过渡金属单原子结构在催化CO2还原方面具有较好的性能。人们对金属团簇催化性能的研究还比较少。含缺陷C结构对金属颗粒具有较好的锚定作用。因此，本文研究N掺杂CNT负载Ni团簇催化CO2还原的性能。 作者在N掺杂CNT上制备了Ni单原子（SANi）、团簇（NiNx）、单原子负载颗粒（SANi-Ni）结构催化剂，Ni颗粒的大小约为0.94 nm。XPS和XANES结果表明Ni单原子的价态小于+2，Ni团簇和颗粒的价态低于单原子。 电化学测试结果表明在碱性条件下NiNx催化CO2还原的反应电流大于SANi和SANi-Ni。NiNx的产物中CO的法拉第效率接近100%，分电流高达460.5 mA/cm2，性能24小时内保持稳定。 DFT计算结果表明NiN3、Ni2N6、Ni10N12催化CO2还原的决速步为COOH，Ni10N12的反应能最低为0.66 eV，Ni10N12催化HER的反应能最高。 原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202205262

在碱性条件下NO3还原受到H2O裂解所产生的吸附态H数量的限制，导致反应电流较低。因此，本文研究CoP催化NO3RR的性能。 作者在C纳米片上制备了CoP纳米球催化剂（CoP-CNS）。CoP-CNS在碱性条件下电催化NO3还原产NH3的法拉第效率超过90%，产率高达8.47 mmol/hcm2（-1.03 V），分电流超过1000 mA/cm2，性能123小时内保持稳定。 DFT计算结果表明CoP催化NO3RR的决速步为NO--HNO，反应能为1.57 eV，低于Co的3.09 eV。CoP对H2O的吸附能为-0.48 eV，高于对NO3的吸附能-0.78 eV。H2O在CoP表面裂解产H的反应能低于Co。 原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-35664-w

协同效应使双原子结构在催化ORR方面具有较好的性能。目前，大多数双原子位点都是金属原子，非金属原子研究的较少。因此，本文研究Fe、P双原子催化ORR的性能。 作者在N掺杂多孔C上嵌入了Fe、P双原子结构（Fe、P-DAS）。XPS、XANES结果表明Fe的价态为+2.12。EXAFS结果表明Fe与N、P配位数分别为3.45和0.86。 Fe、P-DAS在碱性条件下电催化ORR的电流大于Fe-SAS，起始和半波电位为1.02和0.92 V，Tafel斜率为49.8 mV/dec，电子转移数为3.99，H2O2选择性小于5%。 DFT计算结果表明P位点很容易吸附O原子，吸附O的Fe-N3-PC2N催化ORR的决速步为OH脱附，过电位为0.60 V，低于Fe-N4的0.90 V。 原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202203611

虽然Cu单原子在光催化CO2还原方面具有较好的性能，但C2H4的选择性仍较低。掺杂能够进一步调控单原子的催化活性。因此，本文研究P掺杂C3N4负载Cu单原子催化CO2还原的性能。 作者通过热聚合方法制备了P掺杂C3N4负载Cu单原子结构催化剂（CuACs/PCN）。XPS、XANES结果表明P占据C位点，Cu的价态介于+1和+2之间。CuACs/PCN能够有效抑制光生电子-空穴对的复合，提高光电流，减小电荷转移电阻。 CuACs/PCN光催化CO2还原的主要产物为C2H4和CH4，其中C2H4的选择性高达53.2%，产率为30.51 umol/gh，性能优于CuACs/CN且较稳定。 DFT计算结果表明CuACs/PCN催化CO2还原至CH4的决速步为CHOH--CH2OH，反应能为1.62 eV，高于CuACs/CN的0.82 eV。另一方面，CuACs/PCN催化CO2还原至C2H4的决速步为COCHOH--COHCHOH，势垒低于CH4路径。 原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202208132

Ni基材料在催化OER和UOR（尿素氧化反应）方面具有较好的性能。虽然NiOOH催化活性较好，但结构稳定性较低。因此，本文研究NiOOH/LDH/FeOOH复合结构催化OER和UOR的性能。 DFT计算结果表明FeOOH与NiFe-LDH形成异质结构后Ni的价态较LDH有所升高，从而更接近NiOOH中Ni的价态。另外，FeOOH的存在使了LDH中H的结合能升高，降低稳定性。 作者通过水热和电化学方法制备了NiOOH/LDH/FeOOH复合结构纳米片催化剂，厚度约为5.4 nm。 NiOOH/LDH/FeOOH在碱性条件下电催化OER的过电位为195 mV，低于NiOOH/LDH的210 mV，Tafel斜率为35 mV/dec，电荷转移电阻也较小。 NiOOH/LDH/FeOOH在碱性条件下电催化UOR的电位为1.35 V，低于NiOOH/LDH的1.36 V，Tafel斜率为30.1 mV/dec，电荷转移电阻也较小。 DFT计算结果表明NiOOH/LDH/FeOOH催化OER的决速步为OH--O，过电位为0.33 V，d带中心位于-1.77 eV，均低于NiOOH和Ni-LDH。 ​原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202209338

避免过度氧化是CH4催化氧化的关键。单原子结构在HER、OER方面具有较好的催化性能，但在光催化CH4氧化方面的研究较少。因此，本文研究TiO2/Ni-NC光催化CH4氧化的性能。 作者通过水热法制备了TiO2/Ni-NC催化剂。XPS结果证明Ni单原子的价态略低于+2，EXAFS结果证明Ni与4个N原子配位。 TiO2/Ni-NC光催化CH4与O2反应的产物中HCHO占主导，其次为CH3OOH和CH3OH，C1产物总体选择性为93%，高于Ni颗粒的86%。EPR结果证明TiO2/Ni-NC有助于CH3、OOH的产生，从而形成CH3OOH，并转化成CH3OH和HCHO。 DFT计算结果表明TiO2/Ni-NC催化O2生成OOH的反应能为-0.79 eV，OOH脱附反应能低于分解反应能，有助于形成CH3OOH。Ni颗粒容易导致OOH分解成OH，最终形成CO2。TiO2/Ni-NC催化CH4生成CH3的势垒为1.46 eV，CH3脱附反应能为1.14 eV。 原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202215057