8篇催化顶刊：Nat. Commun.、ACS Energy Lett.、Small、Nano Lett.、ACS Catal.

1. Nat. Commun.: N-杂环卡宾金属配合物中富电子金属位点用于高效电催化乙炔半氢化

电催化乙炔半加氢由于其环境友好性和经济效率而成为热催化乙炔加氢的有前景的替代方法，但由于来自包括析氢、过度加氢和碳-碳偶联反应等副反应的强烈竞争，其性能远低于热催化反应。基于此，西北工业大学张健、西湖大学王涛等报道了一种N-杂环卡宾(NHC)-金属配合物，由于强烈的σ供体N-杂环卡宾配体具有富电子金属中心，该催化剂可选择性电催化乙炔半氢化。

在一系列NHC-金属配合物(Cu、Ag、Au和Pd)中，NHC-Cu显示出乙烯在纯乙炔流下的法拉第效率(FE_乙烯)≥98%。即使在100小时稳定性测试期间，在含有1%乙炔的粗乙烯原料中也显示出>99%的乙烯特异性选择性。此外，在粗乙烯流中，NHC-Cu的SV为9.6×10 5 mL g^-1_cat h^-1和2.1×10^-2 s^-1的周转频率(TOF)并连续输出仅含有约30 ppm乙炔的乙烯产物，因此性能优于最先进的热催化剂。

实验和密度泛函理论(DFT)计算表明，N-杂环卡宾-Cu中的Cu位点促进了亲电乙炔的吸收和亲核乙烯的解吸，最终抑制电催化乙炔半氢化过程中的副反应，表现出优异的半氢化性能。这项工作不仅为N-杂环卡宾-金属配合物在电催化领域打开了一扇新窗口，而且还为选择性加氢催化剂的设计提供了见解。

Efficient Electrocatalytic Acetylene Semihydrogenation by Electron-Rich Metal Sites in N-Heterocyclic Carbene Metal Complexes. Nature Communications, 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-26853-0

2. ACS Energy Lett.: 追踪溯源，揭示Fe掺入对重构水氧化电催化剂内在性能的影响

由于对析氧反应（OER）性能的显着影响，伴随催化组分表面氧化和溶解的预催化剂的表面动力学需要极大的研究关注。因此，在高电流密度下结构完整性的变化通常会导致不一致的 OER 性能。基于此，成均馆大学Pil J. Yoo、首尔国立大学Won Bo Lee等提出了复杂的预催化剂设计，然后在水氧化条件下和Fe存在下进行重构处理，这显着提高了OER活性和长期稳定性。

在重构Ni(OH)₂/Co₉S₈后，Fe掺杂NiOOH/CoOOH的超薄异质界面结构在核心Co₉S₈周围形成。催化剂前体，最终呈现出异常高的OER性能，Fe的掺入促进并维持了重构电催化剂的OER性能(400 mA cm^-2，345 mV)。重构的电催化剂(具有高价金属位点)的显着改变的固有特性解释了OER活性的增强。

密度泛函理论(DFT)计算表明，与未掺杂Fe的电催化剂(NiOOH、CoOOH和NiOOH/CoOOH)相比，Fe掺杂的异质界面电催化剂(Fe掺杂的NiOOH/CoOOH)显着降低了OER过电位，Fe位点促进了相邻的Co/Ni位点的强OOH*结合，从而降低了过电位。因此，本研究强调了理解预催化剂表面动力学的重要性，并强调了表面重建过程以定制稳定的异质界面结构以实现持久的水电解性能。

Unveiling the Impact of Fe Incorporation on Intrinsic Performance of Reconstructed Water Oxidation Electrocatalyst. ACS Energy Letters, 2021. DOI: 10.1021/acsenergylett.1c01983

3. Small: 超快室温合成！自支撑NiFe-LDH用于大电流密度析氧

水分解是一种有前途的可持续生产高纯度氢气的技术，但动力学缓慢的析氧反应(OER)严重阻碍了其商业应用。近日，南京大学侯文华、南京师范大学徐林等报道了一种在常温常压下在泡沫镍上直接生长NiFe层状双氢氧化物(NiFe-LDH)纳米片的省时和节能方法，以实现高效电催化OER。

NiFe-LDH纳米片垂直生长于泡沫镍中并相互交叉，形成高度多孔的阵列，导致大量暴露的活性位点，降低电荷/物质传输的阻力并增强机械稳定性。作为自支撑电催化剂，优化后的样品(NF@NiFe-LDH-1.5-4)在1.0 M KOH溶液中，电流密度为100 mA cm^-2时OER过电位为190 mV，显示出优异的大电流密度催化活性，Tafel斜率为38.1 mV dec^-1。

NF@NiFe-LDH-1.5-4优异的OER性能和长期稳定性主要归功于高活性成分、精细结构和强大的附着力。具体而言，1. NiFe-LDH中Ni位点对中间体具有适当的结合能，而Fe³⁺进一步提高了其催化性能；2. NiFe-LDH纳米片阵列形成的丰富而规则的孔不仅可以显着增加可用的活性位点和大的表面积，而且可以显着降低离子扩散距离和离子传输阻力；3.NiFe-LDH纳米片和泡沫镍之间的强相互作用使NF@NiFe-LDH-1.5-4具有增强的导电性和机械稳定性。

