▲通訊作者：Huolin Xin, Xijun Liu, Jun Song.
通訊單位：加州大學(xué)爾灣分校，天津理工大學(xué)，McGill大學(xué)DOI: 10.1002/ange.202010159單原子催化劑（SACs）由于其不同于體相材料的電子特性，以及接近100%的原子利用率，在眾多催化領(lǐng)域如HER, CO2RR 以及NRR等，展現(xiàn)出了極大的潛力。以NRR來(lái)說(shuō)，就已經(jīng)報(bào)道了單原子Ru，Mo，F(xiàn)e，Au，Cu，Y，Ag等作為催化劑用于氮還原。此前的研究證實(shí)，電化學(xué)過(guò)程中Pd表面有利于*NN質(zhì)子化過(guò)程，促進(jìn)N-N鍵斷裂，但是也由于過(guò)強(qiáng)的H吸附導(dǎo)致表面毒化，因此，通常在Pd表面摻入Cu促進(jìn)H脫附，同時(shí)增強(qiáng)電荷轉(zhuǎn)移。然而在單原子尺度下，這種協(xié)同促進(jìn)作用是否還能夠增強(qiáng)Pd催化活性呢？為了探究單個(gè)原子尺度下，雙金屬的電子耦合作用以及對(duì)催化活性的影響，Lili Han等研究人員通過(guò)精確調(diào)控在氮摻雜非晶碳（NC）表面得到了大量的Pd-Cu雙原子對(duì)。利用球差校正的HAADF-STEM，作者發(fā)現(xiàn)了這些單分散的原子按照一明一暗的規(guī)律耦合在一起，分別對(duì)應(yīng)于較重的Pd和較輕的Cu。為了更進(jìn)一步證明這種雙原子對(duì)就是Pd-Cu，作者結(jié)合DFT預(yù)測(cè)以及EXAFS擬合發(fā)現(xiàn)，不同于獨(dú)立的Cu SAs和Pd SAs，該雙金屬催化劑更傾向與按照PdN2CuN2和PdN3CuN3的方式成鍵，這更加證實(shí)了這種雙原子對(duì)的存在。利用XPS作者發(fā)現(xiàn)，和單獨(dú)的Pd SA以及Cu SA相比，Pd-Cu雙原子對(duì)兩種金屬原子的XPS峰位均發(fā)生偏移，這也印證了Pd-Cu之間d-d電子耦合。作者將這種雙原子對(duì)催化劑應(yīng)用到NRR，得到了高達(dá)25%的法拉第效率和70 μg h?1的產(chǎn)氨速率，遠(yuǎn)高于單一的單原子催化劑。為了更好的理解這種耦合作用，作者利用DFT計(jì)算研究了這種雙原子耦合位點(diǎn)的電子態(tài)密度和相應(yīng)的反應(yīng)活性。計(jì)算表明Cu引入到Pd單原子位點(diǎn)不僅能夠使單原子Pd的態(tài)密度向費(fèi)米能級(jí)方向移動(dòng)，而且能夠促進(jìn)Pd和吸附的N2分子之間的d-2π*耦合。這一作用促進(jìn)了N2的化學(xué)吸附和活化了吸附的N2分子加氫化，結(jié)果導(dǎo)致N2還原成NH3過(guò)程中的決速步驟能壘降低，最終增強(qiáng)了N2還原成NH3的選擇性。該工作首次在單原子尺度上實(shí)現(xiàn)雙金屬的電子態(tài)調(diào)控，為更進(jìn)一步提升單原子催化劑性能提供了絕佳的思路。忻獲麟教授，康奈爾大學(xué)博士學(xué)位，在美國(guó)勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行博士后研究。2013年到2018年間，他在布魯克海文實(shí)驗(yàn)室建立了三維原位表征課題組。2018年夏，轉(zhuǎn)職于美國(guó)加州大學(xué)尓灣分校物理系并建立了以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的人工智能電鏡研究組DeepEM Lab。忻獲麟教授是電子顯微學(xué)領(lǐng)域國(guó)際上的知名專(zhuān)家，是電鏡行業(yè)頂級(jí)年會(huì)Microscopy and Microanalysis 2020的大會(huì)主席以及2019年的大會(huì)副主席，是布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的功能納米材料中心和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室提案審查委員會(huì)成員，是微束分析學(xué)會(huì)、美國(guó)顯微學(xué)會(huì)、美國(guó)納米學(xué)會(huì)和Sigma Xi學(xué)會(huì)的會(huì)員，是Nature, Nat. Mater, Nat. Energy, Nat. Nanotechnol., Nat. Commun., Science Adv., Joule, Nano Lett., AM 等眾多期刊的審稿人。
他從事人工智能電鏡和深度學(xué)習(xí)、原子級(jí)掃描透射電鏡以及能譜相關(guān)的理論和技術(shù)、高能電子隧道理論以及三維重構(gòu)理論等方向的研究。除了理論和方法學(xué)的研究，他應(yīng)用三維電子斷層掃描術(shù)對(duì)鋰電池、軟硬物質(zhì)界面、金屬催化劑等多方面進(jìn)行了深入的研究。其課題組發(fā)表文章超過(guò)200篇，其中在Science，Nature，Nat. Mater., Nat. Nanotechnol., Nat. Energy, Nat. Catalysis，Nature Commun.這幾個(gè)頂級(jí)期刊上發(fā)表文章35篇，（其中10篇作為通訊發(fā)表）。他在表征和清潔能源方面的研究受到政府和大型企業(yè)的關(guān)注，2020年獲得能源部“杰青”獎(jiǎng)(DOE Early Career Award)，2018年一年他作為項(xiàng)目帶頭人(Lead PI)得到能源部和企業(yè)界超過(guò)兩百五十萬(wàn)美元的資助用于其課題組在綠色儲(chǔ)能和熱催化材料方向的研究。他的課題組(DeepEMLab.com)歡迎致力于研究和拓展電子顯微學(xué)以及儲(chǔ)能、催化、納米制備、規(guī)模生產(chǎn)方向的學(xué)生學(xué)者加入和訪問(wèn)。
