催化反应

水电解制氢低/非Pt催化剂研究进展

中国科学院长春应用化学研究所邢巍研究员课题组联合上海光源和东南大学对MoS2析氢体系联合攻关，开创了自发界面氧化还原掺杂法，以低量的钯原子活化二硫化钼（MoS2）惰性表面获得了兼具低成本、高效率的稳定HER催化材料。相关论文发表于Nature Communications。Pd掺杂后取代Mo位，同时引入硫空位并诱导MoS2相变生成稳定的1T结构。理论计算表明，位于钯位点旁边的硫原子表现出低的氢吸附能。最终只掺杂1wt%钯的MoS2，表现超低的析氢过电位和高的交换电流密度，同时具有良好的稳定性，使其具有替代商业Pt/C的可能。目前，该催化剂具有文献报道的杂原子掺杂的MoS2基材料中最高HER性能。

Pd自发掺杂MoS2的机制探索（图片来源于中国科学院长春应用化学研究所）

电化学合成氨催化剂研究进展

中国科学技术大学教授曾杰研究团队和中国科学院上海应用物理研究所教授司锐合作，通过构筑原子级分散的钌催化剂实现高效氮气电还原合成氨。这种钌单原子催化剂在电催化还原氮气反应中表现出的产氨速率是现有报道的最高值，研究论文发表于Advanced Materials。目前，在工业上通过哈伯法合成氨需要高温高压，这种苛刻的条件每年需要消耗全世界1%～2%的能源供应。针对这一难题，研究人员选择金属有机框架（ZIF-8）为基体，通过在反应前驱体中加入钌基化合物，调控钌在金属有机框架中的存在形式；开辟了单原子催化剂在电化学合成氨反应中的新途径。

生物电化学合成系统构建研究

中国科学院天津工业生物技术研究所体外合成生物学中心朱之光研究团队，构建了一个自供能生物电化学合成系统，研究论文发表于ACS Sustainable Chemistry & Engineering。生物电化学合成是由生物催化剂催化的在电能驱动下进行的化学品合成。酶燃料电池是一种新型的燃料电池，可通过生物酶在电极上的催化，将廉价底物中的化学能直接转化为电能。新系统将酶燃料电池和生物酶电合成池二者结合，既解决了生物电化学合成中移动电能的来源，同时也为酶燃料电池找到了新的产品出口。以左旋多巴电化学合成为例，酪氨酸经过酪氨酸酶的氧化生成多巴醌，由葡萄糖氧化产生的电能可成为驱动力，用于多巴醌到左旋多巴的还原。

纳米碳负载单位点金属催化剂用于乙炔氢化反应

中国科学院金属研究所催化材料研究部刘洪阳副研究员等人组成的纳米碳材料负载金属催化剂研究小组与北京大学马丁教授合作，通过调控金属钯（Pd）原子与碳载体之间的相互作用，在纳米金刚石/石墨烯碳载体上制备出原子级分散的单位点Pd催化剂，进一步地研发发现该催化剂在催化乙炔高效选择性加氢应用中作用显著。相关研究成果发表于JACS。负载型Pd催化剂具有很高的乙炔加氢反应活性，但乙烯选择性很低。目前，工业上广泛使用的加氢催化剂是经过适当修饰的Pd基催化剂，但仍然存在Pd的原子利用率较低等问题。因此，设计开发兼具高活性，高稳定性和经济实用的加氢催化剂具有重要意义。

单核锰催化剂的水氧化活性可媲美自然光合作用催化剂

中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、太阳能研究部李灿院士和管景奇博士等人发现由氮化石墨烯做基体稳定的单核锰活性中心化学水氧化活性转化频率高达200s-1以上，可与自然光合作用体系PSII多核锰（CaMn4O5）反应中心的水氧化活性相媲美，并提出单核锰反应中心上水氧化反应机理。研究论文发表于Nature Catalysis。表征和理论计算结果表明，单核锰催化剂上显示与多核锰上不同的水氧化反应机理。该研究进展不仅为发展太阳能人工光合成高效水氧化催化剂开拓了新方向，也将引发人们在科学上对多核锰水氧化催化剂及其机理的重新认识。

单核锰催化剂的水氧化活性研究进展（图片来源于中国科学院大连化学物理研究所）

富勒烯的新应用

中国科学技术大学教授杨上峰课题组与合作者通过将富勒烯C60选择性地共价连接在黑磷纳米片边缘，利用富勒烯的高稳定性将其用作保护盾牌，显著提高了黑磷纳米片在水中的稳定性；该成果发表于Nature Communications。少层黑磷作为一种新型二维材料，具有带隙随层数可调、载流子迁移率高的特点，在能量转换和存储、催化、生物医药等领域具备应用前景。然而，少层黑磷纳米片很容易被氧化降解，其在空气及水环境中稳定性差的问题制约了黑磷的应用。如何提高黑磷的稳定性是当前黑磷材料研究急需解决的问题。该研究结果不仅为提高黑磷的稳定性提供了新的思路，而且对于开发富勒烯材料的新应用有着重要意义。

生物基易回收热固性树脂研究进展

中国科学院宁波工业技术研究院（筹）马松琪研究员等人以原料丰富、可持续的木质素衍生物香草醛为原料，合成了一种生物基三醛基单体，进而通过与二胺单体之间的席夫碱反应制备了系列希夫碱热固性树脂TFMP-M、TFMP-P、TFMP-H。相关研究成果发表于Macromolecules。热固性树脂具有优异的机械性能、热学性能、尺寸稳定性、加工性能以及化学稳定性等，在电子封装材料、复合材料、胶粘剂及涂料等领域都具有广泛应用。该研究制备的希夫碱热固性树脂具有优异的阻燃性，垂直燃烧试验达到了V-0和V-1级别，有限氧指数在30%附近。同时解决了热固性树脂的回收难问题和易燃问题。

芳香硝基化合物的选择性还原羰基化环化反应进展

中国科学院兰州化学物理研究所羰基合成与选择氧化国家重点实验室李福伟研究小组发展了钯催化的CO选择性还原—插入邻硝基苯乙烯的反应新方法，成功实现了CO担任还原剂和羰基源的双重角色，具有较好的原子经济性。研究论文发表于ACS Catalysis。通过调控反应条件可以选择性地制备吲哚啉-2-酮和喹啉-2-酮骨架化合物，这两类骨架化合物广泛存在于天然产物和药物分子中，例如褪黑素（Melatonin）衍生物、抗精神药物阿立哌唑（Aripiprazole）等。利用该方法高效实现克级合成抗精神药物阿立哌唑，总产率高达77%。该工作为高效制备五元环和六元环内酰胺提供了一种新方法。