Electrocatalytic CO2 reduction (ECR) with rationally designed electrocatalysts is a promising strategy to reduce CO2 emission and produce value-added products. Reactive sites of heterogeneous catalysts usually lie on the surface and subsurface, which allow improvement of the catalytic property by engineering the surface atoms. Defects of an electrocatalyst, such as dopants, atom vacancies, and grain boundaries, have potential to enable unconventional adsorption behaviors and chemical activities of reactants on the catalyst surface, and selectively enhance the stability of specific intermediates and corresponding ECR pathways. Moreover, the interface between two different electrocatalyst components can also stabilize active surface catalytic sites and enable their synergetic effects. In this review, we summarize how surface defects and interface can be rationally designed and functioned in ECR catalysts, and how these atomic-level controlling approaches help to promote efficiency and selectivity. The challenges and prospects are also discussed to suggest the future designs of ECR catalysts.

The citric acid modified wheat straw (MWS) was characterized and the adsorption properties of copper ion and methylene blue (MB) onto MWS were investigated in single adsorbate system by batch techniques. The mass loss during thermo-gravimetric analysis can be divided into steps related to moisture, cellulose and lignin. There were carbonyl group, hydroxyl group, etc. on surface of adsorbent from FTIR. Kinetic studies indicated that Cu2+ and MB adsorption followed the pseudo-second-order model. The adsorption may be controlled by external mass transfer followed by intra-particle diffusion mass transfer. The adsorption equilibrium data were fitted well by both the Freundlich and Langmuir models. The maximal equilibrium quantity of Cu2+ and MB from Langmuir model on MWS was 39.17 and 396.9 mg g−1 at 293 K, respectively. The thermodynamics parameters of adsorption systems indicated spontaneous and endothermic process.

For the treatment of heavy metal (HM)-polluted wastewater, an increasing number of novel and practical adsorbents have been developed and applied, especially cellulose-based materials, which have received increasing attention from researchers in recent years. This research has mainly focused on the influencing factors, thermodynamics, and kinetics of HM ion removal, and the associated mechanisms have been investigated theoretically. Density functional theory (DFT) is typically combined with experimental research to develop new materials and investigate their applications, and considerable progress has been achieved. Parameters calculated by DFT, such as the adsorption or interaction energy (Eads), frontier molecular orbitals (FMOs), molecular electrostatic potential (MEP), natural bond orbitals (NBOs), electrostatic potential (ESP), and Mulliken population, play a crucial role in the study of adsorption behaviour. In this paper, the developments in DFT calculations of the properties of cellulose-based materials, as well as the applications and technical factors related to the removal of HM ions and HM composite pollutants, are reviewed. Furthermore, our team has focused on DFT approaches such as the sequential investigation of adsorption structure → functional groups → key elements. This sequential approach was used to assess the removal of HM ions and complexation–decomplexation–recomplexation processes related to the adsorption of HM composite pollutants to provide insights and methods supporting the development and substantive application of cellulose-based materials.

Abstract The electrocatalytic CO 2 or CO reduction reaction is a complex proton‐coupled electron transfer reaction, in which protons in the electrolyte have a critical effect on the surface adsorbed * H species and the multi‐carbon oxygenate products such as ethanol. However, the coupling of * H and carbon‐containing intermediates into C 2+ oxygenates can be severely hampered by the inappropriate distributions of those species in the catalytic interfaces. In this work, the controlled distribution of highly dispersed CeO x nanoclusters is demonstrated on Cu nanosheets as an efficient CO electroreduction catalyst, with Faradaic efficiencies of ethanol and total oxygenates of 35% and 58%, respectively. The CeO x nanoclusters (2−5 nm) enabled efficient water dissociation and appropriate distribution of adsorbed * H species on the Cu surface with carbon‐containing species, thus facilitating the generation of C 2+ oxygenate products. In contrast, pristine Cu without CeO x tended to form ethylene, while the aggregated CeO x nanoparticles promoted the surface density of * H and subsequent H 2 evolution.

