對催化劑中金屬陽離子的配位環境和電子結構進行調節可有效提高其催化活性，如在尖晶石氧化物中，確定鈷離子的最佳幾何構型對于設計高效的OER電催化劑具有重要意義。近日，湖南大學王雙印團隊選取三種尖晶石為模型，通過研究發現，八面體(Oh)中心的Co3+位點是OER電催化劑的最佳幾何構型，此外，八面體(Oh)和四面體(Td)中心的Co2+也可作為活性位點。理論計算表明，O*轉化為OOH*是Co3+(Oh)的決速步，其能壘最低，有助于提高OER活性。這項工作篩選了用作OER催化劑的鈷離子的最佳幾何構型，為設計高效的電催化劑提供了參考。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201914245盡管過渡金屬磷化物（TMP）已經成為替代Pt的最有前途的析氫反應(HER)催化劑，但其性能的進一步提高需要在局部原子水平上對TMP位點進行精細調控，和對其電子結構的催化機理有深刻的認識。近日，黑龍江大學陳志敏團隊首次報道合成負載在碳納米管上，由硼調控的CoP (B‐CoP/CNT)，其在廣泛的pH范圍內都具有析氫活性。在高電流密度(>100mA cm-2)的中性和堿性介質中，其性能甚至優于商業Pt/C。實驗和計算表明，電負性的硼原子可調控催化位點的電子結構，增強Co原子的電子離域能力以獲得高電導性，同時優化活性位點上的H吸附和H2解吸，從而降低HER能壘。本文為研究基于非金屬調控電子結構的高效電催化劑提供了一種可行的策略。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201915254
電解水是一種很有前景的制備清潔、可持續氫燃料的途徑。而金屬團簇由于表面原子比例高、組分和電子結構可調，可成為具有潛力的催化劑。近日，南洋理工大學樓雄文團隊報道利用中空的介孔碳球合成限域的Pt團簇(Pt5/HMCS)，這種結構能夠在配體去除過程中有效地穩定Pt團簇，并在酸性和堿性條件下顯示出優異的析氫反應性能。實驗結果表明，經優化的該催化劑質量活性是同等Pt負載量的商業Pt/C催化劑的12倍；此外，其穩定性也有很大提升。這項研究為基于金屬團簇的貴金屬催化劑的設計和調制提供了一種簡單有效的方法。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201901349
太陽能的儲存和轉換需要開發具有較高、快速的光生電荷分離效率和高表面催化活性的催化劑，但仍面臨挑戰。近日，北京大學郭少軍團隊設計合成了一種原子分散在CdS納米棒上的Co-P3(CoPSA-CdS)結構，實現了甲酸脫氫的高光催化活性。實驗證明，Co-P3具有獨特的電子富集特性，通過界面電荷效應大大提高了光生電荷分離的效率；并且與傳統的硫配位Co單原子負載在CdS上相比，Co-P3能實現更好的甲酸解離和吸附，以及C-H鍵的活化，使得催化活性比后者高出約50倍，質量活性達102.9mmol gcatal-1h-1。這一發現為研究金屬單原子催化劑的配位結構和光催化性能之間的關系提供了思路。https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201904249單原子催化劑因其極大的原子利用率和較高的質量活性在能源催化領域備受關注。單個金屬位點與其周圍配位環境之間獨特的相互作用在調節金屬中心的電子結構方面起著重要作用，可引起一些新的反應機制和改善的催化性能。近日，紐約州立大學布法羅分校武剛教授等發表綜述，總結了單原子催化劑局部配位環境方面的研究進展，用于改善幾種關鍵的能源轉換反應的性能，包括氧還原、析氫、析氧、CO2還原以及氮還原反應等；綜合討論了多種工程策略，包括雜原子摻雜、改變SACs在載體上的位置、引入外部配體以及構建雙金屬位點等；并重點介紹了可控合成策略和活性增強機制。這篇綜述為合理設計先進的電催化劑提供了結構-活性關系方面的認識。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201902844
