J. Am. Chem. Soc.:亚稳态五重孪晶Rh纳米枝状结构的调控研究新进展

发布日期:2018-9-11     浏览次数:758次    发布者:刘春英    

我院谢兆雄教授和匡勤教授课题组在亚稳态五重孪晶结构的Rh纳米晶的可控合成方面取得重要进展,相关研究结果Cyclic Penta-twinned Rhodium Nanobranches as Superior Catalysts for Ethanol Electro-oxidation发表于J.Am.Chem.Soc. (DOI: 10.1021/jacs.8b03080)

直接乙醇燃料电池(DEFC)由于其高理论能量密度(与汽油相当),乙醇易于储存、运输等特性备受关注。为了解决常见电催化剂直接氧化乙醇成CO2选择性差、稳定性低而制约其商业化应用的问题,课题组通过溶剂热法成功合成了一种新颖的具有五重孪晶枝状结构的Rh纳米晶。该结构不仅具有高比例{100}面裸露,大的比表面积,高密度、高活性的孪晶缺陷位,还具有放射状的开放结构,在催化反应过程中可以有效地减少由团聚或熟化现象导致的催化活性位点的损失。这种五重孪晶枝状结构的Rh纳米晶在碱性溶液中对乙醇的电催化氧化具有很高的催化活性和出色的结构稳定性,而且还具有高效的CO2选择性。原位红外光谱研究表明在-0.15 V(Hg/HgO),该电催化剂对乙醇氧化为CO2的选择性高达14.5±1.1%,远远超过Rh纳米四面体、Rh纳米二十面体、商业Rh黑以及大多数已报道的PtPd基电催化剂。密度泛函理论计算表明开放的Rh(100)表面可以极大提高乙醇电催化氧化的活性和选择性,而Rh(100)表面上额外的晶格应力会增强乙醇的吸附、降低乙醇脱氢的位垒,进而进一步提高催化活性。该工作表明,通过合理设计纳米催化剂表面和体相结构进而优化其表面和电子结构是提高电催化剂性能的有效策略。

该项研究是在谢兆雄教授与匡勤教授的共同指导下完成,能源材料化学协同创新中心(iChEM)博士后张嘉伟为第一作者,孙世刚教授课题组叶进裕博士参与了原位红外光谱测试实验,程俊教授课题组博士生樊祺源在理论计算提供了帮助。此外,特别感谢周志有教授对原位红外光谱测试方面的鼎力帮助。该工作得到科技部(批准号:2015CB9323012017YFA02065002017YFA0206801),国家自然科学基金委(批准号:2133300821603178216711632172100121773190),中国博士后科学基金(批准号:2016M6020662017T100468)等支持。

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论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.8b03080