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于吉红，中国科学院院士，现任北京师范大学校长、党委副书记。1989年毕业于吉林大学化学系，1992年和1995年在吉林大学分别获硕士学位和博士学位。1995年博士毕业后留校任教，1996年至1998年先后在香港科技大学化学系和日本东北大学物理系做博士后研究，1999年晋升为教授，2001年获得国家杰出青年基金，2004年受邀为瑞典斯德哥尔摩大学客座教授，2015年当选中国科学院院士，2016年当选发展中国家科学院院士，2019年当选欧洲科学院外籍院士，2021年当选瑞典皇家科学院外籍院士。曾任英国皇家化学会 Chemical Science 副主编（2012-2020），2021年起担任美国化学会 Journal of the American Chemical Society 执行主编，现任《高等学校化学学报》和 Chemical Research in Chinese Universities 两刊主编，Chem. Rev., Acc. Chem. Res., JACS-Au, Adv. Mater., Chem, Matter, CCS Chem 等期刊编委/顾问编委。长期从事无机多孔功能材料的分子工程学研究，在分子筛材料的定向设计合成及其催化、吸附分离、主客体组装及能量存储等研究方面取得了系列创新性研究成果，并在国际上产生重要学术影响。迄今，以第一/通讯作者与合作者共同发表SCI检索论文，其中包括 Science, Nature, Nat. Rev. Mater., Acc. Chem. Res., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Chem, Adv. Mater.等。（内容来自于北京师范大学官网）在此简单盘点精选了于吉红院士团队2024年度部分研究工作，分享给大家。稳定的铝硅酸盐沸石具有超大孔径，可以通过超过12个四面体的环打开，可以用来处理比目前沸石材料更大的分子。然而，直到最近，它们才证明是难以捉摸的。吉林大学的于吉红院士、南京大学的黎建、华东师范大学的吴鹏以及西班牙马德里材料研究所的Miguel A. Camblor等研究者发现，与层状沸石前驱体的层间膨胀类似，他们报告了一种通过插入硅化剂分离和连接一维硅酸盐链，来膨胀产生热稳定性和水热稳定性硅酸盐的策略。结果表明，得到了以20、16和16个Si四面体沿3个晶体学方向划分的超大孔隙的沸石。所制备的间链扩展沸石含有悬垂的Si-CH3基团，通过煅烧，它们相互连接，形成一个真正的、完全连接的(除了可能存在的缺陷)三维沸石框架，密度非常低。图1-1 ZEO-4A、ZEO-4B和ZEO-5的制备与结构此外，它具有三重四环单元，在任何类型的沸石中都没有见过。作者报道的硅酸盐膨胀-冷凝方法可能适用于进一步的超大孔沸石形成。钛可以被引入这种沸石中，从而形成一种催化剂，在涉及大分子的液相烯烃氧化中具有活性，这在使用过氧化氢异丙烯作为氧化剂的工业相关清洁生产环氧丙烷中显示出前景。Interchain-expanded extra-large-pore zeolites，Nature，2024.https://www.nature.com/articles/s41586-024-07194-6![]()
丙烷脱氢(PDH)是目前最有前途的丙烯生产路线之一，其具有丙烯选择性高的优点。近年来，负载型非贵金属由于其资源丰富、环境友好、易于调控等特点而受到人们的广泛关注。其中，负载型Co基催化剂具有较高的丙烯选择性和良好的稳定性，被认为是PDH反应的理想催化剂。然而，与商业Pt基催化剂相比，目前最好的Co基催化剂的PDH活性仍不理想，未能达到实际工业应用的标准。因此，合理设计和制备具有高活性、高丙烯选择性和高稳定性的非贵金属催化剂，具有重要的学术和工业意义。吉林大学于吉红院士、天津工业大学梅东海教授和苏州大学孙启明教授等人发现了一种新的具有不饱和三配位(≡Si-O)CoO(O-Mo)基团的催化活性中心，该中心锚定在Mo掺杂的Si分子筛(Mo-S-1，MFI分子筛型)中，在PDH反应中具有超高的催化活性，比以往报道的所有Co基催化剂高近一个数量级，甚至在相似的操作条件下超过了大多数Pt基催化剂。DFT计算表明，Co@Mo-S-1催化剂中不饱和三配位Co位点上丙烷C-H键断裂的自由能垒为91.7 kJ mol-1，远低于Co@S-1中常规饱和四配位Co位点上丙烷C-H键断裂的自由能垒150.1 kJ mol-1；同时，不饱和三配位Co位点上丙烯过度脱氢的自由能垒高于丙烯脱附的能垒，提高了产物的选择性。相关工作以《Tricoordinated Single-Atom Cobalt in Zeolite Boosting Propane Dehydrogenation》为题在《Journal of the American Chemical Society》上发表论文。Tricoordinated Single-Atom Cobalt in Zeolite Boosting Propane Dehydrogenation，Journal of the American Chemical Society，2024.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c12584结晶分子筛已被证明是限制亚纳米金属催化剂以促进丙烷脱氢（PDH）反应的优异载体。