图6. 提出的OER在酸中的作用机制:吸附机制(AEM)和晶格氧介导机制(LOM)[6]
7. 佛罗里达大学EES：调节金纳米催化剂上光电化学水氧化的多孔反应途径
天然光合作用利用由酶和分子介体组成的氧化还原级联来捕获和稳定热载流子，以实现有效的多次电荷转移。在这方面，关于光生热载体极短寿命的人造光化学面临巨大挑战。有鉴于此，佛罗里达大学David Wei等人以金纳米颗粒光催化剂为模型，设计了在Au/TiO2异质结构上光沉积的邻苯二酚分子捕获并稳定了Au上的光生热空穴，并进一步介绍了新的多孔反应途径。该新机制将光电化学水氧化金提高了一个数量级。作者的研究阐明了一种整合金属纳米颗粒、半导体和分子氧化还原介质的策略，以有效地分离载流子并获取热空穴来驱动光化学反应。
图7. 光诱导MNPs上的多孔反应途径[7]
8. 陕西师范大学AFM 制备：氢触发一锅法合成高品质异相结构
具有不同组分、相结构和性质的二维过渡金属硫族化合物(TMDs)为构建新型的二维横向异质结构提供了巨大的机遇。然而，迄今为止的研究主要局限于同相TMD异质结构，而异质TMD异质结构的构建仍然是一个挑战。陕西师范大学的徐华利用氢触发一锅合成法连续外延生长成功地合成出高质量的2H-1T'WS2-ReS2异相结构。此外，WS2更倾向于在ReS2晶粒的顶点处成核，并且具有固定的晶格取向，使得周围的WS2晶粒合并成单晶。瞬态吸收光谱结果表明，在异相界面上，光载流子可以有效地分离。基于高质量的异质结，获得了显著的整流特性和偏振相关的光电二极管特性。
图8. 异质结构的合成示意图和结构[8]
9. 武培怡AFM：一种简便、高产、冻融辅助的方法制造具有大尺寸MXene应用于微型超级电容器
MXene作为二维(2D)材料家族中的一个新成员，得到了广泛的研究。然而，人们往往关注MXene的多功能性，而忽视了其较低的产率。武培怡教授团队通过研究发现，利用水结冰过程中的膨胀现象，通过简单的反复冻融(FAT)的方法可以有效地提高MXene(Ti3C2Tx)纳米片的产率。通过此方法，大尺寸的MXene表面出现明显的微褶皱，同时其产率达到39%，当FAT与超声结合后，即便得到的是小尺寸的MXene纳米片，其产率高达81.4%，高于目前所报道的合成方法。随后，利用掩模板法制作了一种全MXene的平面微型超级电容器(MSC)，表现出23.6 mF cm-2和591 F cm-3的高面积和容量电容。MXene‐MSC的这种卓越的电化学性能也通过这种FAT策略证实了MXene的高质量。
图9. FAT法示意图[9]
10. Dionisios G. Vlachos Nature Catalysis：贵金属催化剂激活C-O键
多官能分子的选择性C-O活化在许多重要的化学过程中是必不可少的。虽然可还原的金属氧化物通过反向Mars-van Krevelen机制对还原性C-O键断开具有活性和选择性，但活性最强的氧化物在反应过程中发生体积还原。美国特拉华大学的Dionisios G. Vlachos等人报道了一种通过在中等可还原氧化物表面掺杂贵金属的超低负荷来激活碳氧键的策略。作者演示了将高度分散的Pt固定在TiO2上，将糠醇转化为2-甲基呋喃的原理。密度泛函理论计算、催化剂表征(扫描透射电子显微镜、电子顺磁共振、傅立叶变换红外光谱和x射线吸收光谱)、动力学实验和微动力学建模的组合，揭示了大量的C-O活化率的提高。
图10.贵金属催化剂激活C-O键示意图[10]
参考文献：
[1] HuiWang, et al., Ketones as Molecular Co‐catalysts for Boosting Exciton‐Involved Photocatalytic Molecular Oxygen Activation. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, DOI: 10.1002/anie.202003042.
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[3] Cheng Tang, et al., Coordination Tunes Selectivity: Two-Electron Oxygen Reduction on High-Loading Molybdenum Single-Atom Catalysts, Angewandte Chemie International Edition，2020，DOI: 10.1002/ange.202003842.
[4] Rui Peng, et al., Self-doped p-n Junctions in Two-Dimensional In2X3 van der Waals Materials, Materials Horizons, 2020, DOI: 10.1039/C9MH01109A.
[5] Jintao Zhang, et al., Designed Formation of Double-Shelled N-Fe Layered-Double-Hydroxide Nanocages for Efficient Oxygen Evolution Reaction, Advanced Materials, DOI:10.1002/adma.201906432.
[6] Denis A. Kuznetsov, et al., Tailoring Lattice Oxygen Binding in Ruthenium Pyrochlores to Enhance Oxygen Evolution Activity. J. Am. Chem. Soc. 2020, DOI: 10.1021/jacs.0c01135.
[7] Yuchao Zhang et al., Modulating Multi-Hole Reaction Pathways for Photoelectrochemical Water Oxidation on Gold Nanocatalysts, Energy Environ. Sci., 2020, DOI：10.1039/C9EE04192C.
[8] Dongyan Liu, Synthesis of 2H-1T’ WS2 -ReS2 Heterophase Structures with Atomically Sharp Interface via Hydrogen-Triggered One-Pot Growth, Advanced Functional Materials, 2020, DOI:10.1002/adfm.201910169.
[9] Xianwu Huang, Peiyi Wu, A Facile, High-Yield, and Freeze-and-Thaw-Assisted Approach to Fabricate MXene with Plentiful Wrinkles and Its Application in On-Chip Micro-Supercapacitors. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 1910048.
[10] Fu, J., et al. C–O bond activation using ultralow loading of noble metal catalysts on moderately reducible oxides. Nat Catal 2020, DOI: 10.1038/s41929-020-0445-x.
本文由Nanooptic供稿。
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