Angew Chem. Int. Ed.：超薄Pd电催化剂

【引言】

对贵金属纳米结构的精确控制可以显著提高材料的原子利用率，降低贵金属的用量和减小成本的同时保持甚至提高材料的催化活性和稳定性。近年来，仅有几个原子层甚至单原子层的超薄的金属纳米片(NSs)由于其独特的性能引起了广泛的关注。例如，南洋理工大学张华教授课题组合成了一种和常见面心立方相不同的、具有六方相结构的超薄Au纳米片（Nature Commun. 2011, 2, 292）;此外，超薄纳米片的大量原子分布在表面，形成了高的表面积和丰富的活性位点，从而可能具有极好的催化性能。例如，李亚栋院士课题组在2014年初报道了具有高加氢反应活性的单层原子Rh催化剂（Nat. Commun. 2014, 5, 3093）。在超薄的纳米片中构造孔可以增加其比表面积以及暴露不同的晶体面，从而可能进一步增加催化活性。然而，到目前为止，除了在透射电子显微镜(TEM)的测量下，纳米薄片受到电子束的照射形成无序不规则的孔之外，还没有有效的方法来合成有孔的超薄的贵金属纳米结构。纳米片上制造孔，特别是在超薄的贵金属纳米片中精确控制孔的尺寸和密度是相当困难的。

【成果简介】

近日，中国科学技术大学的洪勋副教授和清华大学的李亚栋院士等人在Angew. Chem. Int. Ed.上发文，题为：“Ultrathin Palladium Nanomesh for Electrocatalysis”。研究人员采用一种液相缓慢氧化刻蚀的方法制备了一种厚度约为3nm的有序的Pd纳米筛。这种超薄的Pd纳米筛具有内部连接的密集的排列的二维网络结构，而且具有比较有序的孔道结构。独特的介孔结构以及高的比表面积使超薄Pd纳米筛展现出了优异的乙醇电氧化催化性能（在0.8 V vs. RHE，质量活性5.40 A mg⁻¹，比活性7.09 mA cm⁻²)。而且，规则的网络结构能够用来支撑其他贵金属材料，比如Pt负载后，其HER活性及稳定性与商业Pt/C相比有较大提升。

【图文导读】

图1. 超薄Pd纳米网结构表征

a) TEM图；

b) AFM相图(插图)以及相应的孔径分布；

c) HAADF-STEM图；这种纳米筛结构在TEM电子束照射下可以保持稳定。

d) 原子分辨的HAADF-STEM图；

图2. 合成示意图

a) Pd NMs合成示意图；

b)–e) 不同氧化刻蚀速率的相应的TEM图；

上部路线: 时间路线和产物b) Pd 纳米片；c) 超薄Pd 纳米筛缓慢氧化一周的中间产物；

中间路线：减缓氧化刻蚀速率和产物d)带有网络的Pd 纳米片；

下部路线: 加速氧化刻蚀速率和产物e) Pd 波状纳米线；

图3. 电化学催化活性和稳定性

a)超薄Pd 纳米筛NMs, 超薄Pd 纳米片, 商业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剂对EOR的质量活性的CVs；

c) 在0M KOH和1.0M乙醇溶液中的不同催化剂对EOR的质量和比活性的直方图；

d) 在0M KOH和1.0M 乙醇溶液中的计时电流(CA)曲线；

e) Pd NMs/Pt, Pd NMs和商业Pt/C电催化剂在5M H₂SO₄溶液中的极化曲线；

f) Pd NMs/Pt和商业Pt/C稳定性测试；

【总结】

研究人员首次采用自上而下的方法合成了可控的有序多孔材料——一种厚度约为3nm的有序的Pd筛。这种超薄的Pd纳米筛具有内部连接的密集的排列的二维网络结构，而且带有比较有序的孔结构。独特的介孔结构以及高的比表面积使超薄Pd纳米网展现出了优异的乙醇电氧化催化性能（在0.8 V vs. RHE，质量活性5.40 A mg⁻¹，比活性7.09 mA cm⁻²)。通过嵌入Pt纳米颗粒，在酸性条件下整体的HER性能也有所提升。

文献链接：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学术组Z. Chen供稿，材料牛整理编辑。

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