PCN-222（MOF-545）是近年来研究较多的一种具有一维孔道结构的三维卟啉MOFs材料，其孔道的理论直径可以达到3.7nm，由Zr6集团簇与四羧基卟啉分子通过配位键连接形成。PCN-222 在沸水中甚至2M盐酸中都十分稳定，这在MOFs材料中很少见。本期小丰整理了3篇PCN-222近期在催化、细菌感染和纳米酶方面的研究进展，一起看下吧~
CEJ：CdS@PCN-222(Pt)优越的可见光和阳光驱动的H2演化
为了提高光催化剂的H2转化率，一般采用减少纳米粒子聚集和提高电荷传输效率来实现。近日，Chemical Engineering Journal报道了一种在含有单个铂原子的卟啉金属有机框架上原位生长 CdS的新型复合光催化剂 CdS@PCN-222(Pt)。该催化剂在可见光（λ ≥ 420 nm）照射下表现出 71645 μmol/g CdS/h 的优异氢转化活性，是纯 CdS 的 110 倍左右。值得注意的是，CdS@PCN-222(Pt)在太阳光直射下也具有极高的氢进化活性，达到 31326 μmol/g CdS/h ，远超过已报道的基于 MOF 的光催化剂。研究结果表明，PCN-222(Pt) 的多孔结构使 CdS 均匀分布，锚定的铂单原子实现了光诱导电子转移，抑制了光生电荷载流子的重组。无机半导体与含有锚定单原子的 MOFs 之间的协同效应增强了在可见光甚至太阳光下生成 H2 的光催化活性。因此，这些发现为今后设计高性能复合光催化剂提供了新的视角。
文献题目：Incorporating CdS and anchoring Pt single atoms into porphyrinic metal–organic frameworks for superior visible-light and sunlight-driven H2 evolution
ACS Nano：Bi-PCN-222助力仿生酶催化用于细菌感染伤口的快速治疗
ACS Nano报道了一种具有快速、高效的自我杀灭细菌和伤口愈合性能的仿生纳米酶催化剂。通过原位还原反应，研究人员在PCN-222金属有机框架中掺入铋纳米粒子（Bi NPs）形成Bi-PCN-222，一种界面肖特基异质结仿生纳米酶催化剂，可以杀死99.9%的金黄色葡萄球菌（S. aureus）。其基本机理是Bi NPs 掺杂可以通过肖特基界面赋予 Bi-PCN-222 自驱动电荷转移以及类氧化酶和过氧化物酶活性的能力，大量自由电子可以被周围的氧物种捕获，从而产生自由基氧物种（ROS）。一旦细菌在生理环境中接触到 Bi-PCN-222，其合适的氧化还原电位为电子流入细菌提供了充足的条件，从而在没有外源刺激或释放抑菌因子的情况下达到了很好的杀菌效果。此外，Bi-PCN-222 还能通过上调成纤维细胞增殖和血管生成基因（bFGF、VEGF 和 HIF-1α）加速组织再生，从而促进伤口愈合。这种仿生酶催化策略将为设计同时实现高效消毒和组织重建的自体细菌制剂带来启示。
文献名称：Self-Driven Electron Transfer Biomimetic Enzymatic Catalysis of Bismuth-Doped PCN-222 MOF for Rapid Therapy of Bacteria-Infected Wounds
Angew：纳米限制引导的纳米酶构建用于测定 H2O2
Angew报道了研究人员在纳米约束效应的指导下，通过将具有类过氧化物酶活性的细胞色素c(Cyt c) 限域于PCN-22纳米颗粒的孔道内，得到了一种蛋白质与金属有机框架(MOF)杂化的类过氧化物纳米酶，即Cyt c@PCN-222。受限Cyt c的过氧化物酶样活性比游离Cyt c高3 - 4倍左右。由于Cyt c活性的增加，Cyt c@PCN-222 NPs对H2O2的检测限很低(~0.13 μM)。此外作者比较了细胞色素c在不同MOF纳米粒子中的负载量和负载效率，包括UiO-66、MOF-808、PCN-224以及NU-1000。结果表明，PCN-222纳米粒子具有最高的负载效率，这归因于其具有最大的孔径。同时，限域在PCN-222孔道中的Cyt c在存储过程中基本不会释放。纳米限域策略为设计与制备高活性纳米酶提供了一个新的视角，可以进一步推动纳米酶在分子传感领域的应用。
