催化前沿每周精选丨1021-1027
开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂人 开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂人 2019-10-31

1. Nat. Chem.:简便方法制备的金单原子催化剂,100%选择性催化甲醇自偶联成甲酸甲酯

为了获得最大的原子效率,近年来单原子催化剂成为了热门研究。将有机金属均相催化剂锚定在表面上会产生聚集和活性降低的问题,而开发用于在氧化物载体上制备原子分散的贵金属的技术通常很复杂。近日,塔夫茨大学Maria Flytzani-Stephanopoulos威斯康辛大学Manos Mavrikakis等报道了一种简便的在碱溶液中合成单原子金催化剂一锅合成方法,将Au(OH)3和NaOH粉末在H2O中混合,再通过浸渍方法即可得到载体负载的稳定的单原子金团簇催化剂。

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实验发现,合成的[Au1-Ox]-团簇催化剂可高效催化两个甲醇分子脱氢异相偶联成甲酸甲酯,在低于180℃时具有100%的选择性。该反应在工业上很重要,也是在金催化剂上进行甲醇蒸汽重整的关键步骤。

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Sufeng Cao, Ming Yang, Manos Mavrikakis*, Maria Flytzani-Stephanopoulos*, et al. Single-atom gold oxo-clusters prepared in alkaline solutions catalyse the heterogeneous methanol self-coupling reactions. Nat. Chem., 2019

DOI: 10.1038/s41557-019-0345-3

https://www.nature.com/articles/s41557-019-0345-3

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2. Nat. Commun.:局部产生水合氢离子引起高pH环境中异常的HER行为

大多数电催化基础研究都是以块状模型材料的实验和计算结果为基础,这其中有些机理的理解中不适用于更具活性的开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂结构电催化剂。近日,阿德莱德大学乔世璋Yao Zheng等研究了最简单和最典型的电催化过程,即析氢反应,基于新中间体的鉴定,提出了一种开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂材料的替代反应机理,该机理不同于通常的块体反应机理。作者在不同条件下,对一系列开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂材料进行了原位拉曼光谱和电化学热/动力学测量。

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研究发现,在块体相中水合氢(H3O+)浓度可忽略不计的高pH电解液中,水离解和氢吸附过程中,催化表面上会生成大量的H3O+中间体。这些H3O+中间体在开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂结构的催化表面上创建了独特的酸性局部反应环境,并削减了整个反应的能垒。在开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂结构电催化剂上观察到的这种现象解释了它们在高pH条件下广泛观察到的异常高活性行为。

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Xuesi Wang, Chaochen Xu, Yao Zheng*, Shi-Zhang Qiao,* et al. Anomalous hydrogen evolution behavior in high-pH environment induced by locally generated hydronium ions. Nat. Commun., 2019

DOI: 10.1038/s41467-019-12773-7

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12773-7

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3. Nat. Commun.:光诱导硼化氢开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂片释放氢气

近日,东京工业大学Masahiro Miyauchi筑波大学Takahiro Kondo等通过在乙腈溶液中对二硼化镁(MgB2)进行离子交换处理,简便的合成了硼化氢开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂片(HB片)。吸收光谱和荧光光谱研究表明该HB片的带隙能为2.8 eV。第一性原理计算表明,2.8 eV处的光吸收是B和H轨道σ键态之间的电子跃迁。此外,DFT计算表明,另一个允许的跃迁是从B和H轨道的σ键态到反键态,间隙为3.8 eV。

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实验发现,HB片在光辐照下会释放大量的H2,即使在温和的环境条件下,这也会导致电子从σ键态转变为反键态。辐照HB片释放的H2的量约占总质量的8%,这表明与先前报道的金属H2存储材料相比,该HB片具有较高的H2存储容量。

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Reiya Kawamura, Nguyen Thanh Cuong, Takahiro Kondo,* Masahiro Miyauchi,* et al. Photoinduced hydrogen release from hydrogen boride sheets. Nat. Commun., 2019

DOI: 10.1038/s41467-019-12903-1

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12903-1

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4. 中科大Nat. Commun.:单原子Ru-N-C催化剂酸性条件下高效OER

酸性介质中高效稳定的析氧反应(OER)催化剂对质子电解质膜电解槽至关重要。近日,中科大Tao Yao等报道一种原子分散的Ru1-N4位点锚固在氮碳载体上的(Ru-N-C)催化剂,该催化剂可作为酸性条件下高效耐用的OER电催化剂。

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实验发现,单原子Ru-N-C催化剂具有高的OER活性,在10 mA·cm?2的电流密度下,质量活性高达3571 A gmetal-1,TOF为3348 O2 h-1,过电势为267 mV。在酸性环境中运行30小时后,该催化剂没有明显的失活或分解。原位操作同步辐射X射线吸收光谱和红外光谱研究确定了在工作电势下Ru位点上单个氧原子的动态吸附,并且理论计算表明O-Ru1-N4位点是高OER活性和稳定性的原因。

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Linlin Cao, Qiquan Luo, Tao Yao*, et al. Dynamic oxygen adsorption on single-atomic Ruthenium catalyst with high performance for acidic oxygen evolution reaction. Nat. Commun., 2019

DOI: 10.1038/s41467-019-12886-z

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12886-z

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5. 江南大学&密歇根大学Nature Communications: 单组分和多组分手性超微粒对映选择性催化剂

开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂级生物组装体比如外壳、内体以及衣壳等在所有生命系统中都扮演着重要的角色。由无机开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子(NPs)组成的超微粒(SP)具有和这些生物组装体的类似的结构特征但它们是否能模拟其生化功能目前尚未有定论。在本文中,中国江南大学的Liguang Xu美国密歇根大学的Nicholas A. Kotov等发现由手性ZnS开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子自组装成的70–100 nm 的超粒子体系中的亚开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂级孔隙与构成粒子的开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子之间的间隙紧密相关。

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这种相关性与与光合细菌的细胞器类似,这使得这些超粒子可以作为光催化剂,对映选择性地将l-或d-酪氨酸转化为二酪氨酸。实验数据和分子动力学模拟表明,光催化反应的手性偏倚与间隙空间的手性环境和对映体在超粒子体系中的优先分配有关。同时,ZnS与Au开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子的共组装可以进一步增强超粒子的手性偏倚。除了复制生物开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂组件的特定功能外,这些发现为酚类化合物的对映选择性氧化偶联建立了全新的途径。

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Si Li, Liguang Xu, Nicholas A. Kotov et al, Single- and multi-component chiral supraparticles as modular enantioselective catalysts, Nature Communications, 2019

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12134-4

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6. 清华大学Nat. Commun.:三维开放式开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂网状电催化剂高效全pH值解水

高效电解水是可持续能源的关键。近日,清华大学李亚栋陈晨Qing Peng等报道了在电化学测试过程中通过原位蚀刻从RuIrZnOx空心开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂盒中去除两性ZnO形成的高活性和耐用的RuIrOx(x≥0)开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂网笼催化剂。分散-蚀刻-孔洞策略使多孔开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂网架活性位点暴露,并且易于底物分子接触,从而大大提高了电化学表面积(ECSA)。

