NPG Asia Mater.: 可見光驅動雙金屬Au @ Rh核殼納米晶催化劑高效產氫

【引言】

氫是一種環保的可再生能源載體，具有安全、高效、可持續性和清潔無污染等特性。由于傳統化石能源面臨枯竭的危機和嚴重的污染問題，氫能源的開發和使用被廣泛關注。目前，基礎研究中制氫方式主要有電解水制氫、太陽能制氫和化學制氫等，均需要高活性、高穩定性催化劑，因此，開發低成本、高效能的制氫催化劑是能源、催化和材料領域的研究熱點。

【成果簡介】

近日，陜西師范大學陳煜教授課題組制備出由超薄Rh納米片為殼的雙金屬Au @ Rh核殼納米晶。基于原子級厚度二維Rh納米片的超薄結構，雙金屬Au @ Rh核殼納米晶具有較高的比表面積和原子利用率，其對水合肼水解產氫表現出非常高的活性。在光照條件下，依賴于Au二十面體核的局域表面等離子體共振（LSPR）特性，雙金屬Au @ Rh核殼納米晶顯示出光增強的催化活性。該項工作以“Bimetallic AuRh nanodendrites consisting of Au icosahedroncores and atomically ultrathin Rh nanoplate shells: synthesis and light-enhanced catalytic activity”為題在線發表于Nature出版集團旗下學術刊物 NPG Asia Materials (NPG Asia Mater. 9, e407. DOI: 10.1038/am.2017.114.)。該論文由陜西師范大學作為唯一研究單位獨立完成，第一作者是陜西師范大學材料科學與工程學院碩士研究生康永強同學，通訊作者為陜西師范大學材料科學與工程學院金普軍副教授和陳煜教授。

【圖文導讀】

圖1. Au@Rh雙金屬核殼納米結構物的物理表征

（a）Au @ Rh核殼納米晶的掃描電子顯微鏡（SEM）圖像，插圖：放大SEM圖像。

（b）Au @ Rh核殼納米晶的EDX能譜分析。

（c）Au @ Rh核殼納米晶的Au 4f和Rh 3d XPS光譜。

（d）Au @ Rh核殼納米晶的XRD圖。

（e）雙金屬Au @ Rh核殼納米晶的高分辨率TEM（HRTEM）圖像。

（f）高角度環形暗場掃描TEM圖像，以及雙金屬Au @ Rh核殼納米晶各元素的EDX面掃描和線掃描圖。

（g）超薄Rh納米片殼層放大的HRTEM圖像。頂部插圖：進一步放大HRTEM圖像；底部插圖：相應的傅里葉變換（FFT）圖像。

（h）超薄Rh納米片的HRTEM圖。

（i）通過強超聲處理獲得的Rh納米片的原子力顯微鏡圖像。

圖2. Au @ Rh核殼納米晶的形成機理

（a）UV-vis光譜，插圖：局部放大的紫外光譜。

（b）不同時間實際反應體系的照片。

（c）TEM圖像和（d）相對應的0.5，1，2和6小時取出的反應中間體的XRD圖譜。

（e）雙金屬Au @ Rh核殼納米晶的形成過程示意圖。

圖3. 雙金屬Au @ Rh核殼納米晶的催化性能

（a）在非光照條件下，雙金屬Au @ Rh核殼納米晶，商業Rh黑和單金屬Rh納米晶的催化水合肼產氫性能。插圖：雙金屬Au @ Rh核殼納米晶，商業Rh黑和單金屬Rh納米晶的催化水合肼產氫的TOF值。

（b）在非光照條件下，分別于30℃，40℃和50℃下，對雙金屬Au @ Rh核殼納米晶的產氫體積-時間曲線。插圖：在不同溫度下，ln TOF與1 / T的關系曲線。

（c）在30℃，有和沒有光照射的情況下，雙金屬Au @ Rh核殼納米晶的催化水合肼產氫性能。插圖：相對應的雙金屬Au @ Rh核殼納米晶催化水合肼產氫的TOF值。

（d）在30°C的光照射條件下，雙金屬Au @ Rh核殼納米晶催化水合肼產氫的循環耐久性測試。

【展望】

Au的局域表面等離共振（LSPR）特性一直備受關注，制備雙金屬Au @ Rh核殼納米晶，借助超薄的Rh納米片，不僅可以提高Rh的利用率，有效地提供更多的催化活性位點，而且可以通過Au的LSPR特性產生光增強的催化活性，進一步提高產氫性能的同時，緩解在循環過程中納米顆粒的體積膨脹，因此該核殼結構將豐富和拓展Au和Rh的應用途徑。

原文鏈接：Bimetallic AuRh nanodendrites consisting of Au icosahedron cores and atomically ultrathin Rh nanoplate shells: synthesis and light-enhanced catalytic activity (NPG Asia Materials (2017) 9, e407; doi:10.1038/am.2017.114)

【通訊作者簡介】

陳煜教授，陜西師范大學材料科學與工程學院先進能源轉化材料與器件創新團隊核心成員。長期致力于基于貴金屬納米晶的形貌控制和界面結構/催化活性相關的研究，作為第一/通訊作者在Nano Energy, NPG Asia Materials, ACS Catalysis, Scientific Reports, Chemistry–A European Journal, Nanoscale, Journal of Materials Chemistry A, Nano Research, ACS Applied Materials & Interfaces, The Journal of Physical Chemistry C, Langmuir等期刊發表SCI論文80余篇(被引2400余次，H-index為30，i10-index為67)，10篇論文入選ESI高被引論文(J. Power Sources 2010, 195, 4129; Int. J. Hydrogen Energy. 2010, 35, 10109; Int. J. Hydrogen Energy. 2012, 37, 2993; Appl. Catal. B: Environ. 2013, 129, 394; J. Phys. Chem. C. 2013, 117, 9826; CrystEngComm 2014, 16, 1606; Chem. Eur. J.2014, 20, 585; ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 7301; Nano Energy 2015, 12, 824; Nano Res. 2016, 9, 755)。這一系列界面結構/催化活性相關研究特色鮮明，受到國際同行的廣泛認可，相繼受到Journal of Energy Chemistry、Journal of Materials Research和Science Bulletin等期刊邀請撰寫專題文章和組織專刊發表。

【致謝】

上述研究得到了陜西省大分子科學重點實驗室、應用表面與膠體化學教育部重點實驗室、陜西省能源新技術工程實驗室、國家自然科學基金、陜西省自然科學基金、中央高校基本科研業務費和陜西師范大學科研啟動基金等科研項目的支持，以及創新團隊成員曾京輝教授和蔣加興教授的大力協助。

本文由材料人新能源學術小組pamperhey整理。

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