JACS：原子有序度控制电催化剂的开/关态！
学术
2024-12-25 20:25
上海
材料的催化行为受到原子组装结构（ensembles）的影响，ensemble是表面原子的几何构型。在传统的材料系统中，组装效应和电子结构是相互耦合的，因为这些策略侧重于改变材料成分，因此很难单独的理解原子组装结构的作用。有鉴于此，约翰斯·霍普金斯大学Anthony Shoji Hall等报道一种将几何效应与电子结构分离的方法。为了调节催化剂表面上的Pd组装体的尺寸，比较了结构不同但成分相同的Pd3Bi金属间化合物和固溶体合金的反应性。要点1. Pd3Bi金属间化合物对甲醇氧化（MOR）没有反应性，但是Pd3Bi固溶体具有显著的反应性（0.5 mA cmPd-2）。金属间化合物形成较小的组装体（所有低能量晶面上的1、3、4和5个原子），而固溶体Pd3Bi有几个面能够保证形成较大的Pd组装体，平均5.25个原子，最多6个原子。部分有序的Pd3Bi（金属间化合物和固溶体的混合相）合金显示出中等MOR活性（0.1 mA cmPd-2），证实甲醇氧化活性与平均组装体的尺寸一致。要点2. 通过X射线光电子能谱（XPS）价带光谱和X射线吸收近边结构（XANES）测量证实了所有Pd3Bi合金都具有类似的电子结构，这表明反应性的差异是由原子有序结构差异引起的组装体尺寸变化引起。这项研究发现为设计具有可控活性位点结构同时保持催化剂的电子结构不变的材料提供了一种方法，从而实现了更有效的催化剂设计。Tianyao Gong, Guotao Qiu, Mo-Rigen He, Olga V. Safonova, Wei-Chang Yang, David Raciti, Corey Oses, and Anthony Shoji Hall*, Atomic Ordering-Induced Ensemble Variation in Alloys Governs Electrocatalyst On/Off States, J. Am. Chem. Soc. 2024DOI: 10.1021/jacs.4c11753https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c11753