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实验发现,该开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂网笼催化剂电催化析氢反应(HER)超低的过电位(12 mV,pH = 0; 13 mV,pH=14),即可达到10 mA cm-2的电流密度,而且在宽pH范围(0?14)内实现了高性能的电解水,达到10 mA cm-2的电流密度,过电位仅为1.45V(pH=0)或1.47V(pH=14)。此外,该电催化剂具有普遍适用性,可以将各种容易获得的电解质(甚至包括废水和海水)直接用于制氢。

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Zewen Zhuang, Yu Wang, Cong-Qiao Xu, Chen Chen*, Qing Peng*, Yadong Li,* et al. Three-dimensional open nano-netcage electrocatalysts for efficient pH-universal overall water splitting. Nat. Commun., 2019

DOI: 10.1038/s41467-019-12885-0

https://www.nature.com/articles/s41467-019-12885-0

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7. Science Advances: 硫素锚定策略助力高负载量单原子贵金属催化剂

由于具有高原子利用率和独特的性质,当金属被缩小到亚开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂级团簇甚至原子弥散时,通常表现出强大的催化活性和选择性,然而,在实际的催化应用中,在固体载体上负载高含量的单原子分散金属催化剂仍然是一个巨大的挑战。中国科学技术大学的Hai-Wei Liang团队使用介孔硫掺杂碳载体实现了高负载量单原子分散贵金属催化剂,高含硫量和大的表面积使支架赋予了载体高密度的锚定点,通过强的化学间金属-硫相互作用来固定金属原子。

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采用硫素锚定策略,合成了原子分散的Ru、Rh、Pd、Ir和Pt催化剂,其金属负载量可达10%,制备的Pt催化剂和Ir催化剂的催化活性分别是工业Pt/C催化剂和Ir/C催化剂的30倍和20倍。

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Lei Wang, Ming-Xi Chen, Qiang-Qiang Yan, Shi-Long Xu, Sheng-Qi Chu, Ping Chen, Yue Lin, Hai-Wei Liang. A sulfur-tethering synthesis strategy toward high-loading atomically dispersed noble metal catalysts. Science Advances, 2019.

DOI: 10.1126/sciadv.aax6322

https://advances.sciencemag.org/content/5/10/eaax6322?rss=1

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8. Joule: 通过相转移催化和电化学反应高效合成过氧化氢

利用便携式电化学装置从空气和水中生成绿色氧化剂过氧化氢(H2O2)的技术在环境修复和便携式卫生设施等领域具有巨大的应用潜力。目前,电化学合成H2O2受到缺乏低成本、无毒的催化剂高选择性地将O2还原为H2O2,以及缺乏从电解质介质中分离生成的H2O2的低耗能方法等问题的限制。

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鉴于此,麻省理工学院的Yogesh Surendranath教授T. AlanHatton教授合作证明了二氰蒽醌可以催化O2选择性转化为H2O2,同时并通过离子交换在不混溶的水相和有机相之间穿梭,在一个流动系统中组装了一个原型装置验证这两种性能,用于连续生成和分离H2O2进入无电解液的水流中。这种分子氧化还原与相转移催化结合的策略度电化学合成同时分离高附加值化学品和燃料的应用具有重要意义。

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Alexander T. Murray, Sahag Voskian, Marcel Schreier, T. Alan Hatton, Yogesh Surendranath. Electrosynthesis of Hydrogen Peroxide by Phase-Transfer Catalysis. Joule, 2019.

DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.019

https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.09.019

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9. Joule: 钙钛矿/硅串联电池和TiC负载Pt开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂簇电催化剂用于太阳能水分解

开发高效、稳定、经济的光系统,利用阳光将水分解成氢和氧,对未来利用可再生能源生产燃料和化学品至关重要,然而,目前高的成本限制了它们的广泛应用。近日,苏黎世联邦理工大学的Michael Gr?tzel南开大学的Jingshan Luo教授课题组设计开发了一种高效的TiC负载Pt开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂簇催化剂,用于析氢反应,其负载约为Pt/C催化剂的1/5。

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将其与用于ORR反应的NiFe-层状双氢氧化物和首次由块状钙钛矿/硅太阳能电池串联系统组合,实现了太阳能分解水系统高达18.7%的转换效率,是目前报道的利用高丰度廉价光吸收剂分解水系统的最高效率。该工作有利于进一步促进太阳能光电催化产氢的广泛应用。

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Jing Gao, Florent Sahli, Chenjuan Liu, Dan Ren, Xueyi Guo, Jérémie Werner, Quentin Jeangros, Shaik Mohammed Zakeeruddin, Christophe Ballif, Michael Gr?tzel, Jingshan Luo. Solar Water Splitting with Perovskite/Silicon Tandem Cell and TiC-Supported Pt Nanocluster Electrocatalyst. Joule, 2019.

DOI: 10.1016/j.joule.2019.10.002

https://doi.org/10.1016/j.joule.2019.10.002

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10. JACS:铱簇催化剂通过氧气将乙烷低温氧化为乙酸

在温和的反应条件下,将轻质烷烃(例如乙烷)直接选择性氧化成增值化学产品,仍然对工业界和学术界构成挑战。近日,北京大学马丁中科院金属所刘洪阳中科院上海应用物理所姜政等开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂金刚石作为载体成功地制备了铱簇催化剂和原子分散的铱催化剂。

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实验发现,所获得的铱簇催化剂在100℃,氧气下,对乙烷的选择性氧化表现出高性能,其初始活性高达7567 mmol/molmetal/h,经过5次原位循环后,对乙酸的选择性高于70%。研究发现,进料中CO的存在对于高反应性能至关重要。进一步XPS研究发现,CO在氧化循环过程中保持活性Ir物种的金属状态。

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Renxi Jin, Mi Peng, Ang Li, Zheng Jiang,* Hongyang Liu,* Ding Ma*, et al. Low Temperature Oxidation of Ethane to Oxygenates by Oxygen over Iridium-Cluster Catalysts. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b06986

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b06986

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11. JACS:单位点Pt1/CeO2催化剂高效催化甲醇分解产氢

氢气具有很高的重量能量密度并且仅在燃烧时产生水,被视为有吸引力的能源载体。然而,由于其低的体积能量密度,在实际的氢存储和运输中仍然存在一些挑战。在最近的十年中,使用液态有机分子化学键作为氢载体原位产生氢提供了一种可行的方法来潜在地解决该问题。

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近日,劳伦斯伯克利国家实验室Gabor A. SomorjaiJi Su等使用甲醇作为氢载体,并用单位点Pt1/CeO2催化剂原位释放氢。在该反应中,与传统的开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒催化剂相比,单位点催化剂显示出优异的氢生成效率,比2.5 nm Pt/CeO2催化剂高40倍,比7.0 nm Pt/CeO2催化剂高800倍。该工作凸显了单位点催化剂的优势,并为进一步合理设计高效催化剂以实现可持续储能铺平了道路。

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Lu-Ning Chen, Ji Su,* Gabor A. Somorjai*, et al. Efficient Hydrogen Production from Methanol Using A Single-Site Pt1/CeO2 Catalyst. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b09431

