1. angew.： o 橋接一對英尼原子作為雙金屬的活性位點，協同電催化CO2還原為CO
電化學CO2還原（CO2RR）作為一氧化碳、甲酸鹽、甲烷、乙烯和乙醇等增值燃料和化學品，越來越受到關注。 到目前為止，研究人員已經證明了大量材料的電化學性質，如金屬、合金、金屬氧化物和金屬硫族化物，用於電催化將CO2還原為CO。 然而，它們的催化效能受到過電位大、選擇性低、穩定性差和競爭性析氫反應的極大限制。 因此，迫切需要探索高活性和選擇性的CO2RR電催化劑，以促進電化學CO2RR的進一步發展。
最近大連理工大學侯俊剛本課題組設計了一種原子分散的INNI兩位催化劑，其中兩個金屬原子與乙個軸向氧原子橋接，形成錨定在氮摻雜碳（INNI DS NC）上的O-N6-Ni活性部分。
電化學CO2RR效能測試結果表明，所製備的INNI DS NC具有優異的CO選擇性（-05~-0.在 8 VRHE 的大電位範圍內，電化學 CO2RR 轉化為 CO 的法拉第效率 （Fe） 在 -0 時高於 90%7 VRHE 的 FE 達到 967%；和 inni ds nc 在 -10 VRHE時CO部分的電流密度達到3172 ma cm-2。此外，INNI DS NC還表現出優異的CO2RR穩定性，其FeCo在連續電解15小時後仍保持在初始水平983%。
ATR-Seiras結合密度泛函理論（DFT）計算表明，在氧原子橋存在下，Ni和DS NC載體上相鄰IN位點之間的協同作用可以降低催化劑表面形成*CoOH中間體的能壘，並選擇性地提高CO產率。 綜上所述，本工作不僅證明了雙位位催化劑在催化CO2RR轉化為CO方面的優越性，而且為構建雙位位能量轉化催化劑提供了可行的策略。
oxygen-bridged indium-nickel atomic pair as dual-metal active sites enabling synergistic electrocatalytic co2 reduction. angewandte chemie international edition, 2022. doi: 10.1002/anie.202216326
2. angew.： Cu-Znzr催化劑中獨特的Zn物種促進了電化學CO2RR向甲醇的轉化
電化學二氧化碳還原（CO2RR）制甲醇是一種很有前途的方法，可以減少全球二氧化碳排放，同時生產可用作高附加值化學品的甲醇。 目前，高效能、低成本的Cu Zno基催化劑廣泛應用於電化學CO2RR制甲醇，但Zn物種的複雜性和反應過程中的結構變化尚未得到明確解釋，這限制了對Cu ZNO基催化劑的進一步改性，以提高電化學CO2RR制甲醇的效能。
最近孫健，中國科學院大連化學物理研究所俞佳峰跟卡爾斯魯厄理工學院 Jan-Dierk Grunwaldt採用雙噴嘴火焰噴塗熱解（DFSP）方法，將Cu（Cu-ZnzR）中的Zn和Zr組分分離出來，合成了一系列Cu-Zn-ZR三元催化劑（Cu-Znzr、Zr-Cuzn和Zn-Cuzr）。
具體而言，該方法可以將三種組分的兩種前驅體以不同的順序組合在一起，以增強它們在同一火焰中的相互作用，同時防止在不同火焰中形成複合材料，從而實現催化劑的可控合成，有利於建立催化劑結構與反應效能之間的明確關係。
效能測試結果表明，所製備的催化劑Cu-ZNZR>ZR-CUZN>ZN-CUZR在選擇性和收率方面存在顯著差異。 採用操作法分析了鋅種類的動態結構變化，結果表明，由於高度分散的ZNO團簇與ZrO2載體之間的強相互作用，Cu-Znzr催化劑在反應過程中產生了原子分散的鋅位點。
此外，原位表徵和密度泛函理論（DFT）計算表明，這種獨特的鋅種由於甲酸鹽吸附增強和氫活化能低，促進了H3Co*向甲醇轉化的選擇性，而不是分解為Co，這打破了Zr-Cuzn催化劑中活性Cu-Zno介面可以促進甲醇生產的認知。 相比之下，Zn-Cuzr催化劑上相對大且獨立的ZnO奈米顆粒對甲醇生產的貢獻最小，因為它們缺乏對氫活化和甲酸鹽穩定的促進作用。
