Angew Chem. Int. Ed.：超薄Pd電催化劑

【引言】

對貴金屬納米結構的精確控制可以顯著提高材料的原子利用率，降低貴金屬的用量和減小成本的同時保持甚至提高材料的催化活性和穩定性。近年來，僅有幾個原子層甚至單原子層的超薄的金屬納米片(NSs)由于其獨特的性能引起了廣泛的關注。例如，南洋理工大學張華教授課題組合成了一種和常見面心立方相不同的、具有六方相結構的超薄Au納米片（Nature Commun. 2011, 2, 292）;此外，超薄納米片的大量原子分布在表面，形成了高的表面積和豐富的活性位點，從而可能具有極好的催化性能。例如，李亞棟院士課題組在2014年初報道了具有高加氫反應活性的單層原子Rh催化劑（Nat. Commun. 2014, 5, 3093）。在超薄的納米片中構造孔可以增加其比表面積以及暴露不同的晶體面，從而可能進一步增加催化活性。然而，到目前為止，除了在透射電子顯微鏡(TEM)的測量下，納米薄片受到電子束的照射形成無序不規則的孔之外，還沒有有效的方法來合成有孔的超薄的貴金屬納米結構。納米片上制造孔，特別是在超薄的貴金屬納米片中精確控制孔的尺寸和密度是相當困難的。

【成果簡介】

近日，中國科學技術大學的洪勛副教授和清華大學的李亞棟院士等人在Angew. Chem. Int. Ed.上發文，題為：“Ultrathin Palladium Nanomesh for Electrocatalysis”。研究人員采用一種液相緩慢氧化刻蝕的方法制備了一種厚度約為3nm的有序的Pd納米篩。這種超薄的Pd納米篩具有內部連接的密集的排列的二維網絡結構，而且具有比較有序的孔道結構。獨特的介孔結構以及高的比表面積使超薄Pd納米篩展現出了優異的乙醇電氧化催化性能（在0.8?V vs. RHE，質量活性5.40?A mg^?1，比活性7.09?mA?cm^?2)。而且，規則的網絡結構能夠用來支撐其他貴金屬材料，比如Pt負載后，其HER活性及穩定性與商業Pt/C相比有較大提升。

【圖文導讀】

圖1. 超薄Pd納米網結構表征

a) TEM圖；

b) AFM相圖(插圖)以及相應的孔徑分布；

c) HAADF-STEM圖；這種納米篩結構在TEM電子束照射下可以保持穩定。

d) 原子分辨的HAADF-STEM圖；

圖2. 合成示意圖

a) Pd NMs合成示意圖；

b)–e) 不同氧化刻蝕速率的相應的TEM圖；

上部路線: 時間路線和產物b) Pd 納米片；c) 超薄Pd 納米篩緩慢氧化一周的中間產物；

中間路線：減緩氧化刻蝕速率和產物d)帶有網絡的Pd 納米片；

下部路線: 加速氧化刻蝕速率和產物e) Pd 波狀納米線；

圖3. 電化學催化活性和穩定性

a)超薄Pd 納米篩NMs, 超薄Pd 納米片, 商業Pd/C in 1.0M KOH溶液中的CVs；

b) 在0M KOH和1.0M乙醇溶液中的不同催化劑對EOR的質量活性的CVs；

c) 在0M KOH和1.0M乙醇溶液中的不同催化劑對EOR的質量和比活性的直方圖；

d) 在0M KOH和1.0M 乙醇溶液中的計時電流(CA)曲線；

e) Pd NMs/Pt, Pd NMs和商業Pt/C電催化劑在5M H₂SO₄溶液中的極化曲線；

f) Pd NMs/Pt和商業Pt/C穩定性測試；

【總結】

研究人員首次采用自上而下的方法合成了可控的有序多孔材料——一種厚度約為3nm的有序的Pd篩。這種超薄的Pd納米篩具有內部連接的密集的排列的二維網絡結構，而且帶有比較有序的孔結構。獨特的介孔結構以及高的比表面積使超薄Pd納米網展現出了優異的乙醇電氧化催化性能（在0.8?V vs. RHE，質量活性5.40?A mg^?1，比活性7.09?mA?cm^?2)。通過嵌入Pt納米顆粒，在酸性條件下整體的HER性能也有所提升。

文獻鏈接：Ultrathin Palladium Nanomesh for Electrocatalysis, (Angew. Chem. Int. Ed.,2018, DOI:?2018, 10.1002/anie.201800552)

本文由材料人新能源學術組Z. Chen供稿，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱：tougao@cailiaoren.com。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料測試，數據分析，上測試谷！