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09431

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12. JACS:PtGa超薄开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂线中非常规p-d杂化相互作用促进ORR

将3d过渡金属与Pt合金化是提高氧还原反应(ORR)催化活性的有效策略,但是由于3d金属元素的快速浸出,常常会引起催化剂耐久性不足的问题。为了克服这个问题并实现活性和耐用性的增强,湖南大学Hongwen Huang阿克伦大学Zhenmeng Peng等报道了一种基于PtGa超薄合金开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂线(NWs)的新型催化结构,该结构具有非常规的强p-d杂化相互作用。

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相对于商用Pt催化剂,PtGa NWs的ORR质量活性和比活性分别提高了10.5和12.1倍。PtGa NWs在进行30,000次耐久性测试后,其质量活性仅下降15.8%,而商用Pt催化剂则下降了79.6%。机理研究发现,Ga和Pt之间强的p-d杂化相互作用,协同优化了表面电子结构,增强Pt的抗氧化性以及抑制晶格Ga的浸出,从而提高了ORR性能。该工作为设计高活性和耐用的ORR电催化剂提供了新的视角。

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Lei Gao, Xingxing Li, Zhenmeng Peng,* Hongwen Huang*, et al. Unconventional p-d Hybridization Interaction in PtGa Ultrathin Nanowires Boosts Oxygen Reduction Electrocatalysis. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b07238

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b07238

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13. JACS: 揭示锰催化加氢中的配体效应:机理研究和催化应用

自2016年首次报道以来,锰催化加氢反应引起了广泛关注。在已报道的催化体系中,以三齿状PNP和NNP-pincer配体负载的Mn催化剂最为常用。例如,许多PNP-Mn螯合催化剂已被报道用于醛、醛二胺、酮、腈和酯的加氢。此外,各种NNP-Mn螯合催化剂已被证明在低活性底物(如酰胺、碳酸盐、氨基甲酸盐和脲衍生物)的加氢反应中具有活性。这些结果表明,NNP-pincer配体负载的Mn催化剂在及加氢反应中比PNP负载催化剂具有更高的反应活性。这种配体效应在锰催化加氢反应中尚未得到证实。

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近日,清华大学刘强课题组研究了这种配体效应的来源和适用性。实验和理论研究表明,Mn配合物上的NNP-pincer配体比PNP配体更富电子,空间位阻更小,导致在一系列Mn催化的加氢反应中具有更高的反应活性。受锰催化氢化反应中配体效应的启发,他们开发了第一个锰催化的氮杂环加氢反应。其中,NNP-Mn螯合催化剂加氢了一系列氮杂环(32例),收率高达99%,而在相同条件下,相应的PNP-Mn螯合催化剂的反应活性较低。这证明了这种配体效应普遍适用于锰催化的羰基和非羰基加氢反应。

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Yujie Wang, Lei Zhu, Zhihui Shao, Gang Li, Yu Lan, and Qiang Liu. Unmasking the Ligand Effect in Manganese-Catalyzed Hydrogenation: Mechanistic Insight and Catalytic. Application. J. Am. Chem. Soc. 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b09038

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09038

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14. 麻省理工学院JACS:MOF衍生的Guerbet催化剂有效区分乙醇和丁醇

当原料和产物具有很强的化学相似性时,在催化反应中获得所需产物的高选择性是极富挑战性的,因为产物本身可以充当底物,导致聚合。近日,麻省理工学院Mircea Dinc?等由封闭在镍基MOF中的Ru络合物原位形成了一种RuNi开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒负载在金属有机框架(RuNi@MOF)上的催化剂,该催化剂可作为乙醇的Guerbet反应(1-丁醇)的高活性催化剂,TON可到725,000 Ru-1。RuNi@MOF催化剂对与乙醇化学相似的1-丁醇的活性可忽略不计,因此可以以>99%的选择性合成Guerbet底物1-丁醇。

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Constanze N. N Mircea Dinc?*, et al. MOF-Derived Guerbet Catalyst Effectively Differentiates Between Ethanol and Butanol. J. Am. Chem. Soc., 2019

DOI: 10.1021/jacs.9b08968

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b08968

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15. JACS:双金CO2RR电催化剂的协同效应

合金化是一种获得比单金属催化剂更高催化活性的设计策略,然而,传统的合金催化剂缺乏对活性位点局部原子结构的精确控制。近日,约翰霍普金斯大学的Chao WangTim Mueller教授课题组合作通过Au开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒表面涂上不同剂量的钯,设计制备了一系列控制剂量的Pd修饰金开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子电催化剂,研究了双金属Pd-Au电催化剂的活性位点协同效应。

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研究发现,不同剂量的Pd修饰金开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子电催化剂对CO2电还原成CO的催化活性与Pd含量呈非线性关系,这是由于Pd的尺寸变化和相应的吸附性质的改变造成的。密度泛函理论计算证明,密度泛函理论计算表明,Pd@Au催化剂中Pd位点的掺杂有效降低了CO2活化能垒,而且与Pd结合的*CO中间产物的毒性更小,两者的协同效应大大提高了催化剂对二氧化碳的还原活性。该工作对设计制备高活性的CO2RR电催化剂具有重要的借鉴意义。

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Yuxuan Wang, Liang Cao, Nicole J. Libretto, Xing Li, Chenyang Li, Yidong Wan, Connie He, Jinsung Lee, John Gregg, Han Zong, Dong Su, Jeffery T. Miller, Tim Mueller, Chao Wang. Ensemble Effect in Bimetallic Electrocatalysts for CO2 Reduction. Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b05766

https://doi.org/10.1021/jacs.9b05766

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16. JACS:基于表面加氢的NRR反应新机理

电催化固氮是极具潜力的绿色可持续产NH3途径,然而,当前报道的N2还原的反应机理存在局限性,有待进一步探究。近日,东南大学的王金兰教授提出了一种表面加氢的反应机理,能很好地解释当前研究过程中实验和理论计算之间存在的差异。具体而言,理论计算的结果表明,表面加氢可以驱动N2在催化剂(贵金属)表面的低还原电位还原。

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不同于常规机理提出的N2还原第一步反应是N2吸附活化,作者发现H+的还原是第一步反应,而且还可能是整个N2还原反应的关键所在。随后,N2可以克服相对较高的反应能垒,被H+还原得到的*H活化生成*N2H2,这一步是反应的决速步。此外,作者还发现表面*H和催化剂的协同作用在N2的活化中起重要作用。总而言之,本工作不仅提供了新的N2还原反应机理,还为可持续的产NH3提供了理论支撑。

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Chongyi Ling, Yehui Zhang, Qiang Li, Xiaowan Bai, Li Shi, Jinlan Wang.

New Mechanism for N2 Reduction: The Essential Role of Surface Hydrogenation.J. Am. Chem. Soc., 2019.

DOI:10.1021/jacs.9b09232.