文献题目：Nanoconfinement-Guided Construction of Nanozymes for Determining H2O2 Produced by Sonication
光催化是利用光能进行物质转化的一种方式，是物质在光和催化剂共同作用下所进行的化学反应。经过几十年的发展，光催化在污染物降解、重金属离子还原、空气净化、CO2 还原、太阳能电池、抗菌、自清洁等方面受到广泛应用研究，是国际上热门研究领域之一。本期小丰整理了几种常见的光催化材料以及应用情况，一起看下~
一、常见的光催化材料
1、金属氧化物
金属氧化物光催化材料有TiO2, Fe2O3，WO3，ZnO，Cu2O，SnO2 等等。TiO2 因其化学性质稳定、催化活性高、价格低廉、无毒无污染等优点而备受人们的青睐，是当今研究最多的光催化剂，除了1972年发表在 Nature上的开山之作，更有3篇关于TiO2 的文章发表 Science上。
2、g-C3N4
2009年，研究人员首次发现g-C3N4材料的光催化产氢效果显著，使得其在光催化领域的研究引起了轰动。石墨相氮化碳(g-C3N4)，作为一种非金属半导体光催化剂，具有合适的禁带宽度，能在可见光下响应，其化学稳定性、热稳定性良好，可用于光催化有机合成、光催化降解有机污染物和光催化分解水制氢等。
3、金属硫化物
CdS、ZnS和MoS2 是硫化物在光催化领域应用中的代表性材料，具能带可调，当其由多层变为单层时，其禁带宽度变宽，光学和电学性能也会发生改变。单纯这些半导体材料的光催化性能不高，主要是和其他的光催化剂如TiO2、 SnO2、ZnO等进行复合，得到性能更好的复合半导体光催化剂。
4、Bi 基光催化剂
铋基光催化剂具有良好的可见光利用率，稳定的化学性质以及适中的导带和价带位置，成为光催化研究的热点之一。铋基催化剂中，卤氧化铋 BiOX（X=Cl、Br、I）材料具有独特的层状结构，有助于提高其光催化活性。BiVO4、Bi2WO6、Bi2MoO6 等也因其可见光催化性能而受到广泛研究。
5 、其他光催化材料
金属有机框架材料 (MOFs)、共价有机框架材料 (COFs) 、二维材料MXene等新型纳米材料在光催化领域也有所运用。金属离子掺杂 MOFs 材料，可用于 H2O 分解、CO2 还原和有机转化。MXene由于具有良好的电子传导性、结构稳定性以及较大的比表面积，可作为助催化剂提升光催化性能。目前MXene已经被用于光催化降解环境污染物、产氢、CO2还原等方面的研究。
二、光催化的应用方向
水污染治理
相比传统水污染治理方法，会产生有害物质。光催化降解污染物由于利用太阳能作为能量驱动，绿色环保、无二次污染。除了常见的各种染料，如亚甲基蓝、罗丹明 B 、甲基橙等，其他无色的污染物，比如苯酚、双酚 A，或者各种抗生素农药等都可以降解掉。此外，光催化还可以将水体中的有毒重金属离子，如 Cr6+、Pt4+、Au3+ 等还原为低价离子，减弱其毒性。
空气净化
目前处理空气污染常见方法为物理吸附或者借助贵金属降解，存在条件苛刻、耗能高、效率低等问题。光催化处理有害气体主要是通过一些吸附物质先把有害气体进行吸附后，再在光照下，通过半导体光催化剂产生光生载流子，光生载流子在与吸附物质表面上的有害气体如氮氧化物和甲醛等有害气体进行反应，并进一步将其氧化或还原。
水分解产氢
氢气是一种热值很高的清洁能源，燃烧后只产生水而不会对环境产生污染，并且氢气还是一种用途广泛的化工原材料，因此开发出高效、低能耗和绿色的制氢的方法具有重要的意义。利用光催化将水分解为 H2 和 O2，被认为是高效、低能耗以及绿色的制氢途径。但目前产氢效率还比较低，距离实际工业化应用还有很长的路要走。