綜上所述，本研究表明，銅基催化劑的甲醇合成效能與鋅種結構有較強的依賴性，在製備過程中與其他組分的相互作用可以很容易地控制，這為設計多組分催化劑中的有效種類提供了巨大的潛力。
probing the nature of zinc in copper-zinc-zirconium catalysts by operando spectroscopies for co2 hydrogenation to methanol. angewandte chemie international edition, 2022. doi: 10.1002/anie.202216803
3. nat. catal.：離域狀態誘導選擇性鍵斷裂，促進Cu2NCN將CO2高效電催化轉化為甲醇
甲醇作為一種清潔燃料在化學工業中的需求量很大。 目前，甲醇的工業化生產主要在高溫高壓條件下（50-100 bar，200-300°C）合成，導致溫室氣體排放嚴重（生產一噸甲醇排放CO2>30公斤）。 銅基材料電催化CO2還原反應（CO2RR）生產甲醇是一種低能、綠色的甲醇製備方法，通過開發具有獨特原子和電子性質的銅基催化位點，選擇性地獲得了多種C1和多碳（C2+）產物。
然而，銅基材料電化學CO2還原制甲醇的活性和選擇性並不理想，限制了其在電化學CO2RR轉化為甲醇中的大規模應用。
基於此，黃富強，中國科學院上海矽酸鹽研究所王家成跟鄭耿峰，復旦大學設計合成了一種具有鋸齒狀分子結構的銅花烯醯胺（Cu2NCN）晶體，作為高效、高選擇性地將CO2轉化為CH3OH的催化劑。
在 0在以5 M KhCO3為電解質的膜電極元件（MEA）電解槽中測試了CO2RR的電化學效能。 結果表明，Cu2NCN催化劑在3在4 V的全電池電壓下，它對CO2還原為CH3OH的選擇性最高（70%），甲醇部分的電流密度為923 mAcm2，對應的甲醇產率為0160 μmol−1cm−2。
此外，研究人員還測試了Cu2NCN的電化學穩定性。 在恆定的全電池電壓為 3在4 V下，Cu2NCN催化劑連續工作10 h以上，電流保持在400 mA左右催化劑組成和結構表徵結果表明，電解後大部分Cu2Ncn保留在催化劑上，僅形成一小部分金屬Cu，表明Cu2Ncn具有優異的電催化穩定性。
密度泛函理論（DFT）計算表明，NCN2陰離子的強配位引起的陽離子極化大大增強了每個Cu（I）周圍的電子雲色散，從而使孤立的Cu（I）位點的電子結構轉變為更加離域的狀態;Cu2NCN分子的曲折結構進一步組裝成乙個層狀網路，其中孤立的Cu（I）位點抑制Cc偶聯，選擇性誘導CuO-O鍵斷裂，減弱Cu*OC3相互作用，從而實現CO2向甲醇的高選擇性轉化。
綜上所述，本工作為CO2-CH3OH的高效轉化提供了有效的催化劑，本文提及的催化劑設計策略為高附加值產品電合成用高效能電催化劑的設計與製備提供了指導。
delocalization state-induced selective bond breaking for efficient methanol electrosynthesis from co2. nature catalysis, 2022. doi: 10.1038/s41929-022-00887-z
4.AM：獨特的缺電子 RuO2 介面促進了鹼性 HOR 的快速和持久催化
鹼性膜燃料電池（AEMFCS）因其成本低、理論能量密度高而受到越來越多的關注。 然而，在鹼性介質中，陽極上的氫氧化反應（HOR）動力學較慢（比酸性介質低兩個數量級），這限制了AEMFCS的進一步大規模商業應用。 雖然鉑基電催化劑通常對鹼性HOR表現出較高的活性，但PT的成本較高，不適合在AEMFCS中大規模使用。
