（转）Chem年度十大热点文章：催化 能源 有机合成 碳材料等
Cell出版社旗下的Chem期刊公布了其2019年的十大最激动人心的化学研究，包括能源研究、有机合成、碳基材料、废物储存、催化等领域。接下来，小编为大家详细介绍具体的研究论文。
一
Molecular Design of Stable Sulfamide-and Sulfonamide-Based Electrolytes for Aprotic Li-O2 Batteries
电解质不稳定性是锂氧（Li-O2）电池投入实际使用的最具挑战性的障碍之一。使用物理有机化学原理合理设计新的分子成分可以发现现有配方无法实现的稳定电解质。MITJeremiah A. Johnson发展了室温下为液态，能够溶解相当高浓度的Li盐基于磺酰胺和磺酰胺的小分子，它在非质子Li-O2电池的苛刻化学和电化学条件下非常稳定。特别地，N， N-二甲基-三氟甲磺酰胺对过氧化物和超氧化物的化学降解具有高度抵抗力，稳定应对高达4.5 V Li的电化学氧化，并且在Li-O2电池中稳定循环超过90次。这项研究为开发基于磺酰胺和磺酰胺的下一代电解质组件提供了指导原则。
二
Synthesis of Armchair and Chiral Carbon Nanobelts
由完全稠合的苯环组成的碳纳米带是有机合成长期且具有挑战性的目标，并且是实现单一手性和预定直径的均匀碳纳米管（CNT）最终合成的关键步骤。香港中文大学缪谦教授报告了前所未有的扶椅碳纳米带和第一个手性碳纳米带的合成，它们分别代表扶椅和手性CNT的侧壁部分，分别是（12,12）CNT和（18,12）CNT。这些碳纳米带合成自2,5-di(benzyloxy)-1,4-benzoquinone，它由六步π扩展聚芳基化碳纳米环得到。STM显示这些纳米带是大小均一的纳米颗粒。理论计算发现，相比于早期从碳纳米环合成碳纳米带的失败尝试，这里报道的带形成步骤伴随着应变能的微小提升或降低。
三
Distinctive Two-Step Intercalation of Sr2+ into a Coordination Polymer with Record High 90Sr Uptake Capabilities
从酸性核废液和受污染的海水中修复90 Sr 2+引起了公众的极大关注，但具有挑战性，因为传统的氧离子交换材料对软Sr 2+的去除性能受限于硬阳离子H+，Na+和Ca2+。苏州大学第五娟教授和王殳凹教授报告了一种层状的氧化配位聚合物[（CH3）2NH2] [ZrCH2（PO3）2F](SZ-4），与现有的离子交换材料相比，有着显著的进步。在酸性条件下具有较高的分配系数和高吸收能力的90Sr去除效率。此外，过量的硬阳离子存在对Sr 2+的去除没有显著影响，从而成功清除了受90Sr污染的海水样品。如此出色的功能可通过在加工过程中精制的单晶结构直接看到吸附过程，揭示了独特的两步插入机制和独特的软阳离子吸收选择性，这是通过主体层和作为软N-给体配体的层间二甲胺（DMA）的协同配合而实现的。
四
CO2 Capture via Crystalline Hydrogen-Bonded Bicarbonate Dimers
限制全球温度上升越来越依赖于节能碳捕获方法的发展。橡树岭国家实验室Radu Custelcean报告了一个简单的CO2分离循环，使用了一种与CO2反应并结晶为不溶性碳酸氢盐的双（亚氨基胍）（BIG）吸附剂。碳酸氢盐晶体的XRD揭示了由胍阳离子和水稳定的“抗静电”氢键（HCO3-）2二聚体。温和加热晶体会释放CO2并定量再生BIG吸附剂，从而关闭CO2分离周期。实验和计算研究支持CO2释放机理：表面引发的低壁垒质子从胍基转移至碳酸氢根阴离子并形成碳酸二聚体，然后在限速步骤中释放CO2和H2O ，测得的活化能为102±12 kJ / mol。吸附剂再生所需的最小能量为151.5 kJ / mol CO 2，比工业基准吸附剂乙醇胺的再生能量低24％。
五
Precise Placement of Single Monomer Units in Living Ring-Opening Metathesis Polymerization
精确控制窄分散聚合物链中单体的位置和顺序仍然是一个重大挑战。斯坦福大学Yan Xia通过选择性和定量地添加环丙烯（CPE）衍生物，将降冰片烯（NBE）的活开环易位聚合（ROMP）过程中的功能部分精确地沿着聚合物链放置在所需位置。为了在单次添加CPE后完全重新引发链端，作者降低了反应温度并添加了不稳定的配体。在优化的条件下，该研究展示了沿聚降冰片烯（PNBE）均聚物或嵌段共聚物沿预定位置排布的单个部分，同时保持窄的MW分布和受控的MW。一些聚合物被用来合成精确控制的支链结构。控制聚合物链中各个官能团的位置和数量为精确合成和操纵聚合物结构，体系结构，组装件和特性提供了令人兴奋的机会。
六