然而，在催化过程中，引入的金属物种可能遭受严重的烧结和稳定性限制，尤其是在使用工业浸渍方法进行金属掺杂时。吉林大学于吉红院士等人开发了一种基于无定形原分子筛(PZ)的新型载体，利用其可调节的硅烷醇化学性质和沸石微孔特性，通过简单、经济的共浸渍工艺来稳定原子分散的PtSn催化剂。X射线吸收光谱、X射线光电子能谱、CO气氛下原位漫反射红外傅里叶变换光谱以及密度泛函理论计算证实了PtSn/PZ中高度分散的活性Ptδ+-Ox-Sn物种的形成。PtSn/PZ催化剂表现出45.4%的高丙烷转化率和99%的高丙烯选择性（WHSV=3.6 h-1，550℃），在108h-1的高WHSV下具有565 molC3H6·gPt-1·h-1·bar-1的高表观速率系数，在通过原位合成和浸渍方法制备的最先进的Pt基催化剂中表现出顶级性能。硅烷醇密度决定了PtSn物种的化学状态，随着载体硅烷醇密度的降低，显示出从原子分散的Ptδ+-Ox-Sn位点到PtSn合金的变化。这项工作提供了一种使用富含硅烷醇的无定形原分子筛作为载体的通用策略，可用于通过简单的浸渍方法稳定各种金属催化剂，并且还提供了一种通过硅烷醇工程方法精细调整金属物种化学状态的有效方法。相关工作以《Silanol-Stabilized Atomically Dispersed Ptδ+-Ox-Sn Active Sites in Protozeolite for Propane Dehydrogenation》为题在《Journal of the American Chemical Society》上发表论文。Silanol-Stabilized Atomically Dispersed Ptδ+-Ox-Sn Active Sites in Protozeolite for Propane Dehydrogenation，Journal of the American Chemical Society，2024.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05727目前，Cu-SSZ-13已被用于NH3选择性催化还原氮氧化物（NOx）（NH3-SCR），可除柴油废气中的NOx。由于其合成通常需要有毒且昂贵的有机模板，因此开发无有机模板合成且具有NH3-SCR活性，相当甚至优于Cu-SSZ-13的替代Cu基分子筛催化剂具有重要的学术和工业意义。吉林大学于吉红院士、天津工业大学梅东海教授和天津大学刘庆岭教授等人报道了通过无有机模板法合成的具有菱钾沸石（OFF）和毛沸石（ERI）共生结构的Cu-T，比Cu-ERI和Cu-OFF以及Cu-SSZ-13具有更好的催化性能。结合结构表征和DFT计算表明，共生结构使Cu-T的水热稳定性优于Cu-ERI和Cu-OFF。图4-1 H-T、H-ERI与H-OFF的结构表征值得注意的是，水热老化后，Cu-T的低温活性显著提高，而Cu-ERI和Cu-OFF的低温活性则大幅下降。基于原位DRIFTS分析和DFT计算，在标准SCR反应条件下，在Cu-T ERI多晶型中的CuxOy物种上形成的NH4NO3，在共生界面的Brønsted酸位点辅助下经历了快速的SCR反应途径。此外，Cu-T表现出比Cu-SSZ-13更宽的温度窗口，催化活性超过90%。本研究从分子筛共生结构相互作用的角度为设计高性能NH3-SCR催化剂提供了新的方向。相关工作以《Cu-OFF/ERI Zeolite: Intergrowth Structure Synergistically Boosting Selective Catalytic Reduction of NOx with NH3》为题在《Journal of the American Chemical Society》上发表论文。Cu-OFF/ERI Zeolite: Intergrowth Structure Synergistically Boosting Selective Catalytic Reduction of NOx with NH3，Journal of the American Chemical Society，2024.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c13855网状化学（Reticular chemistry）有效地产生具有不同拓扑晶格的多孔结构，具有广泛的应用。多面体低聚的硅氧烷（Polyhedral oligomeric silsesquioxane, POSS）基具有罕见的Oh对称结构和吸引无机特征，有助于构建具有新拓扑结构的三维（3D）共价有机骨架（COFs）。然而，立方体型POSS分子固有的柔性和强烈的运动性使得3D规则骨架的构建具有挑战性。吉林大学于吉红院士、徐吉静教授和金恩泉教授等人报道了通过从合理的立体方向固定三个或四个带有芳香刚性连接的POSS核，成功地开发了具有首创的“the”和scu拓扑结构的连续结晶3D COFs。由于OAPS独特的3D立方结构，形成POSS-TPA-COF和POSS-TFPB-COF的3D“the”拓扑结构，在COFs中首次报道。此外，在优化的溶剂热条件下，OAPS与TFPPy或HPB的缩聚得到了POSS-TFPPy-COF和POSS-HPB-COF的3D scu拓扑结构。