Gaseous elemental mercury [Hg(0)] emissions from soils constitute a large fraction of global total Hg(0) emissions. Existing studies do not distinguish biotic- and abiotic-mediated emissions and focus only on photoreduction mediated emissions, resulting in an underestimation of soil Hg(0) emissions into the atmosphere. In this study, directional mercury (Hg) reduction pathways in paddy soils were identified using Hg isotopes. Results showed significantly different isotopic compositions of Hg(0) between those produced from photoreduction (δ202Hg = −0.80 ± 0.67‰, Δ199Hg = −0.38 ± 0.18‰), microbial reduction (δ202Hg = −2.18 ± 0.25‰, Δ199Hg = 0.29 ± 0.38‰), and abiotic dark reduction (δ202Hg = −2.31 ± 0.25‰, Δ199Hg = 0.50 ± 0.22‰). Hg(0) exchange fluxes between the atmosphere and the paddy soils were dominated by emissions, with the average flux ranging from 2.2 ± 5.7 to 16.8 ± 21.7 ng m–2 h–1 during different sampling periods. Using an isotopic signature-based ternary mixing model, we revealed that photoreduction is the most important contributor to Hg(0) emissions from paddy soils. Albeit lower, microbial and abiotic dark reduction contributed up to 36 ± 22 and 25 ± 15%, respectively, to Hg(0) emissions on the 110th day. These novel findings can help improve future estimation of soil Hg(0) emissions from rice paddy ecosystems, which involve complex biotic-, abiotic-, and photoreduction processes.

In recent years, the toxic effects of microplastics (MPs) on aquatic organisms have been increasingly recognized. However, the developmental toxicity and underlying mechanisms of photoaged MPs at environmental concentrations remain unclear. Therefore, the photodegradation of pristine polystyrene (P-PS) under UV irradiation was used to investigate, as well as the developmental toxicity and underlying mechanisms of zebrafish (Danio rerio) exposed to P-PS and aged polystyrene (A-PS) at environmentally relevant concentrations (0.1-100 μg/L). Mortality, heart rate, body length, and tail coiling frequency of zebrafish larvae were the developmental toxicity endpoints. A-PS had increased crystallinity, the introduction of new functional groups, and higher oxygen content after UV-photoaging. The toxicity results showed that exposure to A-PS resulted in more adverse developmental toxicity than exposure to P-PS. Exposure to A-PS induced oxidative damage, as evidenced by elevated production of reactive oxygen species (ROS) and DNA damage, and led to decreased mitochondrial membrane potential (MMP) and causes the release of cytochrome c (cyt c) from the mitochondria. The caspase-3/-9 activation signaling pathways may cause developmental toxicity via mitochondrial apoptosis. Significant changes in the expression of genes were further explored linking with oxidative stress, mitochondria dysfunctions and apoptosis pathways following A-PS exposure. These findings underscore the importance of addressing the environmental applications of aged MPs and call for further research to mitigate their potential risks on aquatic ecosystems and human health.

Saline-alkali soil is an arable land resource on which transgenic Bt cotton has been planted on a large scale in accordance with food security strategies, but there are concerns about the insecticidal effects of Bt cotton on target insect pests. In this study, a Bacillus thuringiensis (Bt) cotton variety, GK19, and its nontransgenic parent variety, Simian-3, were used as experimental materials to study the effect of the expression of exogenous insecticidal proteins in Bt cotton under NaCl stress on the feeding behavior and nutritional parameters of Helicoverpa armigera. The results showed that the expression of exogenous insecticidal proteins in GK19 was significantly inhibited under NaCl stress. However, on GK19 Bt cotton, the feeding, crawling, resting and spinning down of the 5th instar H. armigera larvae, as well as the food consumption and feces amount of these larvae, did not markedly differ under different NaCl concentrations. In contrast, the mean relative growth rate (MRGR), relative growth rate (RGR), approximate digestibility (AD), efficiency of conversion of ingested food (ECI) and efficiency of conversion of digested food (ECD) of the larvae decreased markedly in response to NaCl stress. Under the same concentration of NaCl, the nutritional parameters of the bollworm larvae on GK19 Bt cotton or Simian-3 nontransgenic cotton were different. However, the interaction between salt stress and cotton variety had no significant effect on the feeding behavior or nutritional parameters of H. armigera larvae. These results may provide a scientific basis for determining the effect of exogenous insecticidal protein expression in Bt cotton under NaCl stress on H. armigera and can therefore be useful for the effective application of Bt cotton in saline-alkali soils to prevent and control H. armigera.