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b09232

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17. 新加坡国立大学Joule综述:单原子催化剂的能量转化研究

全球近四分之一的能源消耗与催化过程的使用直接或间接相关。以传统开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子为基础的催化剂最近面临着新型的异构单原子催化剂(SACS)的挑战。单原子催化剂上能够允许金属原子在催化剂表面上最大程度均匀分散,具有无与伦比的电子结构和几何构型,并且在诸多与能源相关的应用中均表现出优异的催化性能。

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在本文中,新加坡国立大学的Ning YanJavier Perez-Ramirez等对非均相异构单原子催化剂等在碳氢化合物、含氧化合物、氢气燃料、氨、日用品和精细化学品的生成和转化以及电池的电化学储能和释放中的应用进行了评述。文章描述了这些与能源有关的化合物在当前能源基础设施中的重要性,并讨论了如何在各种应用中更有效地使用催化,特别是单原子催化。最后,作者对未来设计稳定高效的单原子催化剂进行了展望。

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Shipeng Ding, Ning Yan, Javier Perez-Ramirez et al, Transforming Energy with Single-Atom Catalysts, Joule,2019

DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.015

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30475-1?rss=yes#

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18. 南京大学Joule: 双金属Janus开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂片中的电应变诱导结构相变助力高效析氢反应

可持续能源供应的未来要求在设计廉价耐用的高效电化学水分解催化剂方面取得创新性突破。与传统的掺杂、缺陷和开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂结构策略不同,在本文中南京大学的Gang ZhouLizhe Liu以及Xinglong Wu等开发了一种简单可行的电应变方法,这种方法通过调节载流子分布来触发电催化剂的结构相变从而实现了优异的析氢反应性能。

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由于采用这种方法设计的janus-MoReS3开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂结构本身存在非中心对称极化,因而大量的载流子被能量拉入催化剂内部产生电应变,进而使得导致带电的MoReS3开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂片发生形变—即从T’相转变为另一种具有较高催化活性和较快载流子转移的可逆原子结构(T’’相)。在大电流密度下,T′′-MoReS?3所产生的电应变效应表现出超过商用Pt/C电极的性能,在189mv的过电位下达到150mA/cm2的电流密度。

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Yao Fu, Gang Zhou、Lizhe Liu and Xinglong Wu et al, Electric Strain in Dual Metal Janus Nanosheets Induces Structural Phase Transition for Efficient Hydrogen Evolution,Joule,2019

DOI: 10.1016/j.joule.2019.09.006

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30466-0?rss=yes#

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19. Angew:金属-绝缘体-COF开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂结构的热π电子隧穿用于高效产氢

通过光催化或光电化学分解水制氢是将间歇性太阳辐射转化为可存储的透明燃料的一种有吸引力的方法。为此,人们已经投入巨大的精力来开发高效而稳定的无机半导体材料,包括硅,各种氧化物,石墨碳氮化物,金属有机骨架和III-V化合物等用于光解水产氢。近日,福州大学Jinlin Long鲁汶大学Maarten B. J. Roeffaers等巧妙地设计了一种基于共价有机框架(COFs)半导体的新型金属-绝缘体-半导体(MIS)光系统,该光系统可在可见光照射下稳健而高效地放出氢气。

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在通过聚乙烯吡咯烷酮(PVP)绝缘子封端的具有亲水亚胺TP-COF和=C=OH-N=氢键基团的Pt开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒(NPs)的静电自组装制备的有机MIS光系统中,最大H2释放速率可达8.42 mmol h-1?g-1,TOF可达789.5 h-1。光激发的n型TP-COF半导体中的热π电子可以有效地提取,并通过超薄PVP绝缘层隧穿到Pt NPs,将质子还原为H2。与肖特基型对应物相比,基于COF的MIS光电系统的载流子效率提高了32倍,这归因于TP-COF半导体价带中光激发速率,电荷分离和空穴氧化速率的整体提高。

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Jintao Ming, Ai Liu, Maarten B. J. Roeffaers*, Jinlin Long*, et al. Hot π‐electron Tunneling of Metal‐Insulator‐COF Nanostructures for Efficient Hydrogen Production. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201912344

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912344

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20. Angew:热驱动原子分散的Fe-N4催化剂结构和性能演变用于氧还原反应

嵌入部分石墨化的碳中的FeN4结构是酸性质子交换膜燃料电池中氧还原反应最有效的无铂族金属的活性位点。然而,因为在高温处理过程中,Fe-N键的形成过程总是伴随着不受控制的碳化和氮掺杂,其形成机制几十年来一直尚未明确。近日,哈尔滨工业大学Zhenbo Wang纽约州立大学Gang Wu俄勒冈州立大学Zhenxing Feng橡树岭国家实验室David A. Cullen等多团队合作,通过将Fe离子嵌入氮掺杂的碳中,然后进行受控的热活化,阐明了Fe‐N4位点的形成机理。

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在研究的宿主中,ZIF-8衍生的氮掺杂碳是具有明确氮掺杂和孔隙率的理想模型。研究发现,由热活化驱动的FeN4催化剂性能的变化主要与两个因素有关:(i)由超细FeOx颗粒转变为原子分散的FeN4位点,活性位点密度增加;(ii)强度增强和长度缩短的Fe-N原子键的内在变化。

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Jiazhan Li, Hanguang Zhang, Widitha Samarakoon, Weitao Shan, David A. Cullen*, Zhenxing Feng*, Zhenbo Wang*, Gang Wu*, et al. Thermally Driven Structure and Performance Evolution of Atomically Dispersed Fe‐N4 Sites for Oxygen Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201909312

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201909312

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21. Angew:工程化超亲水/超疏气的负载型CoMoSx硫凝胶电催化剂用于全解水

用于大规模水分解的高效电催化剂的开发至关重要,但也充满挑战。近日,青岛科技大学Jian Liu中国科学院理化技术研究所Liping Wen等通过原位复分解反应将分层的CoMoSx硫凝胶负载到泡沫镍(NF)上制备了CoMoSx/NF材料,该材料在碱性介质中的电催化制氢反应和制氧反应中均表现出出色的活性和稳定性。CoMoSx/NF高的催化活性可归因于无定形骨架中大量的活性位点/缺陷以及由于钴的掺杂。

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此外,微/开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂结构的CoMoSx/NF的超亲水和超疏气特性促进了电解质的进入并确保气泡的快速释放,从而促进了传质。作者将CoMoSx/NF用作双功能电催化剂,整个解水装置在1.89 V的低压下可提供500 mA/cm2的电流密度,并保持100小时无衰减。该研究通过组成,结构和三相界面对大规模电催化应用提出了协同优化的可能性。

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Xinyao Shan, Jian Liu*, Liping Wen*, et al. Engineered Superhydrophilic/Superaerophobic Electrocatalysts Composed of Supported CoMoSx Chalcogels for Overall Water Splitting. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201911617

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22. Angew:简便方法合成Au基多壳结构作为等离激元催化剂用于4-硝基苯乙烯选择性加氢

近年来,具有特殊结构和优异性能的金属催化剂的制备受到了广泛的关注。近日,中科院长春应化所Shuyan Song等报道了一种稳健的自模板策略,用于方便且大规模地合成具有可控壳数,球尺寸和原位表面改性的多孔多壳结构Au材料。作者在聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)的存在下,用大量NaBH4快速还原Au-三聚氰胺胶体模板得到了该材料。此外,将模板浸泡在其它金属盐溶液中后,通常也可以通过相同的还原过程将获得的双金属模板转化为双金属多壳结构。

