2D/2D MOF-Based S-Scheme Photocatalyst for Enhanced H2 Production and Charge Transfer
Chuanbiao Bie, Jiaguo Yu*
基于二维/二维MOF的S型光催化剂用于增强产氢与电荷转移
高效的电荷分离仍然是限制金属有机框架（MOF）光催化性能的关键挑战。Huang等人构建了一种基于超薄二维/二维MOF的S型异质结，从而突破了这一局限。通过将Cu-TCPP和Cd-TBAPy MOF剥离成少层纳米片，并利用pH控制的静电吸引将其组装，他们形成了具有内建电场的紧密面对面金属有机层（MOL）界面。一系列表征证实了S型能带排列，该排列促进了定向电荷转移并维持了强氧化还原电位。优化的Cu/Cd-MOL实现了1342 μmol h-1g-1的产氢速率，而Cu/Ni-MOL变体的产氢速率达到2027 μmol h-1g-1，表观量子产率为2.75%。该研究为构建具有加速电荷转移动力学的超薄MOF异质结构提供了一种通用策略，以实现高效太阳能到氢能的转换。
新加坡国立大学Sergey M. Kozlov/中国海洋大学孟凡陆/新加坡国立大学Ghim Wei Ho
Defect-Engineered Nested Metallic Cu Clusters Enhance CO2 Photoreduction in Photothermal 2D Plasmonic CuSe
Huaipeng Pang, Janobiddinkhuja Bahodurov, Tianxi Zhang, Minmin Gao, Weili Ong, Sergey M. Kozlov*, Fan Lu Meng*, Ghim Wei Ho*
缺陷工程化的嵌套金属铜簇增强光热二维等离子体CuSe中的CO2光还原
太阳能驱动的光催化CO2转化为碳中和发展提供了一条可持续的路径，但仍然受限于电荷动力学低效和光谱利用率差。然而，兼具紫外-可见吸收和近红外等离子体共振的铜硫族化合物存在快速的电子-空穴复合和催化活性不足的问题。本研究采用溶解-还原法，成功合成了嵌套的金属-半导体铜基异质结构（Cu/CuSe），用以解决上述局限。该工程化结构将金属Cu簇和硒空位引入CuSe纳米片中，共同通过缺陷诱导的带隙态拓宽了近红外吸收，从而增强了光热激活。这种方法促进了定向电子向Cu簇转移，抑制了电子-空穴复合，并使Cu簇成为催化活性位点。此外，组分之间的无缝耦合降低了界面能量损失。密度泛函理论计算表明，Cu簇通过稳定关键反应中间体降低了CO₂活化能垒。在全光谱照射下，与原始CuSe相比，该异质结构的CO产率提高了三倍（27.06 μmol g-1h-1），在无牺牲剂条件下选择性达90%。光热-光催化协同作用利用级联能量转换路径，性能优于传统的等离子体半导体系统。该工作建立了一种缺陷工程策略，以增强宽带响应光催化剂中的红外能量收集和电荷管理。
湖南师范大学娄东阳/浙江大学曾立彬/湖南师范大学黄炜/杨静
Low-Ru-Content CuCoRu Aerogel for Boosted Electrocatalytic Nitrate Reduction to Ammonia
Jinjie Tan, Wenjun Ning, Jiashu Chen, Dongyang Lou*, Zhehang Jiang, Shurong Li, Rui Zhou, Weichun Chang, Xiu-Zhi Tang, Libin Zeng*, Wei Huang*, Jing Yang*
低Ru含量的CuCoRu气凝胶用于高效电催化硝酸盐还原制氨
电催化硝酸盐还原制氨（eNRA）为氨（NH3）合成提供了一条可持续的绿色途径。然而，由于加氢能力较差，铜基非贵金属电催化剂通常需要较高的过电位才能实现*NO2的深度还原，导致NH3法拉第效率低且能耗高。本文提出了一种电流置换策略，合成低Ru含量（10.7 at%）的CuCoRu气凝胶（CuCoRu AG）电催化剂，在显著降低的过电位下实现高效eNRA。优化的Cu5Co5Ru AG表现出卓越的NH3产率（2.7 ± 0.1 mmol cm-2h-1）和在-0.1 V vs. RHE下高达97.0 ± 3.81%的法拉第效率，超过了大多数已报道的铜基电催化剂。系统的表征和理论计算表明，合理引入少量Ru可进一步调控电子态，显著降低加氢能垒。此外，坚固的气凝胶网络结构提供了良好的自支撑性，避免了过度团聚和熟化，赋予了超过100小时连续电解的耐久性。该工作强调了电子结构调控和三维多孔结构在下一代低成本、高效率eNRA电催化剂设计中的关键作用。