因此，尋找高價效比且穩定的無PT鹼性HOR電催化劑有利於AEMFCS的進一步發展。
基於此，孫文平，浙江大學跟潘洪革設計合成了由Ru和RuO2組成的RuO2麵內異質結，具有獨特的Ru（100）RuO2（200）介面，能夠快速、持久地電催化鹼性HOR。
電化學效能測試結果表明，最佳RU RuO2-180在整個電位範圍內具有最高的電流密度，表明其電催化效能最高。 在 0在1 V時，RU RUO2-250的電流密度急劇下降，這可能是由於RU RUO2-250中金屬RU物種的氧化（導致活性金屬RU與氫的結合位點消失，這是RU基HOR電催化劑的典型特徵）。
相比之下，RU ruo2-180 在 0 0在33 VRHE的電位範圍內沒有急劇的電流下降，表明RU RUO2-180中金屬Ru物種的氧化受到抑制。 此外，RU RUO2-180 的耐用性在連續執行中顯著增強 42 h和8 h後，電流密度下降了8比PT C催化劑好5%和10%;穩定性試驗後，RU RUO2-180的結構和組成沒有明顯變化，這進一步證明了RU RUO2-180麵內異質結中豐富的RU-RUO2封閉介面對防止RU被氧化起著至關重要的作用。
為了進一步闡明Ru RuO2平面異質結構電催化劑優異的電催化效能的根本原因，研究人員進行了密度泛函理論（DFT）計算。 結果表明，RU RUO2介面金屬RU原子周圍的電子耗竭和O原子周圍的積累進一步驗證了電子通過RU RUO2異質結的轉移。 此外，RU RUO2中RU-RUO2介面處的RU和RUO2結構域分別是H和OH的最佳吸附位點：與純RU相比，金屬RU與HAD在異質介面的相互作用較弱，且RUO2與OHAD在介面處的相互作用強於純RUO2， 大大改善了鹼性HOR的反應動力學。
此外，異質結中介面RU與OH、O的相互作用也弱於純RU的相互作用，因此RU RuO2中的介面金屬RU比純RU具有更差的氧化性，這證實了獨特的RU-RUO2介面可以抑制金屬RU物種的氧化，這對於RU RUO2在HOR反應過程中的穩定性至關重要。 綜上所述，本研究證明，建立具有吸附平衡的鹼性HOR中間體非均相介面對提高催化劑的反應性和穩定性具有重要意義。
fast and durable alkaline hydrogen oxidation reaction at electron-deficient ruthenium-ruthenium oxide interface. advanced materials, 2022. doi: 10.1002/adma.202208821
5.AFM：Ni 修飾 RU MLN 的晶格和表面，以實現高效能催化 HOR
氫氧化物交換膜燃料電池（HEMFC）作為最具發展前景的能量轉換裝置之一，在能源可持續發展方面越來越受到關注。 一般來說，HEMFC由兩個半反應組成：陽極氫氧化物反應（HOR）和陰極氧還原反應（ORR）。 在過去的幾十年裡，鉑被廣泛用於催化HOR反應。 然而，鉑在鹼性條件下緩慢的Horkintic動力學，以及鉑的高成本，嚴重限制了其廣泛的應用。
因此，開發高效、無鉑的鹼性HOR催化劑具有重要意義。 最近黃曉青，廈門大學跟徐勇，廣東工業大學NI對RU多層奈米片（MLNS）的改性可以顯著提高HOR效能（HOR效能與NI在RU MLNS表面或晶格上的位置密切相關）。
首先，研究人員化學製備了三種不同的催化劑：Ru MLNs（未被Ni修飾）、D-Runi MLNs（晶格中的Ni）和I-Runi MLNs（表面上的Ni）。 隨後，進行了電催化HOR效能測試，結果表明，D-Runi MLNS C和i-Runi MLNS C的HOR活性高於RU MLNS C，表明在RU表面和晶格中新增Ni可以促進HOR的基本效能。