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在使用NH3BH3作为还原剂的4-硝基苯乙烯加氢中,与未改性的多孔三壳结构金相比,表面改性(S-PTSAu)的多孔三壳结构金对4-氨基苯乙烯具有极好的选择性(97%)。此外,与具有较少壳数的类似催化剂相比,其在可见光照射下还显示出更高的光催化活性。该工作为设计和合成Au基多壳结构应用于各种应用开辟了一条新途径。

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Jian Li, Shuyan Song*, et al. Robust synthesis of Au‐based multishell structures as plasmonic catalysts for selective hydrogenation of 4‐nitrostyrene. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201910836

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201910836

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23. Angew:碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂涂层CoS@TiO2开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂纤维膜:界面工程异质结用于高效电催化NRR

开发无贵金属的电催化剂对电催化氮还原(NRR)合成氨至关重要。然而,由于差的界面反应动力学,已有的过渡金属电催化剂具有低活性和低法拉第效率等问题。近日,东华大学Bin Ding等开发了一种界面工程异质结,该异质结由锚固在TiO2开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂纤维膜上的CoS开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂片组成。作为活性基质,TiO2开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂纤维膜可以均匀地限制CoS开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂片的团聚,并显着提高NRR性能。

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CoS和TiO2之间的紧密耦合使载流子之间易于转移,从而在异质界面上产生快速的反应动力学。此外,碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂电镀进一步提高了异质结的导电性和结构完整性。得益于这种界面设计,所得的C@CoS@TiO2电催化剂实现了惊人的高氨产率(8.09×10-10 mol s-1 cm-2)和法拉第效率(28.6%),以及出色的长期耐久性。

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Yi-Tao Liu, Bin Ding*, et al. Carbon‐Nanoplated CoS@TiO2 Nanofibrous Membrane: An Interface‐Engineered Heterojunction for High‐Efficiency Electrocatalytic Nitrogen Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201912733

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24. Angew:电化学调控钯催化苯甲醛加氢中的质子耦合电子转移

近日,太平洋西北国家实验室Oliver Y. GutiérrezAbhijeet KarkamkarJohannes A. Lercher等研究发现,碳载体的酸性官能化可以提高Pd电催化苯甲醛氢化转化为苯甲醇活性,使其与Br?nsted酸位的浓度成比例。相反,当使用H2作为还原剂时,氢化速率不受影响。

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表现出的对催化剂性能的不同响应是由电化学和H2诱导的氢化途径之间的氢化机理的差异引起的。进一步研究发现,电催化还原的增强是通过载体的参与在金属颗粒的周边产生水合氢离子来实现的。

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Katherine Koh, Udishnu Sanyal, Oliver Y. Gutiérrez*, Abhijeet Karkamkar*, Johannes A. Lercher*, et al. Electrochemically tunable proton coupled electron transfer in Pd‐catalyzed benzaldehyde hydrogenation. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201912241

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25. Angew:原子界面工程增强单原子Pt光催化产氢性能

在原子尺度上优化光催化剂的结构,促进电子-空穴对的分离,对光催化剂性能的提高至关重要,但仍然具有挑战性。近日,清华大学李亚栋王定胜中南大学雷永鹏湖北工业大学Gang Zhou等通过在有缺陷的TiO2载体上组装单个Pt原子,得到了高效光催化剂Pt1/def-TiO2

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研究发现,除作为质子还原位点外,单个Pt原子还促进相邻的TiO2单元产生表面氧空位并形成Pt-O-Ti3+原子界面。实验结果和DFT计算表明,Pt-O-Ti3+原子界面有效地促进了光生电子从Ti3+缺陷位点转移到单个Pt原子,从而增强了电子-空穴对的分离。这种独特的结构使Pt1/def-TiO2表现出高的光催化制氢性能,TOF高达51423 h-1,比负载在TiO2上的Pt开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒催化剂高出591倍。

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Yuanjun Chen, Yongpeng Lei*, Gang Zhou*, Dingsheng Wang*, Yadong Li*, et al. Engineering atomic interface by single Pt atoms for enhanced photocatalytic hydrogen production. Angew. Chem. Int. Ed., 2019

DOI: 10.1002/anie.201912439

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26. Angew综述:硼在能源相关研究和应用中的作用

硼在元素周期表中的独特位置,即金属和非金属分离线的顶点,使其在化学反应和应用中具有很高的通用性。硼在当代对可再生和清洁能源以及高能效产品的需求中,在与能源相关的研究中均发挥着关键作用,从活化和合成高能的小分子到化学和电能存储,再到将电能转化为光能,这些应用从根本上与硼的独特特征相关,例如硼的缺电子和未占据p轨道的可用性,使其可以形成化学性质和物理性质具有极大可调性的多种化合物。

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例如,硼具有获得四个共价键和负电荷的能力,致使合成了多种具有高化学和电化学稳定性的硼酸根阴离子,特别是有用的弱配位阴离子家族。澳大利亚悉尼科技大学Zhenguo Huang加拿大皇后大学Suning Wang德国维尔茨堡朱利叶斯·马克西米利安大学Maik FinzeHolger Braunschweig等人总结了在硼化学的合成和理解方面取得的重大突破,以及硼化合物用于能源相关研究应用的最新研究进展。

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Zhenguo Huang, Suning Wang, Rian D. Dewhurst, Nikolai V. Ignat’ev, Maik Finze, Holger Braunschweig. Boron: Its role in energy related research and applications, Angewandte Chemie International Edition, 2019.

DOI: 10.1002/anie.201911108

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27. 苏州大学Angew.: 原子分散钴中心的未配对3d电子在配位聚合物中调节ORR活性和选择性

可逆的氧气转化对于各种绿色能源技术是至关重要的。近日,苏州大学的Peng Yang教授课题组通过调变Ni/Co比例,以及利用HITP(HITP = 2、3、6、7、10、11-六亚氨基三亚苯基)这一聚合物,合成了一系列双金属配位聚合物,以此来探究金属中心在调节氧还原反应活性方面的作用。对Co3HITP2和Ni3HITP2的晶体结构,自旋特性,电导率和配位态方面的差异做了细致的比较,发现具有未成对的3d电子的共面性较小,但具有更多的自由基。

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结果表明,虽然降低了结晶度和电导率,但是Co3HITP2表现出了相当于20%Pt/C催化剂的反应活性,很明显是由于金属中心的3d轨道构型促进了ORR。更为重要的是,实验数据和DFT计算数据都表明由于不同的中间结合能,ORR的路径是从Co3HITP2的四电子转变为Ni3HITP2的二电子。此外,结合良好的OER反应活性,在充放电锌-空气电池中,Co3HITP2作为空气正极催化剂表现出了卓越的能源效率和良好的操作稳定性。

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Yuebin Lian, Wenjuan Yang, Chufeng Zhang, Hao Sun, Zhao Deng, Wenjie Xu, Li Song, Zhongwen Ouyang, Zhenxing Wang, Jun Guo, Yang Peng*. Unpaired 3d Electron on Atomically Dispersed Cobalt Centre in Coordination Polymers to Regulate both ORR Activity and Selectivity. Angew.

