近日，我所催化基础国家重点实验室微纳米反应器与反应工程学研究组（05T7组）刘健研究员团队与法国国家科学院催化与固体化学研究所（UCCS, CNRS）Andrei Y. Khodakov研究员团队联合发表了题为“Carbon-based catalysts for Fischer–Tropsch synthesis”的综述文章，系统介绍了碳基催化剂在费托合成中的研究现状与应用前景。

　　在费托合成领域中，开发具有高效催化性能的新型载体是近些年来研究的热点与重点。常用的载体材料如SiO2, Al2O3, TiO2等与金属颗粒之间存在强相互作用，这显著影响其催化活性；而碳基材料的惰性表面可以弱化金属—载体强相互作用，提高活性金属的还原性，从而增强催化活性，同时由于碳基材料在费托反应下具有优异的化学和热稳定性，因而受到广泛关注。
　　该综述总结了活性炭、碳纳米管、碳纳米纤维、碳球、金属有机框架衍生材料等碳基载体负载的金属催化剂在费托合成中的应用；重点介绍了活性炭负载钴催化剂方面的研究工作以及添加助剂对活性和高碳醇选择性的调控，阐述了钴和碳化钴的界面是生成高碳醇的活性中心；详细介绍了碳纳米管负载铁催化剂的限域效应和碳纳米纤维负载钴/铁催化剂的金属颗粒尺寸效应；此外，系统总结了金属有机框架衍生的金属碳和多孔碳球负载金属等一些新型碳基载体催化剂的应用特点，对碳基载体在费托合成中的应用和未来发展方向进行了展望。
　　刘健团队长期致力于纳米多孔碳材料及催化剂的研发，并开展了其在可持续能源存储与转化方面的应用（Adv. Mater.，2019）。该团队构建的蛋黄—蛋壳型Pd&ZnO@carbon，Co-CoOx@N-C等纳米反应器由于其独特的结构和反应微环境，在加氢反应中显示出优异的活性、选择性及稳定性（Adv. Funct. Mater.，2018；Adv. Sci.，2019）；通过将金属纳米颗粒选择定位在中空炭球的内部或表面，可以体现纳米反应器在液相加氢反应中的空间限域效应（Angew. Chem. Int. Ed.，2020）；此外，纳米多孔碳球还可以作为正极材料在金属—硫族二次电池中表现出高的放电容量、优越的倍率性能和极佳的循环稳定性（Adv. Energy Mater.，2020；Nature Commun.，2020）。
　　相关工作发表在Chemical Society Review上。该工作得到了辽宁省自然科学基金、辽宁省“兴辽英才计划”、中科院洁净能源创新研究院合作基金等项目资助。（文/图 陈艳平、魏嘉彤)

中科院大连化物所刘健研究员，吴忠帅研究员针对这一问题通过分子水平的设计，开发了一种Fe1-xS修饰的纳米反应器，并将其应用于锂硫电池正极，获得了优异的多硫化物催化活性和循环稳定性。相关结果发表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.202000651）上, 并于当期Inside Back Cover做简要介绍。

       在聚合物树脂合成过程中，将金属前体直接添加到混合物中，间苯二酚硫化物（RS）用作C和S的来源。RS中的硫充当配体，通过络合与金属阳离子牢固结合。将Fe3+与含有RS的乙醇/水溶液混合后，得到粉红色溶液，证明形成了[Fe3+–RS]络合物。然后，加入NH3水溶液，由于进一步形成[Fe3+NH4+-RS]络合物，溶液变成深棕色。随着甲醛的加入引发聚合反应，逐渐形成[Fe3+NH4+-RS]-F树脂的乳白色棕色沉淀物，其中Fe3+分布均匀。沉淀物的最终褐色，证实了Fe3+确实通过络合均匀地分布在[Fe3+NH4+–RS]–F树脂中。然后将棕色树脂与三聚氰胺（作为N的来源）充分混合，最后在5％H2/Ar混合物中于900 °C碳化。在碳化过程中，大的介孔腔和分散良好的Fe1-xS纳米颗粒在碳球内逐渐在原位形成，从而形成了等级多孔的Fe1-xS-NC纳米球。同时，三聚氰胺中的N可以作为Fe的固定点来控制Fe1-xS的分散。Fe1-xS-NC具有较高的比表面积（627 m2 g-1），较大的孔体积（0.41 cm3 g-1）和增强的向多硫化物的吸附和电催化转变。碳球内原位产生的大介孔可容纳高达75％的高硫负荷，并在充电/放电循环期间维持体积变化，并改善离子/质量转移。英国萨里大学蔡琼团队在理论上预测了Fe1-xS-NC对多硫化物吸附性能，并在实验中得到了证实。随后，测试了Fe1-xS-NC的电催化活性。结果表明，Fe1-xS-NC是用于硫负载的高效纳米反应器。因此，Fe1-xS-NC纳米反应器作为锂硫电池的正极材料表现非常出色，在0.5 C下200次循环后显示出1070 mAh g-1的高初始容量，几乎没有容量损失。此外，即使在8.14 mg cm-2的高硫负荷下，所得的锂硫电池仍显示出显着增强的速率能力和循环能力。