隨後，研究人員將Ni（Di-Runi MLNS）沉積在D-Runi MLNS的表面。 在穩定性測試中，Di-Runi MLNS C的HOR活性在11 h後僅下降了11 h5%；當反應時間延長至3 h時，Di-Runi MLNS C上的電流密度僅下降了257%，表明Di-Runi MLNS C具有優異的HOR穩定性。
實驗結果和密度泛函理論（DFT）計算表明，在D-Runi MLNS、i-Runi MLNs和Di-Runi MLNS中，Di-Runi MLNs的δg*h最接近於零，有利於HOR反應。 鹼性條件下的高效HOR需要*H和*OH吸附之間的平衡，而Di-Runi MLNs上晶格和表面的Ni協同作用有助於實現*H和*OH吸附之間的平衡，從而提高HOR效能。
此外，水的形成能是影響HOR效能的另乙個關鍵步驟。 Di-Runi MLNS上的水形成能量為014 EV，遠低於D-Runi MLNs和i-Runi MLNS，再次表明Di-Runi MLNs可以作為催化HOR的活性催化劑。
綜上所述，本工作不僅揭示了RU晶格和表面改性對提高HOR效能的重要性，而且促進了RU基燃料電池材料的合理設計。
lattice and surface engineering of ruthenium nanostructures for enhanced hydrogen oxidation catalysis. advanced functional materials, 2022. doi: 10.1002/adfm.202210328
6.AFM：RU Se-RUO2具有較高的酸性OER活性，可控的硒化策略缺一不可！
在酸性條件下電化學分解水製氫是一種有效、綠色、無汙染的製氫方法。 然而，電化學分解水的進一步發展受到析氧反應（OER）動力學緩慢的限制，因此大量的研究工作致力於開發具有優異活性和耐久性的催化劑，以實現高效穩定的催化OER。
釕（Ru）及其化合物富含D軌道電子，被認為是替代商業銥基催化劑的潛在候選者。 然而，釕基氧化物在酸性條件下的耐蝕性較差，阻礙了釕基OER電催化劑的大規模應用。 因此，亟需探索有效的策略來提高RU基氧化物對酸性水分解的催化活性和耐久性。
最近吳輝，清華大學北京郵電大學李希波，暨南大學跟唐浩林，武漢理工大學報道了一種簡單的硒輔助還原方法，通過球磨和退火工藝成功製備了部分RU的硒改性RuO2（RU se-ruO2）。 Ru Se-RuO2 具有優異的酸性 OER 特性，在 10 mA cm-2 的電流密度下過電位低至 190 mV它還具有快速的電子轉移動力學，以及更多的催化活性位點和出色的長期耐久性，優於商業RuO2。
實驗結果和理論計算表明，Ru Se-RuO2優異的電催化效能可能是由於電子轉移相互作用的增強和Ru RuO2異質結的形成。 此外，RUse對RuO2的共改性可以降低催化劑表面形成*OOH的能壘，從而顯著提高OER的效能。
本工作證明了通過摻雜硒來調節RU基氧化物的相組成和電子結構以提高電催化活性的可行性，為能源生產等領域其他復合電催化劑的合理設計和合成提供了策略。
ru/se-ruo2 composites via controlled selenization strategy for enhanced acidic oxygen evolution. advanced functional materials, 2022. doi: 10.1002/adfm.202211102
7. acs catal.：RU團簇和單原子載流子的介面效應提高了催化劑的析氫反應活性
電化學分解水製氫技術可以有效緩解全球能源危機和環境問題，成為未來清潔能源技術的關鍵組成部分。 高效、低成本的析氫反應催化劑是可再生能源電解水驅動製氫快速發展的關鍵。 鉑（Pt）基材料是最先進的電化學分解水催化劑，但其稀缺性和高成本**限制了其大規模應用。 釕（Ru）基材料具有與鉑相似的物理和化學性質以及高度可調的電子結構，因此它們作為PT基材料的潛在替代品已被廣泛研究。