DOI: 10.1002/anie.201910879

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28. AM:胶体单层光催化剂用于甲醇可存储太阳能H2燃料

分子表面活性剂已被广泛用于控制低维形态,包括胶体化学合成中的2D开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂材料,但是要精确控制2D材料的单层生长仍然非常具有挑战性。近日,科廷大学Guohua Jia澳大利亚国立大学Zongyou Yin伦敦大学学院Yunguo Li等开发了一种堆叠阻碍策略,该策略不仅可以为选择性地被表面活性剂分子夹在中间的过渡金属二卤化物(TMD)启用独有的单层生长模式,而且还可以保留夹在中间的单层TMDs的光氧化还原活性。

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作者通过理论计算很好地解释了单层生长机制。作者成功合成了三种类型的单层TMDs,包括MoS2,WS2和ReS2,并用于由甲醇生产太阳能H2燃料。这种单层MoS2开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂片生产的H2燃料不含COx,且可在室温常压下进行,其产生速率达到≈617μmole g-1 h-1,并且具有出色的光氧化还原耐久性。

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Yingping Pang, Yunguo Li,* Zongyou Yin,* Guohua Jia*, et al. Colloidal Single‐Layer Photocatalysts for Methanol‐Storable Solar H2 Fuel. Adv. Mater. 2019,

DOI: 10.1002/adma.201905540

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201905540

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29. Chem. Soc. Rev.:基于共轭聚合物和无机半导体的杂化光催化剂材料:从环境到能源应用

光催化剂提供了一种可持续的方式,通过分解水和CO2光还原(人工光合作用)等工艺来去除污染物或以太阳能的形式存储能量。过去几年中发表的大量论文证明了对该主题的研究是一个广阔的领域。基于无机半导体(ISs)和共轭聚合物(CPs)的杂化光催化剂是一种新型光敏材料。ISs在光催化过程中体现出了众所周知的效果;由于可以在分子水平上控制其光电,质构和形态学性质,CPs也已成为提高光催化效率的有趣替代方法。

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因此,ISs与CPs之间的协同作用可产生更有效的光催化剂,在整个太阳光谱中具有增强的光吸收,改善的光电荷产生和传输,对光腐蚀的具有更高稳定性和更大的表面积。有鉴于此,近日,西班牙IMDEA Energía Marta Liras, Víctor A. de la Pe?a O’Shea等概述了用于光/光电催化分解水,CO2还原和/或N2固定,污染物降解和能量转换的杂化IS-CP光催化剂的研发进展。

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Marta Liras*, Mariam Barawi, and Víctor A. de la Pe?a O’Shea*. Hybrid materials based on conjugated polymers and inorganic semiconductors as photocatalysts: from environmental to energy applications. Chem. Soc. Rev., 2019

DOI: 10.1039/C9CS00377K

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cs/c9cs00377k#!divAbstract

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30. JMCA: 羟基修饰提高石墨烯负载单原子和双原子催化剂的OER和ORR催化活性

单原子催化剂和双原子催化剂是一种非常具有潜力的析氧反应和氧还原反应的电催化剂。原子催化剂与羟基之间的界面化学对电化学反应过程有重要的影响。近日,湘潭大学的裴勇教授课题组对碱性环境下的富缺陷石墨烯(DG)负载的羟基基团修饰单原子催化剂(Ni、Fe、Co)和双原子催化剂(MM和M1M2,其中M、M1和M2分别为Ni、Co、Fe)催化OER和ORR的电催化过程进行了系统的研究。

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通过对比裸催化剂和羟基修饰催化剂上的OER和ORR反应过程发现,羟基化的单金属和双金属原子催化剂(HO-M/DG,其中M为Co、Fe;(HO)2-MM/DG,其中M为Ni、Co、Fe;(HO)2-M1M2/DG其中M1和M2是Ni、Co和Fe)具有更高的OER和ORR催化活性,然而由于反应中间体(OH*, O* and OOH*)不能被催化剂稳固的吸附,羟基修饰的单原子镍催化剂难以作为OER和ORR催化剂。羟基改性后,金属单原子催化剂(M = Co和Fe) OER催化活性明显提高,而羟基改性的金属双原子催化剂的ORR催化活性显着提高。该工作为设计制备具有高催化活性的OER和ORR催化剂提供了一种新的思路。

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Xiaomei Zhao, Xia Liu, Baoyu Huang, Pu Wang, Yong Pei. Hydroxyl group modification improves the electrocatalytic ORR and OER activity of graphene supported single and bi-metal atomic catalysts (Ni, Co, and Fe). Journal of Materials Chemistry A, 2019.

DOI: 10.1039/C9TA08661G

http://doi.org/10.1039/C9TA08661G

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31. Nano Research : 硼氧功能化碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂球负载Pd开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂催化剂用于甲酸高效产氢

氢是一种储量丰富的理想清洁能源,是解决化石燃料日趋枯竭和环境污染日益严重问题的重要手段。甲酸是一种低成本的化学制氢材料,具有4.4 wt.%的质量含氢密度,相当于将氢气压缩了600倍,在常温常压下以液态形式存在,便于操作和运输,并且脱氢后可利用二氧化碳加氢反应进行再生。但是常温下甲酸脱氢反应不能自发进行,需要添加催化剂来改善其脱氢性能。近日,日本国家先进工业科学技术研究所的徐强教授课题组通过硼酸共退火,使碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂球(XC-72R)被硼氧(B-O)功能化,并首次采用湿法化学将钯开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子(Pd NPs)还原固定,制备得到碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂球负载Pd(Pd/OB-C)催化剂。

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其中Pd NPs高度分散,粒径约为1.7 nm,与XC-72R负载的Pd NPs (Pd/C)相比,合成的Pd/OB-C催化剂对甲酸(FA)脱氢反应的催化活性显着提高,另外,通过在原料中添加三聚氰胺前体,B-O和氮(N)功能化产物OB-C-N中B含量极高,约为无氮掺杂OB-C的34倍,且Pd开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒进一步细化,粒径约为1.4nm,Pd/OB-C-N催化剂的活性得到进一步进一步提升,在323K时,由于超细Pd NPs的均匀性以及B-O和N功能化的协同效应,其TOF高达5354 h?1

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Shan Zhong, Nobuko Tsumori, Mitsunori Kitta, Qiang Xu. Immobilizing palladium nanoparticles on boron-oxygen-functionalized carbon nanospheres towards efficient hydrogen generation from formic acid. Nano Research, 2019.

