Small:结晶/非晶异质结构的多孔钯纳米片作为甲酸催化氧化的高活性稳健性催化剂
【引言】
二维贵金属纳米材料由于具有高的比表面积和导电性，在电子、传感器、电催化等领域具有广泛的应用。特别是，超薄二维纳米片有希望提供高电化学活性比表面积（ECSA）从而使稀有贵金属具有显著的电催化性能和较高的利用率。直接甲酸燃料电池（DFAFCS）具有高开路电压、安全可靠、低燃料交叉效应等优点，是一种很有前途的便携式电子和混合动力汽车的电源。组装高性能DFAFCs的关键是开发高活性、稳定的甲酸氧化电催化剂。钯（pd）是甲酸氧化常用的催化剂。报道表明超薄钯纳米片具有更高的催化电流密度。然而，为了满足商业应用的需要，它们的电化学活性比表面积需要进一步改进，以提高对甲酸氧化的催化活性。制备尽可能薄的pd纳米片可以提高其电化学活性比表面积，但随着纳米片厚度的减小，表面能增加，导致严重的团聚。
穿孔超薄钯纳米片的设计与合成是一种有效的制备方法，不仅可以大大提高原子边缘和提高电化学活性比表面积性能，而且可以显著降低钯的用量。一般来说，甲酸的电氧化被认为是动力学区域内的扩散控制过程。因此，超薄钯纳米片的穿孔有利于提高电极电极的传质速度，从而产生优异的电催化性能。此外，除了形貌效应外，晶体结构是决定电极催化性能的另一个关键因素。晶体/非晶异质结构通常具有很好的电化学性能，因为它们的不同成分之间具有协同效应。据我们所知，具有晶体/非晶异质结构的穿孔超薄钯纳米片的新结构尚未实现，这可能是由于钯原子之间的强金属相互作用导致了这种结构极难获得，因此获得该结构仍然具有很大的挑战性。
【成果简介】
近日，青岛大学李长明教授团队在Small上发表了一篇名为“Perforated Pd Nanosheets with Crystalline/Amorphous Heterostructures as a Highly Active Robust Catalyst toward Formic Acid Oxidation”的文章，研究者合成了具有晶体/非晶异质结构的多孔超薄pd纳米片，其电化学活性比表面积为172.6m2g-1，表观反应速率是工业pd/c的5.6倍，为制备优良催化剂提供了一种简便的限制生长方法。
【图文简介】
图1 P-Pd纳米片表征
a）扫描电子显微镜图像；
b）TEM图像；
c）AFM图像和P-Pd纳米片的相应高度剖面;
d）P-Pd纳米片的XRD图谱。
图2制备的P-Pd纳米片的a-c）TEM图像。d）P-Pd纳米片的氮吸附、脱附等温线及其孔径分布
图3 性能表征
a）0.5 M H2SO4和b）0.5 M H2SO4+0.5 M HCOOH电解质中各种钯基催化剂的C–V曲线。扫描速率：50 mV S−1；
不同Pd基催化剂c）起始电位和d）活性（0.2 V）的比较；
e）各种钯基催化剂的奈奎斯特曲线和f）i–t曲线。
图4 P-Pd纳米片对甲酸氧化的催化增强机理示意图
【小结】
该研究成功地合成了具有晶体/非晶异质结构的多孔钯纳米片（P-Pd纳米片）。将一氧化碳（CO）作为表面密封剂引入。由于共约束效应，Pd纳米片的厚度仅约为1.5nm。P-Pd纳米片由于其独特的结构，如超薄的Pd纳米片上具有丰富的孔隙率和非晶/晶体异质结构，对甲酸氧化具有良好的催化活性和稳定性，有望成为甲酸氧化的有效Pd催化剂。
文献链接：Perforated Pd Nanosheets with Crystalline/AmorphousHeterostructures as a Highly Active Robust Catalyst toward Formic Acid Oxidation, 2019, Small, DOI: 10.1002/smll.201904245.
本文由金也供稿!
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