【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化物所催化基礎(chǔ)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室能源與環(huán)境小分子催化研究中心(509組群)鄧德會研究員、于良副研究員團(tuán)隊(duì)在二維過渡金屬氫化物的可控制備及電催化應(yīng)用研究中取得新進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)利用表面配體限域效應(yīng)，打破了環(huán)境條件下形成過渡金屬氫化銠(RhH)的熱力學(xué)限制，開發(fā)出一種新型的、可在環(huán)境條件下穩(wěn)定存在的二維RhH納米片，該材料在電催化析氫反應(yīng)中顯示出優(yōu)于商業(yè)Pt/C的催化活性。
過渡金屬氫化物在涉氫催化反應(yīng)中顯示了重要的應(yīng)用潛力。但是，受限于其高的形成焓，過渡金屬氫化物通常只能在GPa級的高壓H2條件下或苛刻的強(qiáng)還原條件下穩(wěn)定存在。氫化鈀(PdH)是目前報道的唯一可在環(huán)境條件下穩(wěn)定存在的過渡金屬氫化物。除此之外，尚未實(shí)現(xiàn)其它具備環(huán)境條件穩(wěn)定性的非鈀過渡金屬氫化物的制備與應(yīng)用。
鄧德會團(tuán)隊(duì)長期聚焦二維催化材料的表界面調(diào)控及小分子催化轉(zhuǎn)化研究，取得了系列研究進(jìn)展(Nat. Catal.，2023；Angew. Chem. Int. Ed.，2023；Nat. Catal.，2021；Adv. Mater.，2020；Angew. Chem. Int. Ed.，2020；Chem. Rev.，2019；Nat. Commun.，2017；Nat. Nanotechnol.，2016)。本工作中，研究團(tuán)隊(duì)利用正丁胺基團(tuán)作為吸電子表面配體來增強(qiáng)Rh與間隙H之間的電子相互作用，使得在環(huán)境條件下二維RhH的形成不僅在熱力學(xué)上成為可行，而且也具備高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，可在環(huán)境條件下保持穩(wěn)定超過5個月。利用電催化析氫作為探針反應(yīng)，該二維RhH催化劑的質(zhì)量活性相比于二維Rh提高了3倍以上。機(jī)理研究顯示，正丁胺基團(tuán)修飾的二維RhH一方面適度降低了H的表面吸附能，另一方面通過配體介導(dǎo)的氫溢流機(jī)制，促進(jìn)了H2的形成和脫附。該工作提出的表面配體限域效應(yīng)為開發(fā)可在環(huán)境條件下穩(wěn)定存在的新型過渡金屬氫化物提供了借鑒。此外，該二維RhH作為一種新型二維材料也擴(kuò)充了二維材料“家族成員”。
相關(guān)成果以“Ligand-confined two-dimensional rhodium hydride boosts hydrogen evolution ”為題，發(fā)表在《物質(zhì)》(Matter)上。該工作的第一作者是我所509組群的博士后范錦昌。該工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青年交叉團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。(文/圖 范錦昌、于良)
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