还原CO2制燃料
利用太阳能驱动CO2还原为高附加值化学品的技术为能源和环境的问题带来新的转机、为CO2催化转化提供了新途径。光催化CO2制备燃料是指通过利用太阳能直接转化CO2制备一氧化碳、 甲烷和甲醇等燃料。通过光催化制备燃料技术将太阳能转化为化学能而贮存起来并加以利用，因此被认为是解决能源危机的最佳方式之一。
当然光催化的种类和应用方向远不止上述列举的内容，光催化是一个充满朝气与挑战的领域，其中一些技术能实现大规模生产和应用的话，将对人类生活带来莫大的改善。
石墨相氮化碳 g-C3N4
500 mg 尺寸:0.1-10μm, 纯度99%;1 g {};5 g {};10g {};30g {};50g {};100g {};500g {};1kg {}
单原子催化剂（SACs）是一类将单个金属原子锚定在载体上的材料，由于其有最大限度的原子利用率，在多相催化反应中表现出优异的性能。本期小丰整理了3篇原子催化剂在ACS Nano、JACS、EES期刊的表现，一起看看有哪些新进展吧~
ACS Nano：用于双功能氧电催化的多金属单原子催化剂
多金属合金在金属-空气电池的应用中表现出了良好的性能，但设计多金属单原子催化剂（MM-SAC）仍然是一个挑战。2023年9月10日，ACS Nano报道了研究人员以金属-C3N4和氮掺杂碳为基石，通过两步法合成MM-SAC，并验证了原子色散的固有特征和多金属位点之间的强电子互易性。
研究发现，三金属FeCoZn-SAC和四金属FeCoCuZn-SAC分别具有优异的析氧反应和氧还原反应活性以及出色的双功能耐久性。密度泛函理论计算阐明了FeCoCuZn-SAC的Co位点对ORR和OER有效催化的关键贡献。更重要的是，以FeCoCuZn SAC作为阴极催化剂的锌空气电池表现出高功率密度（252 mW cm−2）、高比容量（817 mAh gZn−1）和充放电过程的相当大的稳定性（超过225小时）。这项工作为MM-SAC在氧电催化方面的优势提供了直观的视角。
文献名称：Multimetallic Single-Atom Catalysts for Bifunctional Oxygen Electrocatalysis
JACS：使用高稳定性单原子 Ru 催化剂回收混合塑料废物
随着塑料废物数量的增加，需要快速将塑料废物转化为化学原料，化学催化是解决这一问题的最有希望的方法。2023年10月5日，JACS报道了研究人员首次利用单原子Ru催化剂，将约90%的混合塑料废物转化为甲烷产品（选择性>99%）。
作者使用超分子组装方法在CoAl氢氧化物层之间嵌入RuCl4-离子，通过进一步氢热还原合成了均匀分散的Ru活性位点催化剂（RuSA-CoAlO和RuNP-CoAlO），并研究了RuSA-CoAlO催化剂在降解各种塑料中的催化性能。单一PET塑料的转化效率为87.5%，而PP和PE塑料均达到了99%的转化率。包括PET、PP和PE在内的混合塑料也显示出高转化效率（>90%）和甲烷选择性（>99%）。RuSA-CoAlO催化剂在150次连续进料中保持了约90%的CH4产率，结构稳定，催化剂表面的碳积聚很少。该研究为混合塑料废物的再利用开启了新的时代。
文献题目：Mixed Plastics Wastes Upcycling with High-Stability Single-Atom Ru Catalyst
EES：Fe–N4SP单原子催化剂增强锌-空气电池阴极的氧还原反应
原子分散的铁-氮-碳（Fe–N–C）催化剂是用于氧还原反应（ORR）的非贵金属催化剂，但其活性受到电子结构的限制。准确调节Fe位点的d带中心和自旋态对于增强ORR活性仍极具挑战性。2023年11月16日，期刊EES报道了研究人员通过在第一配位壳层中用轴向硫原子和在第二配位壳层上用相邻的磷原子修饰Fe–N4位点，合理设计了具有高度配位结构的Fe–N4SP结构。
