水電解制氫低/非Pt催化劑研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所邢巍研究員課題組聯(lián)合上海光源和東南大學(xué)對(duì)MoS2析氫體系聯(lián)合攻關(guān)，開創(chuàng)了自發(fā)界面氧化還原摻雜法，以低量的鈀原子活化二硫化鉬（MoS2）惰性表面獲得了兼具低成本、高效率的穩(wěn)定HER催化材料。相關(guān)論文發(fā)表于Nature Communications。Pd摻雜后取代Mo位，同時(shí)引入硫空位并誘導(dǎo)MoS2相變生成穩(wěn)定的1T結(jié)構(gòu)。理論計(jì)算表明，位于鈀位點(diǎn)旁邊的硫原子表現(xiàn)出低的氫吸附能。最終只摻雜1wt%鈀的MoS2，表現(xiàn)超低的析氫過電位和高的交換電流密度，同時(shí)具有良好的穩(wěn)定性，使其具有替代商業(yè)Pt/C的可能。目前，該催化劑具有文獻(xiàn)報(bào)道的雜原子摻雜的MoS2基材料中最高HER性能。

Pd自發(fā)摻雜MoS2的機(jī)制探索（圖片來源于中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所）

電化學(xué)合成氨催化劑研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授曾杰研究團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所教授司銳合作，通過構(gòu)筑原子級(jí)分散的釕催化劑實(shí)現(xiàn)高效氮?dú)怆娺€原合成氨。這種釕單原子催化劑在電催化還原氮?dú)夥磻?yīng)中表現(xiàn)出的產(chǎn)氨速率是現(xiàn)有報(bào)道的最高值，研究論文發(fā)表于Advanced Materials。目前，在工業(yè)上通過哈伯法合成氨需要高溫高壓，這種苛刻的條件每年需要消耗全世界1%～2%的能源供應(yīng)。針對(duì)這一難題，研究人員選擇金屬有機(jī)框架（ZIF-8）為基體，通過在反應(yīng)前驅(qū)體中加入釕基化合物，調(diào)控釕在金屬有機(jī)框架中的存在形式；開辟了單原子催化劑在電化學(xué)合成氨反應(yīng)中的新途徑。

生物電化學(xué)合成系統(tǒng)構(gòu)建研究

中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所體外合成生物學(xué)中心朱之光研究團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建了一個(gè)自供能生物電化學(xué)合成系統(tǒng)，研究論文發(fā)表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering。生物電化學(xué)合成是由生物催化劑催化的在電能驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的化學(xué)品合成。酶燃料電池是一種新型的燃料電池，可通過生物酶在電極上的催化，將廉價(jià)底物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能。新系統(tǒng)將酶燃料電池和生物酶電合成池二者結(jié)合，既解決了生物電化學(xué)合成中移動(dòng)電能的來源，同時(shí)也為酶燃料電池找到了新的產(chǎn)品出口。以左旋多巴電化學(xué)合成為例，酪氨酸經(jīng)過酪氨酸酶的氧化生成多巴醌，由葡萄糖氧化產(chǎn)生的電能可成為驅(qū)動(dòng)力，用于多巴醌到左旋多巴的還原。

納米碳負(fù)載單位點(diǎn)金屬催化劑用于乙炔氫化反應(yīng)

中國(guó)科學(xué)院金屬研究所催化材料研究部劉洪陽(yáng)副研究員等人組成的納米碳材料負(fù)載金屬催化劑研究小組與北京大學(xué)馬丁教授合作，通過調(diào)控金屬鈀（Pd）原子與碳載體之間的相互作用，在納米金剛石/石墨烯碳載體上制備出原子級(jí)分散的單位點(diǎn)Pd催化劑，進(jìn)一步地研發(fā)發(fā)現(xiàn)該催化劑在催化乙炔高效選擇性加氫應(yīng)用中作用顯著。相關(guān)研究成果發(fā)表于JACS。負(fù)載型Pd催化劑具有很高的乙炔加氫反應(yīng)活性，但乙烯選擇性很低。目前，工業(yè)上廣泛使用的加氫催化劑是經(jīng)過適當(dāng)修飾的Pd基催化劑，但仍然存在Pd的原子利用率較低等問題。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)兼具高活性，高穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的加氫催化劑具有重要意義。

