理篩選靶向ORR/OER/HER位點、充分的電子結(jié)構(gòu)調(diào)制和雙相耦合效應(yīng)誘導(dǎo)的協(xié)同功能等方面具有優(yōu)勢，以及長期的材料和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。設(shè)計合理的RuCoO_x催化劑對ORR、OER和HER均表現(xiàn)出良好的三功能催化活性和穩(wěn)定性，其在電流密度為10 mA cm²時僅表現(xiàn)出0.65 V的小電位差（ΔE）和37 mV的低HER過電位。

當(dāng)RuCoO_x催化劑用于ORR/OER/HER，在進行200000/10000/10000次CV循環(huán)后，過電位的衰減基本可以忽略不計，所有這些都在先進的三功能電催化劑中顯示出絕對的優(yōu)勢。當(dāng)用于可再充電鋅-空氣電池和水電解槽時，RuCoO_x催化劑在相當(dāng)大的電流密度下也表現(xiàn)出高效率和出色的耐久性。這種優(yōu)異的性能可歸因于基于雙相耦合策略將目標(biāo)ORR/OER/HER活性位點合理組合成一種電催化劑，從而誘導(dǎo)足夠的電子結(jié)構(gòu)調(diào)制和協(xié)同效應(yīng)以增強三功能性質(zhì)。

RuCoO_x Nanofoam as a High-Performance Trifunctional Electrocatalyst for Rechargeable Zinc-Air Batteries and Water Splitting. Nano Lett., 2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03407.

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5. Nano Lett.：空心多孔碳膠囊中的孤立單原子Ni-N₅催化位點用于高效Li-S電池

鋰硫（Li-S）電池面臨多種復(fù)雜且經(jīng)常交織的問題，例如硫和Li₂S/Li₂S₂的低電子導(dǎo)電性、穿梭效應(yīng)以及多硫化鋰（LiPSs）的緩慢電化學(xué)動力學(xué)?；诖?，清華大學(xué)王定勝教授、深圳大學(xué)蘇陳良教授和山東大學(xué)翟冬（共同通訊作者）等人在理論計算的指導(dǎo)下，構(gòu)建了一種具有最佳Ni-N₅活性部分的中空氮摻多孔碳（Ni-N₅/HNPC）的孤立單原子Ni的多功能催化劑，并作為硫陰極的理想主體。

研究發(fā)現(xiàn)，主體提高了導(dǎo)電性，增強了對LiPSs的物理-化學(xué)雙重限制能力，更重要的是通過Ni-N₅活性部分促進了氧化還原反應(yīng)動力學(xué)。因此，所制備的Ni-N5/HNPC可作為Li-S電池的理想硫陰極，并且Ni-N₅/HNPC/S陰極具有優(yōu)異的倍率性能（在4 C倍率下的平均比容量為684 mAh g^-1）、長期循環(huán)穩(wěn)定性（在500次循環(huán)后，每循環(huán)的容量衰減率為0.053%）。

此外，Li-S電池在高硫負(fù)載下的良好面積容量，在硫負(fù)載高達5.1 mg cm^-2的情況下，進行80次循環(huán)后的面積容量保持在4.0 mAh cm^-2左右，因為對Li-S電池增強的物理-化學(xué)雙重限制能力，隨著單原子Ni-N₅催化位點的引入，氧化還原反應(yīng)動力學(xué)得到改善。該工作強調(diào)了活性位點配位數(shù)在單原子催化劑中的重要作用，并為設(shè)計高性能Li-S電池的單原子活性位點空心納米結(jié)構(gòu)提供了一種策略。

Isolated Single-Atom Ni-N₅ Catalytic Site in Hollow Porous Carbon Capsules for Efficient Lithium-Sulfur Batteries. Nano Lett., 2021, DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03499.

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6. Appl. Catal. B: Environ.：V₂O₅納米點修飾的層狀C₃N₄在太陽光下可持續(xù)光降解阿莫西林

創(chuàng)新的太陽能驅(qū)動異質(zhì)結(jié)構(gòu)光催化劑有望去除水環(huán)境中有害的抗生素殘留?；诖?，澳大利亞阿德萊德大學(xué)段曉光教授和江蘇科技大學(xué)朱成章講師（共同通訊作者）等人報道了一種利用簡便的方法制備了S-型五氧化二釩/石墨碳氮化物（V₂O₅/C₃N₄）異質(zhì)結(jié)。

S-型V₂O₅/C₃N₄異質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了更大的表面積，促進了載流子的分離和轉(zhuǎn)移，并為光催化氧化還原反應(yīng)提供了豐富的活性位點。該復(fù)合材料在太陽光下降解阿莫西林（AMX），獲得了較高的去除效率（91.3%）和穩(wěn)定性。同時，通過HPLC-MS/MS分析和密度泛函理論（DFT）計算揭示了AMX的光降解途徑。

通過電子自旋共振實驗和選擇性自由基猝滅實驗證實，C₃N₄導(dǎo)帶產(chǎn)生超氧自由基，V₂O₅價帶產(chǎn)生氧化空穴。S-型V₂O₅/C₃N₄ 異質(zhì)結(jié)在界面處提供了一個內(nèi)部電子通道，并保持了具有高電位的活性位點，用于光降解。該工作為可持續(xù)水凈化提供了強大的S-型4 S-型納米復(fù)合材料。

V₂O₅ nanodot-decorated laminar C₃N₄ for sustainable photodegradation of amoxicillin under solar light. Appl. Catal. B Environ., 2021, DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120903.