DOI: 10.1007/s12274-019-2539-9

https://doi.org/10.1007/s12274-019-2539-9

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32. Nano Energy 综述: 碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂复合材料的机理,应用和未来前景

零维(0D)碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂材料,例如碳量子点(CQD)和石墨烯量子点(GQD),由于其生物相容性,无毒,化学惰性,可调节的光致发光,低成本和便捷的表面功能化等突出特性而备受关注。它们的潜在应用范围从生物医学,药物输送,环境,光催化到能量存储领域都有所涉及。其中,最重要的研究主要集中于其在环境传感,生物传感和光电方面的行为。然而,随着新兴的制备方法正在以低成本和低环境轨迹解决能源方面的一些突出挑战,能量存储和转换系统正在迅速发展。由于其快速的电子转移和高表面积,CQD/GQD在这些电化学应用中是非常理想的材料。此外,0D碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂材料上具有丰富杂原子(氧,氮,硫,磷,硼)官能团,为增强电化学性能提供了理想的活性位点。

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近日,悉尼大学Vincent G. Gomes团队报道了一篇关于碳开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂复合材料的综述,其中介绍了用于电化学系统的基于CQD/GQD的复合材料的制备,其作用机理,在能量存储中的应用(电化学电容器,锂/钠离子电池)和电催化(氧还原反应,氧/氢放出反应,一氧化碳电还原,生物燃料电池和电化学生物传感器)及其潜在前景的分析。

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Gomes et al.?Carbon quantum dot-based composites for energy storage and electrocatalysis: Mechanism, applications and future prospects.

DOI: 10.1016/j.nanoen.2019.104093

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33. Journal of Catalysis: Ag0.03Au0.97双金属合金催化剂在催化过程中结构和性能的演变

活化预处理常被用于调整双金属合金催化剂的表面成分和结构。近日,哈佛大学的Cynthia M. Friend教授课题组研究了活化处理诱导的开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂多孔Ag0.03Au0.97合金性能的变化及在稳态CH3OH氧化条件下的后续变化。O3的活化作用在Ag的近表面区域富集产生了AgO和Au2O3,这些氧化物在O2/CH3OH混合物中还原,生成CO2和高富集银的表面合金,在反应温度为423?K下,Ag逐渐与Au去合金,但仍富集在开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒顶部,因此催化生成甲酸甲酯的催化选择性没有显着下降。

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在更高的温度下,团块扩散会导致烧结和Ag重新分布,从而导致活性降低。这些发现表明决定催化活性的材料性能是动态的,材料的亚稳态形式可能对催化有重要影响。该工作对于多相催化剂的选择性氧化活性的提高具有重要的借鉴意义。

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Branko Zugic, Matthijs A. van Spronsen, Christian Heine, Matthew M. Montemore, Yuanyuan Li, Dmitri N. Zakharov, Stavros Karakalos, Barbara A.J. Lechner, Ethan Crumlin, Monika M. Biener, Anatoly I. Frenkel, Juergen Biener, Eric A. Stach, Miquel B. Salmeron, Efthimios Kaxiras, Robert J. Madix, Cynthia M. Friend. Evolution of steady-state material properties during catalysis: Oxidative coupling of methanol over nanoporous Ag0.03Au0.97. Journal of Catalysis, 2019.

DOI: 10.1016/j.jcat.2019.08.041

https://doi.org/10.1016/j.jcat.2019.08.041

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34. Applied Catalysis B: Environmental:三维杂化炭载体稳固锚定开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂级Pd催化剂用于甲酸催化氧化

燃料电池的商业化需要新型高效电催化剂的设计和开发,研究人员对最佳合成尺寸小于6nm且形状/尺寸可控的负载型开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒电催化剂进行了大量的研究,目前,虽然关于载体促进电荷传递与传质以及抑制催化剂烧结脱落等方面取得了较大的进步,然而全面和直观的有关具有可调电子性能和形貌的复杂杂化载体上的锚定效应和稳定机理的研究仍很欠缺。

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近日,上海理工大学的杨亮上海电力学院的王娟合作设计制备了三维杂化硼掺杂石墨烯与氮化碳(Pd/BG-CN)负载开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂级Pd催化剂,该Pd/BG-CN催化剂对甲酸氧化的质量活性和比活性分别为2215 mA/mg和31.7 mA/cm2,分别比商业Pd/C催化剂高2.8倍和2.5倍。这种高催化活性归因于BG-CN基体的电子效应和表面含有高含量的金属Pd(55.2 at%)。而且,相比于商业Pd/C中金属-碳载体间弱相互作用导致显着的性能下降,该Pd/BG-CN催化剂中Pd粒子稳定地负载在BG-CN载体上,这种坚固的锚定效应降低了Pd活性位点的脱落。该工作对于设计制备高活性和高稳定性的负载型开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒电催化剂具有重要的借鉴意义。

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Liang Yang, Xin Wang, Daoping Liu, Guomin Cui, Binlin Dou, Juan Wang. Efficient anchoring of nanoscale Pd on three-dimensional carbon hybrid as highly active and stable catalyst for electro-oxidation of formic acid. Applied Catalysis B: Environmental, 2019.

DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.118304

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118304

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35. 华东理工Nanoscale: 反蛋白石及氮空位结构的分层介孔g-C3N4——用于高效太阳能转换和环境修复

分级宏观介孔结构作为光催化剂,具有高效传质和捕光能力的强的优点。近日,华东理工刘勇第张金龙雷菊英等人通过有序SiO2胶体和NH4Cl相结合的双模板法制备出具有N空位修饰的有序宏观介孔g-C3N4(Nv MM CN)。Nv MM CN在光催化降解抗生素以及光催化产氢方面都表现出优异的性能,其中降解方面比块状g-C3N4提高了27倍,可见光产氢方面提高了7.5倍。

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三维连通的宏观介孔结构和多孔体系加速吸附,反应速率和反蛋白石光子晶体提供了增强光吸收的多重散射效应。同时引入的N空位作为分离中心,用来捕获电子或空穴,以提高电荷的分离效率。这种高效、稳定和环境友好的可见光驱动Nv MM CN可以是在广泛的能量和环境应用中有效实施的替代方案。

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Yunhao Tian,Juying Lei*,Jinlong Zhang*,Yongdi Liu*,et al. Hierarchical macro-mesoporous g-C3N4 with an inverse opal structure and vacancies for high-efficiency solar energy conversion and environmental remediation,Nanosacale,2019.

DOI: 10.1039/c9nr06802c

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/nr/c9nr06802c#!divAbstract

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36. Applied Catalysis B: Environmental:Au-Rh核壳星状十面体上Rh原子的局部外延生长助力电子效应和几何效应的研究

催化剂设计的最终目的是通过揭示结构与活性之间的关系来优化其催化性能。然而,对于HER双金属核-壳电催化剂,如何区分电子效应和几何效应(ensemble effects)仍然是一个巨大的挑战。鉴于此,浙江大学的张辉杨德仁教授提出了一种有效的方法来研究金十面体上Rh原子的局部外延生长,以此来研究电子效应和几何效应。

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研究发现,Au75Rh25型核壳星状十面体的HER催化活性最好,10 mA/cm2电流密度下仅需的64.1 mV过电位,比商业Rh/C催化剂低约39.4 mV。密度函数理论(DFT)计算表明,几何效应(ensemble effects)是加速HER反应动力学的主导因素,因为Au原子暴露在表面减弱了中间体对Rh表面的强吸附。该工作对理解区分电子效应和几何效应,以及设计制备高性能的催化剂具有重要的借鉴意义。

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Ting Bian, Beibei Xiao, Biao Sun, Long Huang, Shan Su, Yi Jiang, Jiankun Xiao, Aihua Yuan, Hui Zhang, Deren Yang. Local Epitaxial Growth of Au-Rh Core-Shell Star-Shaped Decahedra: A Case for Studying Electronic and Ensemble Effects in Hydrogen Evolution Reaction. Applied Catalysis B: Environmental, 2019.

