第一作者：Yan Lv
通訊作者：Hongmei Zhang
通訊單位：Xinjiang University
研究?jī)?nèi)容：
碳負(fù)載金屬納米催化劑在工業(yè)中的多相催化方面受到了廣泛關(guān)注。尋找與金屬納米催化劑具有強(qiáng)相互作用的合適且高效的碳載體是一項(xiàng)緊迫的任務(wù)。在此，在碳納米管側(cè)壁上裝飾的精心設(shè)計(jì)的石墨炔層（CNT@GDY）用作新型碳載體。這種獨(dú)特的混合結(jié)構(gòu)有效地均勻而牢固地捕獲尺寸為 0.65 nm 和 1.05 nm 的鉑和鈀原子團(tuán)簇 (Pt/Pd-ACs)，形成新型碳負(fù)載金屬納米催化劑 (Pt(Pd)-ACs/CNT @ GDY)分別具有高效產(chǎn)氫效率和芳香族硝基還原效率。Pt-ACs/CNT@GDY 的 HER電流密度為 10 mA cm-2時(shí)，在 0.5 M H2SO4 中具有 23 mV 的小過電位，顯示出比商業(yè) Pt/C 催化劑大大增強(qiáng)的質(zhì)量活性和內(nèi)在活性。Pd-ACs/CNT@GDY 還表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和 38.0 min-1 的高轉(zhuǎn)化頻率，用于芳族硝基還原。事實(shí)證明，碳載體具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、豐富且均勻的反應(yīng)位點(diǎn)、低氧化還原電位、更大的電負(fù)性表面和大比表面積以及與活性炭的強(qiáng)相互作用，正如理想載體所預(yù)期的那樣，可應(yīng)用于其他金屬負(fù)載催化劑。。
要點(diǎn)一：
本文中，幾層 GDY 無縫地包裹在 CNT 的側(cè)壁上，形成了一種新型的 CNT@GDY 碳載體。這種組合使載體具有優(yōu)異的導(dǎo)電性、豐富且均勻的反應(yīng)位點(diǎn)、低氧化還原電位、更多負(fù)電性表面和大比表面積。
要點(diǎn)二：
通過化學(xué)沉積方法在載體上沉積 Pt(Pd)-ACs 可以用作高效的異質(zhì)結(jié)催化劑 (Pt(Pd)-ACs/CNT @ GDY)。高度分散的 Pt(Pd)-ACs 分別顯示出 0.65 nm 和 1.05 nm 的小尺寸，并且與載體具有很強(qiáng)的相互作用力。所制備的 Pt-ACs/CNT@GDY 表現(xiàn)出優(yōu)于商業(yè) Pt/C 的質(zhì)量活性和周轉(zhuǎn)頻率以及出色的耐久性。Pd ACs/CNT@GDY 還表現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性和比以單一組分作為載體的芳族硝基還原的周轉(zhuǎn)頻率高得多。這些結(jié)果表明，新型 CNT@GDY 雜化物可以作為金屬載體催化劑的有效載體。
圖1.M-AC/CNT@GDY制備工藝示意圖（左）。CNT、GDY和CNT@GDY的功函數(shù)(右)。
圖2. a,b) CNT@GDY (CNT@GDY-25) 的 SEM 和 TEM 圖像。c) CNT 和 CNT@GDY 的拉曼光譜。d) CNT@GDY 的 C1s XPS 譜。e) CNT 和 CNT@GDY 的 N2 吸附等溫線，插圖是相應(yīng)的孔寬分布。f) CNT、GDY 和 CNT@GDY 的 Zeta 電位。g) CNT@GDY 的 UPS 光譜。
圖3. a-c) Pt ACs/CNT@GDY 和 e-g) Pd-ACs/CNT@GDY 的 TEM 和 STEM 映射圖像。d) XRD 圖案，h) 拉曼光譜，i) EDS 光譜，和 j) 樣品的 XPS 光譜。k) 商用 Pt/C、K2PtCl4 前體和 Pt ACs/CNT@GDY 的高分辨率 XPS Pt 4f 光譜，l) Pd-ACs/CNT@GDY 的高分辨率 XPS Pd 3d 光譜。
圖4. a) 在 Ar 飽和的 0.5 m H2SO4 溶液中以 5 mV s-1 的掃描速率記錄的 Pt ACs/CNT@GDY、Pt/CNT 和 Pt/C 催化劑的線性掃描伏安圖。b) 質(zhì)量活動(dòng)，插圖是 100 mV 過電位下的質(zhì)量活動(dòng)。c) 塔菲爾斜率和交換電流密度。d) 單位 Pt 量的活性位點(diǎn)數(shù)量和 η = 100 mV 時(shí)的周轉(zhuǎn)頻率。e) 計(jì)時(shí)電位測(cè)量從 10 到 100 mA cm-2 記錄 2 小時(shí)，然后返回到 10 mA cm-2。
圖5. a) 在存在 Pd/CNT@GDY 納米復(fù)合材料的情況下，4-NP 催化還原過程中記錄的與時(shí)間相關(guān)的 UV-vis 吸收光譜。插圖是與 NaBH4 還原 4NP 相關(guān)的顏色變化。b) ln(Ct/C0) 作為不同樣品催化的 4-NP 還原反應(yīng)時(shí)間的函數(shù)圖。c）10次催化循環(huán)后Pd-ACs/CNT/GDY的催化性能。
參考文獻(xiàn)：
Yan Lv, Xueyan Wu, He Lin, Jiaxin Li, Hongbo Zhang, Jixi Guo, Dianzeng Jia, and Hongmei Zhang. A Novel Carbon Support: Few-Layered Graphdiyne- Decorated Carbon Nanotubes Capture Metal Clusters as Effective Metal-Supported Catalysts, Small 2021, 17, 2006442.