作者在N、P和S三元共掺杂空心碳纳米笼中成功构建了Fe–N4SP位点，Fe–N4SP/NPS-HC催化剂表现出优异的ORR活性，在碱性介质中具有0.912 V的半波电位，在酸性介质中具有0.814 V的半波电位。该催化剂在锌-空气电池系统中具有高达320小时的超长耐久性。
文献题目：High-coordination Fe–N4SP single-atom catalysts via the multi-shell synergistic effect for the enhanced oxygen reduction reaction of rechargeable Zn–air battery cathodes
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2022年5月30日，Applied Catalysis B: Environmental 期刊报道了一种性能优异的掺碳氮化硼（C-BN）无金属NRR电催化剂。电催化结果显示，在0.1M的Na2SO4溶液中，在-0.9V对可逆氢电极（RHE）时，该催化及获得了44.59±1.79μg h-1 mgcat-1的NH3产量，在-0.7V对RHE时具有13.27±0.42%的高法拉第效率（FE），并且具有出色的电化学耐久性。密度泛函理论（DFT）计算显示，与原始h-BN相比，C-BN明显提高了材料的导电性，导致电子转移加速，从而提高了电化学NRR性能。C原子和B原子作为C-BN的双活性位点，大大降低了电势决定步骤（PDS）的能量屏障（从*NH-NH到*NH-NH2）。该项结果证实，C-BN有可能成为中性介质中高效的无金属NRR电催化剂。
文献题目：Carbon-doped boron nitride nanosheets: A high-efficient electrocatalyst for ambient nitrogen reduction
介孔碳是一类新型的介孔材料，孔径在2-50nm之间，具有巨大的比表面积，1克的表面积可以甚至可达到3000平方米。从被首次发现以来的20多年间，介孔碳一直占据着碳材料家族的重要位置，已应用于吸附催化、超级电容器、锂离子电池和化学修饰电极等领域中，2022年介孔碳在各大顶刊尤其在电催化领域表现亮眼！
ACS Catal报道了研究人员制备出一种双功能电催化剂，该催化剂由嵌在高比表面积氮掺杂介孔碳中的RuFe纳米颗粒组成（RuFe@NC）。与基准催化剂（40 wt%Pt/C+RuO2作为氧电极具有良好的催化活性）相比，该催化剂表现出较高的氧还原（ORR）和析氧反应（OER）活性，并表现出0.73 V（vs. RHE）的优异的双功能活性。
Applied Catalysis B: Environmental报道了研究人员使用硬模板及高温煅烧法合成了一种低成本、高效率的硼、氮共掺杂介孔碳（BNMC）的CO2RR电催化剂，合成的BNMC在低过电位（423 mV）下表现出良好的CO2RR活性，对CO具有较高的法拉第效率（FE, 95%）。
Advanced Functional Materials报道了研究人员将Pt-Ni纳米颗粒(<5 nm)嵌入有序介孔碳(OMC)基质中，其限制效应抑制了纳米颗粒在高达900 °C的温度下烧结。优化后的样品(PtNi3@OMC-A)显示出出色的质量活性和比活性，分别为2.11 A mg Pt -1 和3.23 mA cm Pt -2 ，比商业Pt/C(20 wt%)高一个数量级以上。
现阶段，介孔碳材料的发展面临的主要问题依然是实现从原子到纳米和微观层面的精确控制，由于深入了解溶液加工的组装行为和确定纳米或原子级的结构非常困难，加上缺乏系统的方法和理论来指导精确合成，因此还需要研究人员在介孔碳材料的发展上继续努力！
MAB相材料是一类层状结构的三元过渡金属硼化物，其中M为过渡金属元素（Cr、 Mn、Fe、 Mo、W等），A为IIIA和IVA族元素（已发现的只有Al），B是硼元素。关于MAB相材料最早的研究开始于20世纪六七十年代，当时只是发现了这类材料，并未引起关注。直到2013年Tan等对于Fe2AIB2磁热效应的报道以及2015年Ade和Hillebrecht提出MAB相材料的概念，这类材料才重新引起了人们的关注，继而对于其制备和性能的研究在近几年大量开展起来。