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7. Small：利用多位點工程促進WS₂基異質(zhì)結(jié)構(gòu)的堿性HER/OER動力學(xué)

堿性水電解是一種利用間歇性能源產(chǎn)生的剩余電力可規(guī)?；a(chǎn)氫氣的先進技術(shù)，但是對于非貴金屬電催化劑來說，如何有效地將水分解成氫氣和氧氣仍然面臨挑戰(zhàn)，特別是對于基于二硫化鎢（WS₂）的催化劑?；诖耍?strong>湖南師范大學(xué)余芳教授（通訊作者）等人報道了一種構(gòu)建在介孔雙金屬氮化物（Ni₃FeN）納米陣列上開發(fā)用于雙功能水分解的基于WS₂的混合電催化劑的多位點工程策略。

通過密度泛函理論（DFT）計算計算表明，N摻雜的WS₂顆粒和Ni₃FeN載體之間的強界面相互作用導(dǎo)致了最佳的氫吸附自由能和界面處水離解的較低動力學(xué)勢壘。作者受到理論預(yù)測的啟發(fā)，通過在Ni₃FeN花狀陣列上原位錨定小的N摻雜WS₂顆粒，開發(fā)了一系列用于堿性電解質(zhì)中雙功能水分解的多相電催化劑。

通過實驗研究發(fā)現(xiàn)，N-WS₂/Ni₃FeN雜化材料在析氫反應(yīng)（HER）方面表現(xiàn)出色，僅需要84和210 mV的極低過電位，就分別提供10和500 mA cm^-2的電流密度，并具有優(yōu)異的耐久性，超過了大多數(shù)基于WS₂的電催化劑。同時，它還具有出色的析氧反應(yīng)（OER）性能，在100和500 mA cm^-2下具有240和285 mV的小過電位，及優(yōu)異的耐久性，大大超過基準(zhǔn)IrO₂（281 mV）和許多其他報道的非貴金屬OER催化劑。特別是，使用這種雙功能催化劑作為陽極和陰極電極，可以實現(xiàn)在100 mA cm^-2下僅1.65 V的堿性電池進行整體水分解，這甚至優(yōu)于最先進的IrO₂(⁺)//Pt(^?)對和許多非貴金屬雙功能電催化劑。該工作為水電解用WS₂基非均相電催化劑的設(shè)計提供了一條有希望的途徑。

Boosting Alkaline Hydrogen and Oxygen Evolution Kinetic Process of Tungsten Disulfide-Based Heterostructures by Multi-Site Engineering. Small, 2021, DOI: 10.1002/smll.202104624.

https://doi.org/10.1002/smll.202104624.

8. ACS Catal.：1, 2-二氯乙烷電化學(xué)脫氯制乙烯碳材料本征缺陷性質(zhì)

碳材料被認(rèn)為是電催化1, 2-二氯乙烷（DCE）脫氯反應(yīng)（DCEDR）的潛在催化劑，該反應(yīng)是控制DCE污染和生產(chǎn)高價值乙烯的經(jīng)濟和環(huán)境友好策略。然而，目前電化學(xué)DCEDR使用得碳基催化劑中本征缺陷（五邊形、七邊形、八角形、扶手椅形邊緣和鋸齒形邊緣）的精確性質(zhì)尚未報道?；诖?，大連理工大學(xué)李新勇教授（通訊作者）等人報道了他們通過理論計算發(fā)現(xiàn)，五邊形位點顯示的最低勢壘為0.12 eV，表明五邊形缺陷的電化學(xué)反應(yīng)活性和乙烯選擇性比其他缺陷高出很多。

首次，作者通過理論計算以從根本上理解本征缺陷在DCEDR電催化性能中的作用。計算的能量分布和電荷密度差映射表明，不同的本征缺陷對電化學(xué)性能有很大的影響。其中，五邊形缺陷對DCEDR合成乙烯的勢壘最低，為0.12eV。

為了在實驗上進一步證明本征缺陷對電化學(xué)DCEDR的影響，作者通過腐蝕和脫氮方法從富勒烯骨架（C₆₀）和石墨烯（G）制備了缺陷碳材料，如五邊形-七邊形-富碳（PHC）、邊緣-富碳（EC）、五邊形-八邊形富碳（POC）和五邊形-富碳（PC），分別地隨后的DCEDR測量表明，固有的五邊形缺陷可以顯著改善電催化性能，與理論計算的預(yù)測結(jié)果一致。因此，缺陷碳材料中固有的五邊形缺陷是電化學(xué)DCEDR合成乙烯的主要活性位點。該工作不僅澄清了電化學(xué)DCEDR用碳材料中固有缺陷的性質(zhì)，而且為合理制備先進的碳電催化劑提供了設(shè)計原則。

Nature of Intrinsic Defects in Carbon Materials for Electrochemical Dechlorination of 1, 2-Dichloroethane to Ethylene. ACS Catal., 2021, DOI: 10.1021/acscatal.1c03701.

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c03701.