Ultrafast Room-Temperature Synthesis of Self-Supported NiFe-Layered Double Hydroxide as Large-Current-Density Oxygen Evolution Electrocatalyst. Small, 2021. DOI: 10.1002/smll.202104354

4. Nano Lett.: 铋空位诱导的BiOCl用于直接高效光还原空气中的CO₂

通过人工光合作用光催化CO₂转化为碳质燃料有利于减缓全球变暖和可再生资源的产生。然而，用于高效人工光合作用的特殊CO₂捕获装置总是需要高成本。为了直接从自然空气中实现高效的光催化CO₂还原(PCR)，南京大学周勇、Liuqing Yang等报道了一种由纳米片组装而成玫瑰状的BiOCl，其富含Bi空位(V_Bi)(VBOC)，活性{001}面几乎完全暴露。

V_Bi为玫瑰状BiOCl提供了大量的吸附和催化位点，从而提升了CO₂吸附和还原能力。VBOC在空气中表现出优异的光催化CO₂还原(PCR)性能，在300 W Xe灯照射下5小时内CO的生产速率达21.99 μmol g^-1 h^-1。VBOC的PCR值分别是合成BOC(9.64 μmol g^-1 h^-1)和商业BOC (1.92 μmol g^-1 h^-1)的2.28倍和11.45倍。

实验和密度泛函理论(DFT)计算表明，Bi阳离子晶格缺陷的合理产生和调控可以显着增强质子对空位的吸引力，从而产生更多的活性表面并调整BiOCl的电子结构以实现有效的载流子分离，从而在空气中产生优异的CO₂的吸附和PCR性能。该工作提出了一种利用空气设计和构建PCR光催化剂的阳离子空位引入策略，无需任何额外的气体压缩设备，从而减少碳排放。

Bismuth Vacancy-Induced Efficient CO₂ Photoreduction in BiOCl Directly from Natural Air: A Progressive Step toward Nature Photosynthesis. Nano Letters, 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c03249

5. ACS Catal.: 富氧空位Co₃O₄和结晶-非晶NiFe-LDH组成异质界面用于析氧反应

电解水以其无污染、来源丰富、可再生能源等特点有望实现可持续制氢。然而，由于四电子耦合质子转移步骤的高能垒引起的动力学缓慢，通过水电解制氢的能量效率受到阳极析氧反应(OER)的严重阻碍。因此，设计和开发高性能OER电催化剂以加速电子转移并减少甚至打破动力学瓶颈迫在眉睫。基于此，北京科技大学王戈、黄秀兵等合成了一种以一维Co₃O₄纳米线为核、二维NiFe-LDH纳米片为壳的泡沫镍(NF)负载电催化剂(NiFe-60/Co₃O₄@NF)。

F取代可以提高Co(OH)F@NF的化学和热稳定性并增加规则分布的氧空位浓度，从而优化电子结构并激活Co₃O₄@NF的晶格氧，它缩小了OER的动力学势垒。在随后的电化学沉积过程中，由于反应条件温和，反应时间极短，形成了具有结晶/非晶混合结构的NiFe-LDH。非晶区富含丰富的具有高活性的配位不饱和金属位点，而结晶区则保持稳定。因此，构建了主要由NiFe-LDH中的Ni物种组成的异质界面。由于在异质界面的帮助下产生的电荷转移通道，Co₃O₄@NF中的Co物种和NiFe-LDH的非晶区Fe物种之间产生强大的相互作用。

上述增强了代表热力学性质的催化活性，并加快了代表动力学性质的电荷转移速率。因此，NiFe-60/Co₃O₄@NF在100 mA cm^-2和500 mA cm^-2的电流密度下，过电位分别为221 mV和257 mV，Tafel斜率为34.6 mV dec^-1。此外，该催化剂在290 mV的恒定过电位下也表现出良好的长期稳定性，24小时内电流密度损失仅为4.4%。上述结论可能为设计对OER和其他催化反应具有高性能的电催化剂提供独特的策略。

Constructing a Hetero-interface Composed of Oxygen Vacancy-Enriched Co₃O₄ and Crystalline-Amorphous NiFe-LDH for Oxygen Evolution Reaction. ACS Catalysis, 2021. DOI: 10.1021/acscatal.1c03960

6. Appl. Catal. B.: 首次报道！ETM Re掺杂PtNiGa NWs用于高效稳定电催化ORR

设计并开发一种活性且耐用的氧还原反应(ORR)催化剂对于燃料电池的商业化至关重要，但实现该目标仍然具有巨大的挑战性。近日，湖南大学黄宏文、西安交通大学王斌和刘茂昌等首次报道了前过渡金属(ETM)Re在超薄PtNiGa纳米线(Re-PtNiGa NWs)中的微量掺杂，以构建一种集优异活性、长期耐久性和高利用效率于一体的新型催化剂。