DOI: 10.1016/j.apcatb.2019.118255

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118255

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37. ACS Catalysis:高效的非化学计量混合金属氧化物电催化剂的设计策略:建立氧化物性质与电催化性能间的关系

非化学计量混合金属氧化物属于钙钛矿家族,是各种与氧有关的非均相热化学和电化学反应的高效催化剂。目前描述这些氧化物电催化活性的准则依赖于结构中过渡金属的平均氧化态,然而这种氧化态往往不能系统地描述活性,另外,目前的设计策略主要关注催化活性,而忽视了氧化物的稳定性,因此,基于可测量的氧化物的性质,建立它们与其电化学活性和稳定性之间的关系规律仍然是一个巨大的挑战。

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鉴于此,美国韦恩州立大学Eranda Nikolla课题组通过电化学氧还原反应(ORR)作为探针反应,以相关的实验测量为依据,研究了氧化物的性质(如氧化物表面还原性等)与其催化活性和稳定性之间的关系,证明了氧化物表面还原性描述了过渡金属-晶格氧键的强度,并研究了氧化物组成和晶体对称性对含氧中间体结合能量的影响,以及对ORR活性和稳定性的影响,进而提出了非化学计量混合金属氧化物作为高效ORR催化剂的综合设计策略。这工作为设计制备高催化活性和高稳定性的非化学计量混合金属氧化物催化剂具有重要的借鉴意义。

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Samji Samira, Xiang-Kui Gu, Eranda Nikolla. Design Strategies for Efficient Nonstoichiometric Mixed Metal Oxide Electrocatalysts: Correlating Measurable Oxide Properties to Electrocatalytic Performance. ACS Catalysis, 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b02505

https://doi.org/10.1021/acscatal.9b02505

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38. 催化大师Avelino Corma的ACS Catal.:单原子和开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂团簇在非均相催化反应过程中:哪些是催化活性位点?

确定多相金属催化剂的活性中心对从分子水平了解反应机理和设计更有效的催化剂至关重要。亚开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂金属催化剂(包括单个原子和几个原子团簇)由于其结构的灵活性,在与底物分子相互作用时会呈现动态的结构演化,从而难以确定催化活性中心。近日,瓦伦西亚理工大学Avelino Corma教授课题组制备了不同类型Pt的催化剂(从单个原子到团簇和开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子),并对它们的演化过程进行了跟踪,研究了Pt催化剂在多种非均相催化反应中的反应,其中包括选择性加氢反应、共氧化反应、丙烷脱氢反应和光催化H2分解反应。

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有趣的是在所有研究的反应中,Pt团簇和开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子都表现出比Pt单原子更高的活性。结合催化活性和原位表征技术表明,单分散金属原子可以快速演化成金属团簇或开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂颗粒,其演化行为取决于金属?载体和金属?反应物的相互作用。并且一小部分金属团簇或开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子与单个原子物种一起存在,可以以一种占优势的方式促进反应活性,这表明了在不同类型的金属实体(从单个原子到团簇和开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂粒子)之间进行适当比较的重要性。换句话讲,在反应过程中,金属与反应底物和金属与载体的相互作用不但会影响金属本体的几何和电子特征,进而影响催化活性,同时也是决定亚开元棋牌真坑_开元棋牌的彩票_皇冠开元棋牌挂金属物种促进反应进行的因素。

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Lichen Liu,Avelino Corma et al.,Determination of the Evolution of Heterogeneous Single Metal Atoms and Nanoclusters under Reaction Conditions: Which Are the Working Catalytic Sites? ACS Catal. 2019.

DOI: 10.1021/acscatal.9b04214

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b04214

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39. Energy Storage Materials: 炭纤维串联Co/N掺杂ZIF-67基炭颗粒催化剂用于高性能电催化

ZIF-67由交替排列的钴原子和富氮有机连接物组成,是生产Co和N共掺杂碳(C-ZIF-67)氧还原反应催化剂(ORR)的理想前前体,然而,空气阴极中的C-ZIF-67颗粒催化剂由于存在颗粒间的阻力和颗粒间的分离问题,往往表现出有限的催化活性和稳定性。鉴于此,新加坡科技研究局的Yun ZongZhaolin Liu南洋理工大学的Hua Zhang课题组合作采用一种原位方法,在电纺聚丙烯腈(PAN)纤维上选择性地生长ZIF-67,形成一种有趣的“弦串联宝石”结构杂化材料,热解处理后的杂化产物转化为高导电,具有良好分级结构和优异的ORR催化活性以及稳定性的新型催化剂。

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利用其作为空气阴极组装的锌空气电池(ZnAB)在20 mA/cm2的高电流密度下具有1.24 V的稳定放电电压,通过机械补充锌阳极和电解液使电池完全放电后再生,该电池可以在放电电压1.0 V以上,电流密度为10 mA/cm2的条件下连续工作38天,更重要的是,与一个自支撑的垫组合成柔性阴极用于薄的和可弯曲的ZnABs,在平面和弯曲状态可以提供高放电电压,表现出在可穿戴电子设备领域的巨大应用潜力。

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Bing Li, Kosuke Igawa, Jianwei Chai, Ye Chen, Yong Wang, Derrick Wenhui Fam, Nguk Neng Tham, Tao An, Takumi Konno, Anqi Sng, Zhaolin Liu, Hua Zhang, Yun Zong. String of Pyrolyzed ZIF-67 Particles on Carbon Fibers for High-Performance Electrocatalysis. Energy Storage Materials, 2019.

DOI: 10.1016/j.ensm.2019.10.021

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.10.021

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40. ACS Catal.: 无偏光电化学串联电池原位产生H2O2

过氧化物酶以H2O2作为关键底物,对催化烃的选择性氧官能化具有高的转化效率。近日,韩国高等科学技术学院Chan Beum Park研究团队报告了无偏光电化学(PEC)串联结构组成的FeOOH/BiVO4光阳极,铜(In,Ga)Se2太阳能吸收器和石墨化碳氮化/氧化还原石墨烯物混合阴极,用于光驱动过氧化物酶催化反应。

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由太阳能吸收器产生足够的光电压供电PEC平台在没有外部偏置的情况下,利用水作为电子供体,通过还原激活分子氧,在原位生成H2O2。在该体系下进行茶树菇过氧化酶催化的立体选择性羟基化乙苯转化为(R)-1-苯乙醇反应,TOF超过43300,对映选择性高达99%以上。

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Da Som Choi, Hojin Lee, Florian Tieves, Yang Woo Lee, Eun Jin Son, Wuyuan Zhang, Byungha Shin, Frank Hollmann, and Chan Beum Park. Bias-Free In Situ H2O2 Generation in a Photovoltaic-Photoeletrochemical Tandem Cell for Biocatalytic Oxyfunctionalization. ACS Catalysis. 2019

DOI: 10.1021/acscatal.9b04454

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.9b04454

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