Entropy-Stabilized Pd/HEO Bifunctional Catalyst for Selective Aqueous-Phase Hydrogenolysis of Cellulose to Ethylene Glycol
Dandan Wang, Yuandong Cui, Wei Jia, Wei Jiang, Yuanming Zhang, Haoxi Ben, Xiaoli Yang*
熵稳定的Pd/HEO双功能催化剂用于纤维素选择性水相加氢裂解制乙二醇
在水相条件下将纤维素选择性转化为乙二醇（EG）是可持续生物质增值利用中一条颇具吸引力但充满挑战的途径。本文通过聚乙烯吡咯烷酮辅助的溶胶-凝胶策略，开发了一种多功能Pd/WMoAlNiSiOx催化剂，其中Pd纳米颗粒和PdNi合金域均匀嵌入在熵稳定的高熵氧化物（HEO）基体中。高构型熵促进了丰富氧空位的生成，并稳定了Pd-O(H)-M（M = W, Mo, Al, Ni, Si）界面连接，构建了具有协同加氢和路易斯酸位的稳健双功能界面。在温和的水热条件（245 °C, 4.5 MPa H2）下，该催化剂实现了纤维素的完全转化和68.3%的EG选择性，性能优于传统的Pd/WO3体系。表征和动力学研究证实，增强的性能源于PdNi合金域与缺氧HEO界面之间的协同作用，该作用促进了串联水解、逆羟醛裂解和加氢反应。该催化剂在经过多次循环回收后仍表现出优异的结构稳定性和极低的Pd浸出。本研究展示了一种基于熵稳定的氧化物-金属界面的可持续催化剂设计理念，为水相环境中高效生物质转化提供了一种前景广阔的策略。
北方民族大学马小华/靳治良/的里雅斯特大学Paolo Fornasiero
Boosting Charge Separation in a CdIn2S4/Mo2TiC2 MXene Schottky Heterojunction for Enhanced Photocatalytic Hydrogen Production
Bingzhu Li, Teng Li, Xiaohua Ma*, Minjun Lei, Zhiliang Jin*, Noritatsu Tsubaki, Paolo Fornasiero*
CdIn2S4/Mo2TiC2 MXene肖特基异质结中电荷分离的增强用于高效光催化产氢
采用氢氟酸溶液原位剥离Mo2TiC2 MXene，随后通过物理搅拌和研磨与CdIn2S4复合。该复合材料在无需负载任何贵金属助催化剂的情况下表现出优异的光催化产氢（PHE）活性，产氢速率高达3.35 mmol·h-1·g-1。与原始CdIn2S4相比，提高了55.83倍，并且超过了大多数已报道的CdIn2S4基光催化材料的性能。此外，该复合材料在连续四次循环测试中均能保持稳定的产氢性能，展现出优异的循环耐久性。通过系统的实验分析和理论模拟，证实了CdIn2S4与Mo2TiC2 MXene之间形成了肖特基异质结。在此复合体系中，CdIn2S4主要作为吸光组分，而Mo2TiC2 MXene则充当高效的助催化剂。肖特基结的形成驱动光生电子从CdIn2S4定向迁移至Mo2TiC2 MXene，所产生的界面势垒显著抑制了电子回流，而Mo2TiC2 MXene固有的高电导率及其丰富的暴露活性位点进一步加速了产氢过程。该研究证明了Mo2TiC2 MXene作为面向可再生能源的新型光催化助催化剂的巨大潜力。
Fe-Free Photocatalysis-Self-Fenton System for Ultraefficient Water Purification Enabled by Carbon Nitride With Strong Built-in Electric Field
Yuhan Yan, Hongguang Yang, Tianyu Zhou*, Wei Jiang, Chunbo Liu*, Guangbo Che*, Bo Hu
基于强内建电场氮化碳的无铁光催化自芬顿系统用于超高效水净化
光催化自芬顿系统（PSFs）通过原位生成-消耗H2O2在水净化方面具有巨大潜力，但受到两个主要障碍的制约：（1）缺乏经济可持续的光催化剂，限制了整体H2O2产量；（2）依赖外源Fe2+，导致铁污泥生成及工作pH范围窄等问题。本文通过掺杂和熔盐辅助煅烧合成了带有K+、氰基和聚乙烯亚胺的高结晶氮化碳。所得催化剂表现出强内建电场（KPFM和SPV）和高效的空间电荷分离（系列光电测试和DFT计算）。暴露的活性位点（SBET = 102.2 m2·g-1）和丰富的末端-NH2基团创造了准均相体系（SEM/TEM/AFM和自由沉积实验）。该催化剂还表现出高氧吸附能力，并促进了O2 → ·O2⁻ → H2O2 → ·OH的反应路径，使光合成H2O2速率高达14.90 mmol·g-1·h-1（为CN的22.2倍）。所构建的无铁PSFs在10分钟内实现了高浓度四环素（100 mg L-1）的100%降解，动力学常数是传统光降解体系的3.46倍，同时克服了窄工作pH范围的限制。此外，该无铁PSFs还能100%降解磺胺甲噁唑、氧氟沙星和双氯芬酸钠。最后，系统阐明了改进的降解机理、关键活性物种、降解路径及毒性。该研究克服了氮化碳基光催化剂的关键局限，为开发宽pH范围内高效降解污染物的无铁PSFs提供了新思路。