Re-PtNiGa NWs具有优异的ORR活性，与商业Pt/C催化剂相比，Re-PtNiGa四金属纳米线的质量活性(3.49 A mg^-1_Pt)和比活性(3.17 mA cm^-2，0.9 V_RHE)分别提高了19.6倍和11.3倍。此外，Re-PtNiGa四金属纳米线在经过 20000次加速耐久性试验(ADT)循环后，质量活性降低了10.6%。由Re-PtNiGa NW作为阴极组装的H₂-O₂ PEMFC具有出色的长期耐用性，在100小时内输出电流密度的衰减(4.9%)可以忽略不计。

密度泛函理论(DFT)计算表明，由于Re-PtNiGa NW的最佳电子结构和独特结构之间的有利协同作用(Re掺杂剂可以将电子提供给Pt原子，这优化了Pt位点的电子能带结构)，导致含氧物种的结合强度减弱，从而提高ORR活性。目前的工作不仅提供了一种优异的ORR催化剂来促进燃料电池的商业化，而且还证明了ETM掺杂策略是优化多相催化剂的有效方法。

Trace Doping of Early Transition Metal Enabled Efficient and Durable Oxygen Reduction Catalysis on Pt-based Ultrathin Nanowires. Applied Catalysis B: Environmental, 2021. DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120918

7. Chem. Eng. J.: 界面匹配促进分层海绵状NiFe-PBA/Ni₃C(B)的析氧反应

电化学水分解产氢一直是人们关注的焦点。然而，缓慢的反应动力学，特别是析氧反应(OER)的多步质子耦合电子转移为实现高效分解水带来了瓶颈。具有优异电荷转移和众多活性位点暴露的合理界面结构在多相催化中起着至关重要的作用。近日，中国石油大学(华东)鲁效庆、王兆杰等通过硼酸盐辅助策略制备了一种具有活性NiFe普鲁士蓝类似物和碳化镍界面(NiFe-PBA/Ni₃C(B))的分级海绵状电催化剂。

受益于硼酸盐配体在热解和碳化过程中的原位解吸，产生了独特的分层结构。由金属有机骨架(NiFe 普鲁士蓝类似物)与金属过渡碳化物相(碳化镍)组成的最优电催化剂在1.0 M KOH溶液中，10 mA cm^-2电流密度下的OER过电位仅为196 mV，Tafel斜率为30.1 mV dec^-1，强大的水氧化性能可归因于丰富的吸附位点和有效的界面相互作用。

实验和密度泛函理论(DFT)计算表明，该催化剂结合了Ni₂Fe(CN)₆和Ni₃C的几何和电子效应；OER的有利吉布斯自由能可归因于Ni₃C中的Ni 3d和NiFe-PBA中的Fe 3d之间的杂化以及电荷在界面处积累。这项工作不仅确定了硼酸盐在调节催化剂形态方面的关键作用，而且为构建和定制AWE中先进电催化剂的良好匹配界面提供了一种新方法。

Boosting Oxygen Evolution Reaction of Hierarchical Spongy NiFe-PBA/Ni₃C(B) Electrocatalyst: Interfacial Engineering with Matchable Structure. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133524

8. Chem. Eng. J.: 原位磷化和表面重构共同助力Ni-CoP/Co₂P@NC高效电催化水分解

清洁电能与化学能综合利用有望实现小型化和便携化，而电化学水分解在发电等应用方面具有多种优势。然而，过高的能垒和缓慢的动力学阻碍了水分解的能量转换效率。基于此，哈尔滨工业大学杨敏、张国旭等通过原位磷化和快速表面重建策略设计了具有2D/3D结构的新型Co-Ni双金属磷化物(2D/3D Ni-CoP/Co₂P@NC)，用作整体水分解的有效电催化剂。

HRTEM和XPS证实了催化剂上发生原位的磷从基板扩散。并且在电化学处理过程中，有羟基氧化钴的生成，实现了表面自重建。Ni-CoP/Co₂P@NC和Hy-Ni-CoP/Co₂P@NC在10 mA cm^-2的电流密度下的HER过电位和OER过电位分别为117 mV和272 mV。此外，对于具有长期稳定性的整体水分解，仅需1.59 V的低工作电池电压即可实现10 mA cm^-2的电流密度。

密度泛函理论(DFT)计算表明，缺陷NC和Ni-COP /Co₂P之间的强电子相互作用，以及表面构建和CoOOH形成后，有缺陷的NC和CoOOH都有利于中间体的吸附和解吸，从而显着提高OER催化性能。该策略也有望用于制造用于光催化剂、电池和超级电容器应用的其他功能材料。

In-situ Release of Phosphorus Combined with Rapid Surface Reconstruction for Co-Ni Bimetallic Phosphides Boosting Efficient Overall Water Splitting. Chemical Engineering Journal, 2021. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133523

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8篇催化顶刊：Nat. Commun.、ACS Energy Lett.、Small、Nano Lett.、ACS Catal.

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