Adv. Mater.: 一種制備高性能修飾亞單層Ru的超薄Pd NSs的方法

【引言】

與塊狀材料相比，超薄二維納米材料由于具有獨特的二維結構，顯示出許多獨特的性質。作為二維納米材料的一種，超薄貴金屬納米片（NSs）由于具有表面積-體積比高、暴露在表面的不飽和原子密度高等可以增強其催化活性的特點受到越來越多的關注。通常， 在原子尺度對貴金屬納米結構進行調整可以改變它們的催化性能，例如，用其它單層或少層金屬原子修飾單晶金屬基材的表面可以誘導發生在表面反應性中起決定性作用的晶格畸變。受這一思想的啟發，目前科學家們已經制備了具有原子級薄殼的雙金屬核-殼納米結構，以提高催化活性。然而，完全覆蓋的單一原子層殼可能會阻斷核的催化活性位點。相比之下，制備暴露不同金屬原子的雙金屬核-殼納米結構是提高其催化活性的有效策略。鑒于超薄二維納米片和金屬原子層的獨特性能，開發一種簡單、普遍、實用的制備超薄二維金屬核-殼納米片的方法是很有必要的。

【成果簡介】

近期，南洋理工大學張華（通訊作者）等人利用種子介導增長法合成修飾亞單層Ru的超薄Pd NSs，稱為Pd @ Ru NSs。在該方法中欠電位沉積是形成Pd @ Ru NSs的驅動力。具體的制備方法是：首先高效合成粒徑為7.2±0.8nm，厚度約為1.5nm的超薄Pd NSs；再將合成的Pd NSs的懸浮液與溶解50mg聚乙烯吡咯烷酮（PVP, Mw = 29000）和50mg抗壞血酸（AA）的5mL乙二醇（EG）溶液混合，劇烈攪拌混合物并在油浴中加熱至160℃，在劇烈攪拌下，將乙酰丙酮釕（III）（Ru(acac)₃）的EG溶液（0.8mg mL^-1, 5mL）以5mLh^-1的速率注射到上述混合物中；溶液保持劇烈攪拌并在160℃下保持1小時，自然冷卻至室溫，即可得到Pd @ Ru NSs。研究人員發現，與純超薄Pd NSs和Ru NSs相比，所獲得的Pd @ Ru NSs對4-硝基苯酚的還原和1-辛炔的半氫化表現出優異的催化性能。

【圖文導讀】

?圖1: Pd @ Ru NSs的催化反應示意圖

圖1是對Pd @ Ru NSs對4-硝基苯酚的還原和1-辛炔的半氫化反應的催化示意圖。

圖 2 : 樣品形貌、結構及元素分析

（a）樣品TEM圖；

（b）樣品粒徑統計圖，從圖中可以看出Pd @ Ru NSs的粒徑約為7.8±0.7nm。

（c-e）樣品STEM高角環形暗場圖像；

（f）樣品元素分析圖，可以觀察到Pd和Ru元素在系統中均勻分布，證實了Pd @ Ru NSs的形成；

（g）Pd @ Ru NSs合成示意圖。

圖 3 : Pd @ Ru NSs的元素價態分析

（a）Pd NSs中Pd 3d能級的X射線光電子能譜；

（b-d）Pd@Ru NSs 中Pd 3d 、 Ru 3d 、Ru 3p 能級的X射線光電子能譜，研究人員發現Ru亞原子層的修飾會改變Pd 3d 能級的電子狀態，這證實了Pd@Ru NSs的形成。

圖 4 : 樣品性能表征

（a-b）Pd@Ru NSs和Pd NSs對4-硝基苯酚還原反應催化性能的比較；

（c-d）Pd@Ru NSs和Pd NSs對4-硝基苯酚還原反應催化催化效率對比圖，研究人員發現Pd@Ru NSs對4-硝基苯酚還原反應具有更高的催化活性；

（e-f）Pd@Ru NSs和Pd NSs對1-辛炔半氫化反應催化性能的比較。

【小結】

首次通過種子介導增長法實現了Pd@Ru NSs的合成。與純Pd NSs和Ru NSs相比，所合成的新型雙金屬Pd@Ru NSs對4-硝基苯酚的還原和1-辛炔的半氫化具有更優異的催化性能。同時，該研究所采用的合成Pd@Ru NSs的策略可為合成其他具有類似納米結構的高性能催化劑提供理論和實踐指導。

?文獻鏈接：Submonolayered Ru Deposited on Ultrathin Pd Nanosheets used for Enhanced Catalytic Applications (Adv. Mater.，2016，DOI: 10.1002/adma.201604829)

該文獻匯總由材料人編輯部學術組LingQi Gui供稿，材料牛編輯整理。

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