單核錳催化劑的水氧化活性可媲美自然光合作用催化劑

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、太陽(yáng)能研究部李燦院士和管景奇博士等人發(fā)現(xiàn)由氮化石墨烯做基體穩(wěn)定的單核錳活性中心化學(xué)水氧化活性轉(zhuǎn)化頻率高達(dá)200s-1以上，可與自然光合作用體系PSII多核錳（CaMn4O5）反應(yīng)中心的水氧化活性相媲美，并提出單核錳反應(yīng)中心上水氧化反應(yīng)機(jī)理。研究論文發(fā)表于Nature Catalysis。表征和理論計(jì)算結(jié)果表明，單核錳催化劑上顯示與多核錳上不同的水氧化反應(yīng)機(jī)理。該研究進(jìn)展不僅為發(fā)展太陽(yáng)能人工光合成高效水氧化催化劑開拓了新方向，也將引發(fā)人們?cè)诳茖W(xué)上對(duì)多核錳水氧化催化劑及其機(jī)理的重新認(rèn)識(shí)。

單核錳催化劑的水氧化活性研究進(jìn)展（圖片來源于中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所）

富勒烯的新應(yīng)用

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授楊上峰課題組與合作者通過將富勒烯C60選擇性地共價(jià)連接在黑磷納米片邊緣，利用富勒烯的高穩(wěn)定性將其用作保護(hù)盾牌，顯著提高了黑磷納米片在水中的穩(wěn)定性；該成果發(fā)表于Nature Communications。少層黑磷作為一種新型二維材料，具有帶隙隨層數(shù)可調(diào)、載流子遷移率高的特點(diǎn)，在能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)、催化、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域具備應(yīng)用前景。然而，少層黑磷納米片很容易被氧化降解，其在空氣及水環(huán)境中穩(wěn)定性差的問題制約了黑磷的應(yīng)用。如何提高黑磷的穩(wěn)定性是當(dāng)前黑磷材料研究急需解決的問題。該研究結(jié)果不僅為提高黑磷的穩(wěn)定性提供了新的思路，而且對(duì)于開發(fā)富勒烯材料的新應(yīng)用有著重要意義。

生物基易回收熱固性樹脂研究進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院寧波工業(yè)技術(shù)研究院（籌）馬松琪研究員等人以原料豐富、可持續(xù)的木質(zhì)素衍生物香草醛為原料，合成了一種生物基三醛基單體，進(jìn)而通過與二胺單體之間的席夫堿反應(yīng)制備了系列希夫堿熱固性樹脂TFMP-M、TFMP-P、TFMP-H。相關(guān)研究成果發(fā)表于Macromolecules。熱固性樹脂具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱學(xué)性能、尺寸穩(wěn)定性、加工性能以及化學(xué)穩(wěn)定性等，在電子封裝材料、復(fù)合材料、膠粘劑及涂料等領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用。該研究制備的希夫堿熱固性樹脂具有優(yōu)異的阻燃性，垂直燃燒試驗(yàn)達(dá)到了V-0和V-1級(jí)別，有限氧指數(shù)在30%附近。同時(shí)解決了熱固性樹脂的回收難問題和易燃問題。

芳香硝基化合物的選擇性還原羰基化環(huán)化反應(yīng)進(jìn)展

中國(guó)科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所羰基合成與選擇氧化國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室李福偉研究小組發(fā)展了鈀催化的CO選擇性還原—插入鄰硝基苯乙烯的反應(yīng)新方法，成功實(shí)現(xiàn)了CO擔(dān)任還原劑和羰基源的雙重角色，具有較好的原子經(jīng)濟(jì)性。研究論文發(fā)表于ACS Catalysis。通過調(diào)控反應(yīng)條件可以選擇性地制備吲哚啉-2-酮和喹啉-2-酮骨架化合物，這兩類骨架化合物廣泛存在于天然產(chǎn)物和藥物分子中，例如褪黑素（Melatonin）衍生物、抗精神藥物阿立哌唑（Aripiprazole）等。利用該方法高效實(shí)現(xiàn)克級(jí)合成抗精神藥物阿立哌唑，總產(chǎn)率高達(dá)77%。該工作為高效制備五元環(huán)和六元環(huán)內(nèi)酰胺提供了一種新方法。