然而，釕的高內聚性會導致催化劑在催化過程中不可逆地團聚和結構崩潰，RU位置的H吸附強度過大也會導致HER效能的退化。 目前，一些研究表明，通過與襯底的相互作用，可以有效地調控金屬活性位點的電子結構。 因此，操縱金屬-基體介面的結合部分將從根本上解決RU和其他過渡金屬基催化劑的HER活性低的問題。
最近金兆宇，電子科技大學肖丹，四川大學跟李盼盼等人提出了一種鐵誘導功能化策略，其中以空位和氧配位單原子鐵位點（Fe-O4）修飾的碳奈米管（CNT-V-Fe）作為載流子支撐的RU團簇（CNT-V-FE-RU），其HER活性大大提高。
在酸性條件下，CNT-V-Fe-Ru在電流密度為10 mA cmgeo-2時的過電位為64 mV;CNT-V-Fe-Ru還具有優異的穩定性，在10 mA cmgeo-2電流密度下連續反應20小時後，結構和組成沒有明顯變化。
實驗結果和理論計算進一步證明，富空位和鐵單原子中心的協同作用使CNT-V-Fe-Ru在RU團簇和CNT-V-Fe載體介面之間獲得最佳的結合能此外，將RU活性中心的H吸附強度優化到最大，使CNT-V-Fe-RU表現出較高的HER活性和持久的穩定性。
總體而言，本工作不僅有助於在原子水平上更深入地理解金屬-基底介面的相互作用機理，而且揭示了金屬單原子位點修飾的富缺陷載體在高效催化材料設計中的潛在應用前景。
understanding the atomic and defective interface effect on ruthenium clusters for the hydrogen evolution reaction. acs catalysis, 2022. doi: 10.1021/acscatal.2c04586
8.體積小：超薄Coox層與Ni單原子協同作用，促進Ti：Fe2O3奈米棒的高效PEC水分解
光電化學（PEC）分解水製氫作為一種將太陽能轉化為儲存在氫氣中的化學能的零排放技術，越來越受到人們的關注。 半導體金屬氧化物由於其優異的穩定性，常被用作PEC水分解的光陽極。
然而，半導體金屬氧化物的光載流子壽命短、載流子擴散距離短、水氧化動力學慢等嚴重阻礙了PEC水分解的進一步發展。 基於此，沈少華，習交通大學通過原子層沉積（ALD）和光沉積策略，我們團隊成功地在鈦摻雜-Fe2O3（Ti：Fe2O3）奈米棒上沉積了超薄的Coox層和Ni單原子（Ti：Fe2O3 Coox Ni）。
超薄金屬氧化物塗層與SAC對光電極進行協同改性，可顯著減少表面光生電子-空穴復合，加速表面水氧化動力學，從而提高PEC的水解效能。 具體而言，Ti：Fe2O3 Coox Ni光陽極的光電流密度增加了123 在 0 VRHE326 mA cm-2 公升高至 105 ma cm-2。此外，Ti：Fe2O3 Coox Ni也表現出優異的PEC穩定性，在10 h的PEC反應過程中沒有明顯的光電流衰減。
實驗結果和理論計算表明，超薄Coox覆蓋層的表面鈍化減少了表面光生載流子的復合，Ni單原子的表面催化加速了水氧化反應。 COOX和Ni單原子協同作用引起的表面電子結構變化會降低OH*中間體的吸附能，進而降低OER定速步驟（OH* O*）的能量勢壘，有利於Ti：Fe2O3 Coox Ni光陽極上的PEC水解反應。
綜上所述，本工作為Ti：Fe2O3基光電極的表面電化學和電子結構改性提供了一種簡單有效的方法，也可應用於其他半導體基光電極的改性，以實現高效的太陽能-燃料轉換。
synergy of ultrathin coox overlayer and nickel single atoms on hematite nanorods for efficient photo-electrochemical water splitting. small, 2022. doi: 10.1002/smll.202203838