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1.Nat Catal: H2O2电化学合成的选择性 过氧化氢(H2O2)是世界上最重要的基础化学品之一，广泛应用于化学合成、漂白、废水处理、消毒等领域。目前，全球超过95%的H2O2生产来自于成熟的蒽醌工艺，该工艺是由Riedl和Pfleiderer在1939年开发的，后来于1953年在化工厂进行大规模生产。然而，这种合成过程存在大量的碳排放以及有机废物。此外，集中式H2O2生产需要运输和储存不稳定和危险的散装H2O2溶液。利用可再生电力的能量输入，通过氧还原或水氧化的电化学合成H2O2，为H2O2的合成提供了绿色和可持续的路线。然而，这方面的挑战是开发高选择性的催化剂，以将反应路径引导至所需产物。 有鉴于此，美国莱斯大学汪淏田教授等人，报告了H2O2的电化学合成的两种不同类型的H2O2选择性：摩尔分数选择性和法拉第选择性。重新审视了它们的定义，并讨论报告了H2O2选择性的最佳方法，这可以避免在这个领域中产生误解或不公平的性能比较。 本文要点 1）1887年，Traube报道了第一个用于ORR选择性生成H2O2的催化剂，该催化剂使用的是一种Hg-Au催化剂。近年来发现了更多种类的材料，包括金属合金、碳、单原子催化剂等，显示出非凡的H2O2选择性。随着H2O2催化剂的报道呈指数级增长，一种标准规范的H2O2选择性评价方法将有助于研究者对不同催化剂进行公平的比较，极大地促进该领域的健康发展。 2）然而，研究人员报到的H2O2选择性存在不同类型，这可能会引起研究者的混淆，特别是对于那些来自不同研究背景的研究者。一种H2O2选择性为摩尔分数，广泛应用于旋转圆盘电极(RRDE)的测量，另一种是法拉第效率，通常来自滴定法或光谱定量方法。尽管这两种选择性具有完全不同的定义和不同的数据集，但令人担忧的是，有时它们可以互换使用，尤其是在最近的出版物中。因此，目前是重新审视H2O2选择性定义并讨论最合理的报告方法的适当时机，该方法可以作为公平比较的标准，并有助于避免在以后的电化学合成H2O2报告中出现任何混淆或错误。 3）该工作将有助于研究人员规范催化性能的表征，同时限制假阳性结果的可能性。这一做法最终将有助于更好地了解新的H2O2电催化剂的内在催化性能。在未来的研究中，更实用的H2O2生成电化学系统将成为2e--ORR催化剂大规模应用的关键。然而，由于RRDE测试已经并且将仍然是评价2e--ORR催化性能的主要方法，所以将RRDE和其他电化学方法中的ORR选择性统一起来是很重要的。
Xia, C., Kim, J.Y.(. & Wang, H. Recommended practice to report selectivity in electrochemical synthesis of H2O2. Nat Catal 3, 605–607 (2020). DOI: 10.1038/s41929-020-0486-1 https:///10.1038/s41929-020-0486-1 2.Nature Communications：全固态反应器中CO2RR以制备高浓度纯甲酸溶液 使用不同的催化材料可以从二氧化碳电还原反应（CO2RR）生产从碳氢化合物到含氧物和从C1到C3的各种增值化学品。与气相CO2RR增值化学品相比，液体产品，如甲酸盐，由于其高能量密度和易于储存和运输而显示出显著的优势。更重要的是，随着脱氢催化剂的快速发展，基于常温下呈液相，高体积氢密度以及低毒性等优点的甲酸正成为一种有吸引力的氢载体。然而，通过CO2RR用于可再生甲酸合成中的实际应用一直面临着一个挑战：生成的甲酸产品通常会与液体电解质混合，因此必须进一步纯化才能够使用。 近日，莱斯大学汪淏田教授，浙江大学陆盈盈教授报道了一种在全固态反应器中通过电催化CO2RR直接合成甲酸蒸汽的策略。生成的甲酸蒸气既可以作为高浓度液体燃料冷凝，也可以直接送入气相反应器进行后续应用。 文章要点 1）为提高Bi催化剂的CO2RR活性，研究人员报道了一种化学锂（Li）调节方法来生成丰富的活性GBs。首先选择商品化的Bi2O3微粉，然后将Bi2O3浸入正丁基锂（nBuLi）中，并在80 °C下反应24 h。在此过程中，锂离子化学嵌入到Bi2O3晶格中，从而将Bi2O3还原为嵌入Li2O基质中的超小金属Bi纳米颗粒。 2）阴极和阳极由多孔固体电解质(PSE)层隔开，在电极上生成的甲酸盐和质子重组形成甲酸分子。与传统的混合产生液体燃料的液体电解质不同，该PSE层有助于快速离子传导，同时不会引入任何杂质离子。更重要的是，生成的甲酸可以通过流经PSE层的惰性气流以蒸汽的形式有效地去除。 3）结合高活性（甲酸盐部分电流密度~450 mA cm-2）、选择性（最大法拉第效率~97%）和稳定性（10 0 h）的晶界富集Bi催化剂，研究人员成功实现了从产生的蒸汽中凝聚超高浓度纯甲酸溶液（接近100wt.%）。