中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员刘健团队与上海交通大学生物医学工程学院研究员钱昆团队合作，创新性地应用多功能氧化硅铂基纳米反应器于胰腺癌检测中，可以同时实现代谢物的即时检测和分子分型。

　　胰腺癌致死率高达98%，有“癌症之王”称号。有效的早期诊断可以将胰腺癌五年生存率提高到67％。然而，目前针对胰腺癌的血液检查只针对CA19-9等特定蛋白生物标志物，其诊断性能有限，特异性仅约30％。代谢组学处于生化途径最末端，针对正在进行的生化过程进行分析，与疾病表型关系最为密切。复杂生物系统中高浓度的蛋白、盐成分制约了代谢组的原位检测，因此想要实现代谢组学中的床旁检测（POC）仍需要依赖特殊检测技术及功能材料进行分析测定。
　　针对以上问题，刘健团队和钱昆团队合作，基于对纳米反应器构筑的基础，以多功能铂纳米反应器为核心，构建了代谢物即时检测和分子分型的多功能平台。优化后的多功能氧化硅铂基纳米反应器有两个特点，一是具有高效催化活性，可以同时取代葡萄糖氧化酶（GOx）和辣根过氧化物酶（HRP），实现如葡萄糖等特定代谢标志物的显色检测，全程仅需5分钟；另一个是结合激光解吸电离质谱法分析血液代谢组，实现了胰腺癌的精准、无创液体活检，诊断灵敏度达84%，特异性达92%。这项工作为纳米反应器的医学诊断应用提出了新思路，不仅为胰腺癌患者的代谢变化提供了新的见解，而且对疾病的精确诊断提供潜在可能。
　　上述工作得到兴辽英才计划等的资助，并于近日发表在《物质》（Matter）上。

中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室研究员刘健课题组发表了题为《炭球的纳米定制及其作为纳米反应器在可持续能源中的应用》（Nanoengineering Carbon Spheres as Nanoreactors for Sustainable Energy Applications）的综述文章。
　　胶体炭球纳米反应器引起了人们的广泛关注，主要是因其具备下列优异性质：1、表面积大，表面功能可控；2、优越的导电率可提供电子通道；3、可调孔隙度和颗粒便于质量运输的尺寸；4、长期稳定性便于操作。该团队以纳米反应器为线索，系统地总结了最新的研究成果，重点介绍了炭球的纳米定制及纳米反应器构筑，并详细总结了炭球基微/纳米反应器在能源储存、电化学转化和催化中的应用，并提出该领域目前存在的挑战和未来发展前景。

　　大连化物所研究员杨启华、中科院院士李灿团队在国际上较早提出纳米反应器概念，并在纳米反应器构筑方面已经取得一系列进展。然而，学术界目前对纳米反应器材料结构表征、反应器设计、催化微观作用机制及纳米反应器中扩散、传递模型等方面的认识仍然不足。针对上述关键科学问题，刘健带领研究团队成功构建了一系列蛋黄-蛋壳纳米结构的亚微米反应器，此系列微/纳反应器在硝基芳烃催化氢化、苯乙炔加氢、乙酰丙酸加氢、甲烷干重整、电催化等反应中都表现出特异性能，并发现空间限域效应显著提升活性、选择性、稳定性（Adv. Funct. Mater.，2018；Adv. Sci.，2019）；与杨启华合作，发现微纳反应器中存在空间微环境调控，可调控纳米反应器中的催化反应过程（Angew. Chem. Int. Ed.，2019；Chem. Eng. J.，2019）；揭示了纳米反应器中串联催化反应在空间和时间的耦合问题（NPG Asia Mater.，2016；Angew. Chem. Int. Ed.，2017）。
　　上述工作得到中科院洁净能源创新研究院合作基金、兴辽英才计划等的资助，并于近日发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。