性能与种类
MAB相材料的晶体结构是由M-B层和Al原子层交替堆垛而成，在结构和性能上与MAX相材料类似，三元MAB相材料表现出如下优良特性:
（1）纳米片层状的显微结构
（2）良好的导热和导电性能
（3）良好的抗氧化性能和抗热震性能
（4）良好的损伤容忍性能
现有的MAB相化合物种类较少，主要包括: Cr2AIB2、CrAlB4、Cr4AlB6、Mn2AIB2、Fe2AlB2、MoAIB和WAIB，其中Cr-AI-B 体系包含了最多结构类型的化合物（Cr2AIB2、Cr3AlB4和Cr4AlB6），是MAB相材料的代表性体系。
应用
关于MAB相材料的研究刚刚开始，尚处于基础研究阶段，还未有实际的应用。早期MAB 相因其优异的机械和摩擦学性能而被广泛研究，这些层状材料结合了金属和陶瓷属性，并具有出色的机械、化学和热稳定性等有趣的特性。我们已经知道MAX相材料在高温结构件、热交换器、加热元件、气体燃烧器喷嘴、电极材料、电触头、耐高温涂层、耐腐蚀涂层、核燃料包覆层、摩擦材料等多种应用领域显示出良好的应用前景。MAB相材料具有与MAX相类似的结构和性能，将可能在这些领域同样展现出良好的应用前景。
在现有的研究中，Fe2AIB2在电催化析氧反应上表现出高活性，MoAlB在电催化析氢反应上表现出高活性，此外，将MoAlB应用于电催化氮还原过程，在常温、碱性的环境条件下，也显示出良好的电催化活性，从而初步显示出MAB相材料在电催化领域的良好前景。
值得注意的是，二维金属硼化物材料（MBenes）最近引起了人们的关注。 MBenes是通过选择性去除其三维母相（MAB相）中的A原子层得到，2017年孙志梅团队首次报道了一类结构与MXenes类似的新型二维过渡金属硼化物，并将其命名为MBenes。现阶段，MBenes的应用研究主要集中在储能和催化领域。目前MBenes在制备方面的相关工作较少，亟需更多的实验研究为该领域的发展奠定基础。
2022年8月19日，国际著名期刊Angew报道了一种直接使用六[(三甲基硅基)乙炔]苯（HEB-TMS）作为单体制备石墨炔（GDY ）粉末的方法，该方法简化了已经报道的制备GDY是常用的HEB-TMS的惰性保护操作和底物上剥离GDY等复杂过程，开创了一种高效、直接、无惰性气体保护的方法。
研究人员以CuCl2做催化剂，按照分子量1:1的比例将HEB-TMS和CuCl2添加到N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中，在有氧条件下60℃反应24小时，离心清洗后得到黑色粉末，GDY产率接近100%。有趣的是，生成的GDY表面原位负载了平均直径为2.9 nm的CuO纳米颗粒。使用0.5 M盐酸去除CuO，可以得到纯度更高的GDY粉末。为展现CuO/GDY的应用潜力，研究人员将TiO2作为参比半导体与CuO/GDY进行杂化，并将杂化后的产物（CuO/GDY/TiO2）用于光催化制氢。由于GDY与CuO之间结合力好，CuO/GDY作为辅助催化剂显著提高了TiO2的光催化活性，其H2产率可达18 mmol h-1 g-1，与0.5% Pt负载TiO2的光催化活性相当。这项工作提供了一种简便的无保护制备GDY的方法，并为GDY在不同领域的应用提供了新的思路。
文章题目：A Deprotection-free Method for High-yield Synthesis of Graphdiyne Powder with in-situ Formed CuO Nanoparticles