实验和理论结果都证实，基于POSS的目标3D COFs的形成。所得到的杂化网络具有可设计的化学骨架和高表面积，保持了无机和有机成分的优点，如与无机盐的高相容性，丰富的周期性电活性位点，优异的热稳定性和开放的多层纳米通道。图5-1 基于“the”拓扑结构的基于POSS的三维COFs结构示意图结果表明，将立方POSS单元互连成独特的3D晶格，具有高达1346 m2 g-1的高BET表面积的柔性混合结构。同时，具有丰富的C-N氧化还原基团和高度拓扑对称性的3D POSS-TPA-COF具有出色的锂离子导电性能，其在室温下具有1.23×10-4 S cm-1的高离子电导率和0.86的锂离子转移数，以及93%的循环容量保持率和稳定的锂金属电池（Li/NCM523）。本工作为生成具有多连接柔性立方体基元的有序晶格提供了一条途径，并为潜在的应用丰富了3D COFs的拓扑结构。相关工作以《Unlocking Synthesis of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane-Based Three-Dimensional Polycubane Covalent Organic Frameworks》为题在《Journal of the American Chemical Society》上发表论文。图5-2 基于POSS的3D COFs在锂离子电池的应用Unlocking Synthesis of Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane-Based Three-Dimensional Polycubane Covalent Organic Frameworks，Journal of the American Chemical Society，2024.https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.3c12650金属卤化物钙钛矿（MHPs）以其优异的光电性能而闻名，作为析氢反应（HER）的光催化剂具有重要的前景。然而，体积较大的MHPs稳定性低，催化活性位点暴露不足，严重影响了其催化效率。吉林大学于吉红院士、天津工业大学梅东海教授等人利用超大孔沸石ZEO-1（JZO）作为宿主来限制和稳定CsPbBr3纳米晶体（3.4 nm），以促进碘化氢（HI）的分裂。制备的CsPbBr3@ZEO-1具有充分暴露的活性位点，在酸性介质中具有优异的稳定性，以及ZEO-1固有的超大孔隙，有利于分子/离子的吸附和扩散。最重要的是，ZEO-1独特的纳米约束效应导致CsPbBr3的带隙缩小，从而更有效地利用光。结果表明，制备的CsPbBr3@ZEO-1光催化剂在可见光照射下的光催化析氢速率提高到1734 μmol h-1 g-1，并能实现长时间使用（36 h）。此外，Pt与分散良好的CsPbBr3纳米晶体结合到ZEO-1中，其活性显著提高（4826 μmol h-1 g-1），超过了大多数Pt集成钙钛矿基光催化剂。DFT计算和电荷载流子动力学研究表明，Pt/CsPbBr3@ZEO-1光催化性能的显著提高可归因于促进电荷分离和转移，以及大幅降低HER的能量势垒。这项工作强调了超大孔沸石作为纳米级平台容纳多种光活性成分的优势，为设计和开发用于能量收集和储存的新型沸石限制光催化剂开辟了广阔的前景。相关工作以《Confinement of CsPbBr3 Perovskite Nanocrystals into Extra-large-pore Zeolite for Efficient and Stable Photocatalytic Hydrogen Evolution》为题在《Angewandte Chemie International Edition》上发表论文。Confinement of CsPbBr3 Perovskite Nanocrystals into Extra-large-pore Zeolite for Efficient and Stable Photocatalytic Hydrogen Evolution，Angewandte Chemie International Edition，2024.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202319996甲酸（FA）脱氢和CO2加氢制FA/甲酸酯是一种很有前途的方法，可以高效、清洁地储存和释放氢气，形成二氧化碳中性的能量循环。吉林大学于吉红院士、天津工业大学梅东海教授和苏州大学孙启明教授等人报道了一种高度分散和稳定的双金属钯基纳米颗粒的合成，该纳米颗粒采用初湿共浸渍技术、固定在自柱硅石-1沸石纳米片上（SP-S-1）。优化后的PdCe0.2/SP-S-1催化剂具有较高的活性位点可及性、有效的传质性、优异的亲水性和双金属的协同效应，在FA脱氢和CO2加氢生成甲酸方面均表现出无与伦比的催化性能。值得注意的是，在50℃条件下，它的产氢速率为5974 molH2 molPd-1 h-1，甲酸酯产率为536 mol molPd-1 h-1，超过了之前报道的大多数异相催化剂。图7-1 PdCe0.2/SP-S-1的合成与表征DFT计算表明，钯和氧化铈团簇之间的界面效应大大降低了两种反应的活化势垒，从而提高了催化性能。