华中科技大学姚永刚/夏宝玉，ACS Nano！

学术 2024-11-11 08:30 广东

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金属-载体相互作用(MSI)是开发新一代催化剂并进一步调节其性能的关键工具。当金属为主催化剂时，载体能够通过强烈的结构和电子相互作用以及界面上的协同效应有效地分散和稳定金属催化剂，从而提高活性和稳定性。其中，碳化物因其高电导率而被广泛用作载体材料。

但是，由于金属和载体结构之间的差异(如晶格匹配)，导致了有限的抗溶解性和MSI，这限制了它们的实际应用。因此，目前迫切需要开发能够在很大程度上释放和最大限度地发挥MSI潜力的多相催化剂，但这也是一个巨大的挑战。

近日，华中科技大学姚永刚和夏宝玉等报道了一种通用的和可调谐的过渡金属碳化物过饱和掺杂方法。该方法通过强非平衡碳热冲击在Mo₂C中掺杂了约20 at%的Ni₂FeCo，超过热力学平衡<3 at%的限制。过饱和确保了更具催化活性的NiFeCo掺杂和与Mo₂C的充分相互作用，从而产生最大MSI (Max-MSI)效应。

具有Max-MSI的SD-Mo₂C在碱性析氧反应中具有突出的活性和稳定性，在100 mA cm^-2电流密度下仅需284 mV的过电位，并在该电流密度下稳定运行超700小时，而单个Ni₂FeCo和Mo₂C分别持续运行不到70和10小时(完全溶解)。

此外，在7 M KOH中，SD-Mo₂C催化剂也能够在100mA cm^-2下稳定电解长达400小时。这种明显改善的稳定性归因于过饱和掺杂导致每个Mo原子与相邻的杂原子强烈结合，从而在高电流密度下提高了Mo₂C的溶解电位和耐腐蚀性。还有就是，高分散的NiFeCo有利于在重构过程中形成致密的氢氧化物覆盖层，进一步保护集成催化剂免受腐蚀。

该项策略还适用于生产各种高掺杂过渡金属碳化物，如Ni₂FeCo掺杂的TiC、NbC和W₂C，从而释放用于不同催化应用的最大化或可调MSI的潜力，这为通过控制MSI来设计先进的催化剂结构提供了一种通用的方法。

Supersaturated doping-induced maximized metal–support interaction for highly active and durable oxygen evolution. ACS Nano, 2024. DOI: 10.1021/acsnano.4c09249

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