2022年9月19日，著名期刊Applied Catalysis B: Environmental报道了一种目前催化性能最好的光催化剂（Cu2O）x‖TiO2。研究人员首先通过化学还原沉淀法制备了具有p-n异质结构的（Cu2O）x‖TiO2光催化剂，然后用其催化氧化氧化5-羟甲基糠醛(HMF)。他们将制备好的光催化剂与HMF分散在水中，然后在氙灯（波长350-380nm）照射下进行催化反应。
实验结果表明，催化剂作用下HMF被氧化生成的2,5-二甲酰基呋喃（DFF）的最佳产率为64.5 mg g-1 h-1，且随着催化剂中Cu2O/TiO2比值从0.08提高到1.5，催化剂对于HMF的转化率从61%持续下降到11%，而DFF的选择性从29%上升到85%，说明Cu2O和TiO2半导体可以协同控制HMF的转换和DFF的选择性。进一步的研究发现，TiO2的含量决定了HMF的转化率，而Cu2O的含量和TiO2的结晶相（即锐钛矿和金红石）影响了DFF的选择性。研究人员发现Cu2O和TiO2之间的p-n异质结一方面可以提高二氧化钛的光利用能力，另一方面也可以提高氧化铜的氧化还原能力，可以通过O2的激活促进了Cu2O上1O2的生成。这项工作中TiO2基催化剂对HMF在可见光下的选择性氧化效果理想。
文章题目：Sunlight-driven photocatalytic oxidation of 5-hydroxymethylfurfural over a cuprous oxide-anatase heterostructure in aqueous phase
2022年7月20日，Nano Research报道了一种钴铁氧化物/黑磷纳米片可用在光电催化领域。研究人首先通过一种简便、新颖的三电极电解方法原位合成了钴铁氧化物/黑磷纳米片的异质结构（Co-Fe/BP ）。他们将钴线和铁线作为阳极，块状BP作为阴极。大块黑磷在阴极被剥离成纳米片，而 Co、Fe 氧化物来自阳极的金属线。
Co-Fe/BP 异质结构表现出优异的电催化析氧反应（OER）性能，在10 mA·cm -2的过电位比商业RuO2催化剂低51 mV。研究人员认为Co、Fe和BP NSs之间的协同作用增强了异质结构OER活性，如钴-铁氧化物和BP NSs的结合为OER提供了活性位点。此外研究人员发现，当对具有合适带隙的Co-Fe/BP催化剂引入光照后，其OER 活性明显增强，这是由于Co-Fe/BP异质结构上光生载流子（空穴）为光电催化增加了一条新的路径。本研究为设计、合成和利用具有光化学和电化学活性的OER催化剂开辟了一条新的途径。
文献名称：Cobalt-iron oxide/black phosphorus nanosheet heterostructure: Electrosynthesis and performance of (photo-)electrocatalytic oxygen evolution
黑磷纳米片分散液
100 mL 浓度:0.2mg/ml，溶剂：水;200 mL {};50 mL {};50 mL {};50ml {};50ml {};50ml {};50ml {};50ml {};50ml {};100 mL {};100 mL {};100 mL {};200 mL {};200 mL {};200 mL {};50 mL {};50 mL {};50 mL {};50 mL {};50 mL {};50 mL {};50ml {};10ml {}
黑磷量子点分散液
100 mL 浓度:0.1mg/ml 溶剂:乙醇;50 mL {};25ml {};100 ml {};50ml {};50ml {};50ml {};50ml {};100 mL {};100 mL {};100 mL {};50 mL {};50 mL {};50 mL {};20 mL {};50 mL {}
- pcn-222
- 氮化碳
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- 介孔碳
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- 黑磷