高效電催化劑的設(shè)計與合成一直是能源化學(xué)領(lǐng)域的重要課題。綜合考慮實際性能(活性和穩(wěn)定性)和合成成本，貴金屬催化劑仍然是燃料電池中使用最多的電催化劑，并且貴金屬晶體(包括缺陷、晶相、應(yīng)變等)的結(jié)晶學(xué)工程是提高本征電催化活性的有效途徑。近日，南京師范大學(xué)許冬冬、李亞飛和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)林岳等首次采用功能性表面活性劑誘導(dǎo)策略制備了具有長程壓縮應(yīng)變和高度支化特征的超薄曲面PtPd納米枝晶(CND)。
具體而言，以C22H45-N + (CH3)2CH2COOH(Br?) (C22N-COOH (Br?))為長鏈兩親性表面活性劑，在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下制備了彎曲的納米枝晶PtPd CND和扁平的PtPd ND。
電化學(xué)HER性能測試結(jié)果顯示，在0.5 M H2SO4溶液中，PtPd CND在10 mA cm?2電流密度下的過電位為10.8 mV，低于PtPd ND(15.9 mV)和商業(yè)Pt/C(19.3 mV)。此外，PtPd CND在5000個CV循環(huán)后只有微弱的性能衰減，并且其在穩(wěn)定性試驗后形態(tài)和應(yīng)變沒有顯著變化，表明PtPd CND對HER表現(xiàn)出良好的催化穩(wěn)定性。
實驗結(jié)果和通過密度泛函理論(DFT)計算表明，PtPd CND在結(jié)構(gòu)彎曲過程中，為了降低自身能量，粘結(jié)長度逐漸縮短，從而產(chǎn)生壓縮應(yīng)變。并且，引入2%的壓縮應(yīng)變會導(dǎo)致氫吸附能的降低。與無應(yīng)變的PtPd ND (0.07 eV)相比，PtPd CND (?0.02 eV)的ΔGH*的計算值比更接近0，表明H原子可以在PtPd CND的表面上還原為H*，并且H*可以快速結(jié)合以產(chǎn)生H2。
總的來說，該項工作利用表面活性劑誘導(dǎo)的方法在超薄合金晶體中引入長程應(yīng)變，可以為其他應(yīng)用廣泛的高性能催化劑的設(shè)計提供指導(dǎo)。
Functional Surfactant-Induced Long-Range Compressive Strain in Curved Ultrathin Nanodendrites Boosts Electrocatalysis. Nano Letters, 2023. DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c04729