Lei Fan, et al, Electrochemical CO2 reduction to high-concentration pure formic acid solutions in an all-solid-state reactor, Nat Commun 11, 3633 (2020) DOI：10.1038/s41467-020-17403-1 https:///10.1038/s41467-020-17403-1 3.Science Advances：用于将二氧化碳电化学还原为多碳化合物的催化剂和电解器设计策略 二氧化碳（CO2）过量释放到大气中会引发严重的环境问题，并且已经对人类社会构成了紧急且潜在的不可逆威胁。随着大气中的二氧化碳浓度从1800年代初的270 ppm（百万分之一）急剧增加到2015年7月的401.3 ppm，全球范围内就回收人类活动产生的碳污染达成了共识。为了实现碳的封闭循环，使用可再生的电能通过电化学CO2还原（ECR）转化为增值多碳（C2+）燃料和化学品，是一种可行解决方案，并且能带来更多的经济效益。然而，由于低选择性，活性和稳定性差，在水性电解质中的电催化C-C进行键合仍然是一个挑战。催化剂和反应器的设计是应对这些挑战的关键。浙江大学陆盈盈和美国莱斯大学汪淏田等人总结了通过ECR实现有效C-C键合作用的最新进展，重点介绍了电催化剂和电催化电极/反应器的设计策略及其相应的机理研究。 本文要点： 1） 本文详细研究了当前ECR促进C2+产品选择性和生产率的策略，包括精细催化剂调节，电解质效应，电化学条件和电化学电极/反应器设计。 2） 作为实现高效C-C偶联的主要催化剂，Cu存在严重的稳定性问题，尤其是在水性电解质中，由于其高的原子迁移率，颗粒聚集和ECR条件下的结构恶化，因此很少能工作100小时。 3） 对于当前的ECR技术而言，昂贵的分离过程是必不可少的，这进一步阻碍了ECR的实际应用。因此，实现直接连续地生产纯液体燃料溶液和纯气体烃，特别是具有高产物浓度的纯气体燃料，对于ECR的实际部署是非常重要的。 Lei Fan, et al. Strategies in catalysts and electrolyzer design for electrochemical CO2 reduction toward C2+ products, Science Advances 2020 DOI: 10.1126/sciadv.aay3111 https:///10.1126/sciadv.aay3111 4.Nature Catalysis：局部受限的氧气促进电化学水氧化为过氧化氢 电化学双电子水氧化是一种很有前途的再生和现场生成H2O2的方法，可以替代蒽醌法。但由于传统的四电子析氧反应竞争激烈，且过电位大，产率低，目前选择性较低。 在这里，美国休斯敦莱斯大学汪淏田团队报告了一种界面工程的方法，通过涂覆疏水性聚合物的催化剂，限制在现场产生的氧气，以调整水氧化反应的途径。以碳催化剂为模型体系，研究发现与原始催化剂相比，其内在的H2O-to-H2O2选择性和活性显著提高。在66%的超电势640 mV作用下，最大过氧化氢感应电流的效率提高了5倍，过氧化氢产量达到23.4µmol每分钟每平方厘米(相当于75.2毫安每平方厘米的分电流)。这一方法成功地推广到镍金属，证明了局部气体约束概念的广泛适用性。
Xia, C., Back, S., Ringe, S. et al. Confined local oxygen gas promotes electrochemical water oxidation to hydrogen peroxide. Nat Catal(2020) doi:10.1038/s41929-019-0402-8 DOI：10.1038/s41929-019-0402-8 https:///10.1038/s41929-019-0402-8
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