An Auxiliary Approach for the Stereoselective Synthesis of Topologically ChiralCatenanes
链环是两个环像链子中的链节一样彼此穿过的分子，可以形成两个结构，就像一个物体和它的镜像，但如果单个环缺乏双边对称性，则它们是相同的。这些结构被描述为“拓扑手性”，因为与大多数手性分子不同，在数学拓扑结构的规则下不可能将一种镜像形式转换为另一种镜像形式。尽管早在1961年就引起人们的兴趣和讨论，但迄今为止，所有获得这种拓扑立体元素分子的方法都需要通过手性固定相高效液相色谱法分离镜像形式，但他们的研究受到了限制。南安普敦大学Stephen M. Goldup提出了一种简单的方法，该方法使用容易获得的手性信息资源来立体选择性地合成拓扑手性链烯。
七
Seven-Layered 2D Hybrid Lead Iodide Perovskites
二维混合卤化物钙钛矿具有高化学通用性，在光电子学方面具有很强的潜力。西北大学Mercouri G. Kanatzidis团队报道了Dion-Jacobson（DJ）系列中最高层厚度的钙钛矿。七层DJ相(4AM)(PMA)6Pb7I22（4AMP = 4-氨基甲基吡啶鎓）显示出比Ruddlesden-Popper (RP)相(BA)2(MA)6Pb7I22（BA =丁基铵）更少的晶体结构变形。DJ和RP钙钛矿的比较表明，精细结构细节仍然影响光学性质，DJ相比RP相（1.57和1.74 eV）保持较低的能量吸收边和光致发光发射（1.53和1.70 eV）。密度泛函理论（DFT）计算表明，导带最小和价带最大状态的局域密度位于层的不同部分，这意味着结构中的单独通道是电子和空穴。理解高层厚度的层状钙钛矿，为高性能光电子学提供了新型钙钛矿的可行性。
八
Efficient and Selective CO2 Reduction Integrated with Organic Synthesis by Solar Energy
太阳能驱动的CO2催化还原对生产有用的燃料和增值化学品具有吸引力。然而，常规策略遭受低活性和牺牲试剂费用的困扰。中科院理化所吴骊珠和李旭兵介绍了首例通过太阳能将CO2还原与氧化有机合成相结合。在可见光照射下，CdSe/CdS量子点（QDs）能够在三乙胺存在下以412.8 mmol g -1 h -1的激发速率 和> 96％的高选择性将CO2光催化转化为CO 。更重要的是，当整合1-苯基乙醇的氧化偶合反应生成频哪醇时，CO2-CO转化平稳进行。例如，在芳基环p-位带有给电子基团的1-苯乙醇以高达98％的优异产率转化为相应的频哪醇。释放的质子和氧化半反应电子用于还原CO2。显然，该策略为经济高效的CO2光还原提供了准确的答案， 并为有效的太阳能转化提供了新的视野。
九
Precisely Tuning the Number of Fe Atoms in Clusters on N-Doped Carbon toward Acidic Oxygen Reduction Reaction
固定在N掺杂C上的原子分散的过渡金属是一类有希望替代Pt基催化剂用于氧还原反应（ORR）的催化剂，但仍受到酸性介质中的低活性和耐久性的限制。中科大熊宇杰，杭州师范大学高鹏教授、复旦大学陈萌报道了一种新的策略，用于精确调整锚定在N掺杂C上的Fe簇中的原子数。这种可调性使得O2吸附从超氧化物向过氧化物构型改变，并可在热解催化剂合成过程中在C基质中调整N物种。实验发现，因此，N掺杂C上的Fe2团簇显示出优异的酸性ORR活性，相对于可逆氢电极（RHE）具有0.78V的半波电位以及在0.5M H2SO4溶液中20,000次循环后仅具有-20mV移位的显着耐久性。该工作从活性位点和催化剂载体的角度提供了原子水平上非贵金属电催化剂设计的见解。
十
Direct Dearomatization of Pyridines via an Energy-Transfer-Catalyzed Intramolecular [4+2] Cycloaddition
吡啶的催化脱芳香化作用，获得医学相关的氮-杂环，引起了人们的极大兴趣。当前直接的脱芳香化策略通常依赖于还原或亲核加成，从而将脱芳香化产物的结构限制为六元环。明斯特大学Frank Glorius报道了使用光诱导的能量转移催化与吡啶的催化脱芳香环加成反应，从而推进了脱芳香化方法并增加了吡啶脱芳香化产物的拓扑结构。这种前所未有的方法具有高收率，广泛的底物范围（44个例子），出色的官能团耐受性和简便的可扩展性。此外，采用了可回收且可持续的聚合物固定化光催化剂。计算和实验研究支持一种机制，其中肉桂基部分通过可见光介导的能量转移催化被提升为其相应的激发三重态，然后向吡啶进行区域选择性和脱芳香性[4+2]环加成。这项工作证明了可见光催化对实现热挑战性有机转化的贡献。
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