Boosting Water Vapor-Assisted Methane Photooxidation Over S-Scheme MIL-125-NH2(Ti)/WO3 Heterojunction Photocatalysts
Jia-Min Cao, Jing Ren, Ya-Ting Zheng, Ya-Nan Wang, Ye Wang*, Wen-Wen Dong*, Jun Zhao*, Dong-Sheng Li, Zhi-Ming Zhang*
S型MIL-125-NH2(Ti)/WO3异质结光催化剂增强水汽辅助甲烷光氧化
在温和条件下将甲烷（CH4）光催化转化为增值含氧化合物并避免过度氧化，是多相催化领域的一项重大挑战。本文通过静电自组装合理设计了一系列S型MIL-125-NH2(Ti)/WO3-x（MW-x）异质结构，用于高效CH4光氧化。MIL-125-NH2(Ti)/WO3界面上的直接S型电荷转移机制增强了光生电子-空穴对的空间分离，从而优化了氧化还原效率。具有强氧化能力的WO3纳米片促进了水中H2O2的原位生成，而MIL-125-NH2(Ti)中的Ti3+/Ti4+氧化还原中心则催化H2O2分解为羟基自由基（·OH）。这些·OH物种高效活化吸附态CH4的C–H键，生成甲基自由基（·CH3）。·OH与·CH3的同时生成与偶联驱动了C1含氧化合物的选择性形成。值得注意的是，优化的MW-3催化剂表现出卓越的性能，在环境条件下实现了502.17 μmol·gcat-1的总C1含氧化合物产率，超过了大多数已报道的用于CH4转化的光催化剂。
昆士兰大学Joshua A. Powell/侯经纬
Molten Zinc Coordination Polymer Glass as a Host for Stable and Processable Optical Dye Composites
Jaeho Lee, Wengang Huang, Yoshiki Sugai, Xiangyi Zha, Yuelei Chen, Joshua A. Powell*, Yi-Chen Hsu, Zixi Xie, Vicki Chen, Lianzhou Wang, Jingwei Hou*
熔融锌配位聚合物玻璃作为稳定且可加工的荧光染料复合材料基质
减少聚集诱导猝灭（ACQ）并增强分子稳定性是开发高性能固态发光有机染料材料与器件的关键挑战。本文通过熔融淬火工艺将罗丹明B（RhB）溶解到锌基配位聚合物玻璃（agZn-P-bIm）熔体中，制备了一种红光发射的杂化玻璃。淬火后得到的非晶复合材料表现出显著增强的固态光致发光，光致发光量子产率高达79.3%，这归因于玻璃基质中强界面相互作用有效分散了RhB并抑制了其聚集。该材料还表现出优异的热稳定性和环境稳定性，以及可逆的热致变色行为，使其适用于光学温度传感。此外，通过负载其他各种发光分子，该配位玻璃可以在背光OLED配置中实现可调光发射，凸显了其作为先进固态光学应用多功能平台的潜力。
湖北文理学院马冬冬/浙江理工大学Wenbo Wei/中国科学院福建物构所朱起龙
Upcycling Expired Bismuth-Drugs as Low-Cost Practical Precatalysts for Sustainable Multi-Scenario Formate Electrosynthesis
Jie Xiao, Dong-Dong Ma*, Wenbo Wei*, Qi-Long Zhu*
将过期铋药物升级为低成本实用预催化剂用于可持续多场景甲酸电合成
资源短缺和环境问题的迫切挑战需要与循环经济相匹配的创新技术。本文提出了一种整合策略，通过将过期铋（Bi）药物转化为性能优异的预催化剂，实现了废弃物的直接再利用和可持续电合成，在通用电解池中将二氧化碳高效电升级转化为甲酸，稳定法拉第效率超过90%。我们系统评估了一系列未经任何预处理的过期Bi药物，确认其均具有与流动池系统中基准材料相当且持续优异的催化性能。这一发现为未分类过期Bi药物直接利用的可行性提供了关键实验证据。此外，为拓宽实际应用范围，我们还评估了水质的影响以及采用含甲酸盐电解液进行串联电-化学合成的可行性——例如，这使得苯并咪唑的增值合成产率达到85%。该工作建立了一个可扩展且可持续的跨学科范式，该范式整合了废弃物升级利用、节能合成与上下游资源优化。