该研究不仅展示了沸石纳米片支持的双金属纳米催化剂在二氧化碳介导的氢储存和释放中的引人注目的应用，而且为开发安全、高效和可持续的氢技术提供了宝贵的见解。相关工作以《Highly Dispersed Pd-CeOx Nanoparticles in Zeolite Nanosheets for Efficient CO2-Mediated Hydrogen Storage and Release》为题在《Angewandte Chemie International Edition》上发表论文。Highly Dispersed Pd-CeOx Nanoparticles in Zeolite Nanosheets for Efficient CO2-Mediated Hydrogen Storage and Release，Angewandte Chemie International Edition，2024.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202409001炔的半加氢反应是一种基本的工业催化过程，由于过度加氢的问题，在反应活性和选择性之间取得平衡是一个挑战。吉林大学于吉红院士、天津工业大学梅东海教授、西班牙瓦伦西亚理工大学Avelino Corma等人开发了一种基于含硼无定形沸石负载的单原子钯催化剂的高效催化体系（Pd/AZ-B），实现了烷烃选择性加氢的活性和选择性之间的权衡打破。先进的表征和DFT计算证实，在Pd/AZ-B中加入B原子不仅可以通过控制Pd的电子迁移来改变Pd原子的几何和电子性质，而且还可以减轻烯烃与催化剂载体之间的相互作用。这提高了苯乙炔在温和条件下（298 K，2 bar H2）半加氢制苯乙烯的特殊催化效果，实现了记录的TOF值为24198 h-1，并证明了苯乙炔在完全转化时对苯乙烯的选择性为95%。相比之下，在相同的反应条件下，无杂原子的无定形沸石锚定Pd纳米颗粒和商用Lindlar催化剂的苯乙烯选择性分别为73%和15%。本研究为开发具有高活性和选择性的加氢催化剂奠定了坚实的基础。相关工作以《Heteroatoms-Stabilized Single Palladium Atoms on Amorphous Zeolites: Breaking the Tradeoff between Catalytic Activity and Selectivity for Alkyne Semihydrogenation》为题在《Angewandte Chemie International Edition》上发表论文。Heteroatoms-Stabilized Single Palladium Atoms on Amorphous Zeolites: Breaking the Tradeoff between Catalytic Activity and Selectivity for Alkyne Semihydrogenation，Angewandte Chemie International Edition，2024.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202410017配位聚合物（CPs）由于具有较高的可设计性和出色的稳定性，在直接X射线检测和成像方面前景广阔，然而，实现高X射线检测性能仍然是一个挑战，特别是在相同工作电压下实现高灵敏度和低检测极限。吉林大学于吉红院士、李激扬教授联合中科院福建物构所郭国聪研究员、王明盛研究员等人构建了一种新的共轭CP{[Co(BPTTz)(DIPA)]DMA}n，通过调节连接剂介导的电子态进行多通道电荷转移，减少了因重组或猝灭引起的载流子损失，提高了电荷分离和转移效率，从而进一步优化了X射线检测性能。该方法制备的半导体器件在相同工作电压下具有最高的迁移寿命积（μτ，8.05×10-3 cm2 V-1）和最低的可探测X射线剂量率（128 nGyair S-1，35 V），以及高灵敏度（172 μC Gyair-1 cm-2，35 V）。该探测器在环境条件下表现出优异的长时间空气稳定性，超过三个月的运行稳定性。这些发现为提高半导体CPs的光电效率和稳定性提供了一种合理的结构设计方法。相关工作以《Semiconductive Coordination Polymer with Multi-Channel Charge Transfer for High-Performance Direct X-ray Detection》为题在《Angewandte Chemie International Edition》上发表论文。图9-1 用于直接X射线检测的共轭CP中连接体介导的电子态操纵的示意图Semiconductive Coordination Polymer with Multi-Channel Charge Transfer for High-Performance Direct X-ray Detection，Angewandte Chemie International Edition，2024.https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202419266🏅 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