相較于金屬塊體或納米顆粒，金屬納米團(tuán)簇由于其尺寸較小，表面原子占比高，通常會(huì)表現(xiàn)出更高的催化活性。將金屬團(tuán)簇化已成為提高金屬利用率和催化活性的有效途徑。然而，制備納米金屬簇通常需要借助具有缺陷或經(jīng)過(guò)改性的碳載體，而這一過(guò)程往往涉及復(fù)雜的步驟（如化學(xué)氧化/功能化、摻雜及刻蝕）和苛刻的合成條件。
C60富勒烯是一種分子碳，具有彎曲的、活性的碳表面，表面的六元環(huán)（η6）、五元環(huán)（η5）、碳-碳鍵（η2）和單個(gè)碳原子（η1）都是潛在的金屬錨點(diǎn)，DFT理論模擬計(jì)算表明，與石墨烯相比，C60對(duì)常見的貴金屬原子（Rh，Ir，Pt，Pd，Au和Ru）具有更強(qiáng)的吸附能力，為有效錨定金屬原子形成均勻分散的金屬團(tuán)簇提供了可能。
近日，華中科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院李芳芳教授課題組，將C60富勒烯作為還原劑、穩(wěn)定劑和碳載體，在溫和條件下（室溫~40℃）實(shí)現(xiàn)了多種貴金屬離子（Rh，Ir，Pt，Pd，Au和Ru）的自發(fā)還原-沉積，獲得了平均尺寸為2nm、分布均勻的金屬納米團(tuán)簇。C60表面多個(gè)強(qiáng)吸附位點(diǎn)限制了金屬原子的遷移，從而穩(wěn)定了金屬納米團(tuán)簇，合成了一系列富勒烯支撐的金屬納米團(tuán)簇，即使經(jīng)過(guò)300℃熱處理，金屬納米團(tuán)簇依然能夠穩(wěn)定存在。 合成的Ru/C60-300表現(xiàn)出良好的電催化析氫（HER）性能，C60的吸電子特性驅(qū)動(dòng)了電荷從Ru金屬團(tuán)簇向C60轉(zhuǎn)移，電荷再分布優(yōu)化了反應(yīng)中間體在金屬Ru團(tuán)簇活性位點(diǎn)的吸附行為，加速了析氫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。 該工作提出了一種簡(jiǎn)單溫和、不添加額外還原劑、無(wú)需載體預(yù)處理工藝的金屬納米團(tuán)簇合成方法，證明了富勒烯在金屬納米團(tuán)簇合成和催化反應(yīng)中的獨(dú)特作用，龐大的富勒烯家族以及種類繁多的金屬為富勒烯負(fù)載金屬納米團(tuán)簇的合成和應(yīng)用提供了廣闊空間。 論文信息 C60 Fullerene-Induced Reduction of Metal Ions: Synthesis of C60-Metal Cluster Heterostructures with High Electrocatalytic Hydrogen-Evolution Performance Wenhao Yang, Qi Huang, Yingying Yan, Yaozhou Li, Tingting Xu, Ao Yu, Yihang Zhao, Ping Peng, Ying Wang, Luis Echegoyen, Fang-Fang Li Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202414149
