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      我所開發出新型二維過渡金屬氫化物

        近日,我所催化基礎國家重點實驗室能源與環境小分子催化研究中心(509組群)鄧德會研究員、于良副研究員團隊在二維過渡金屬氫化物的可控制備及電催化應用研究中取得新進展。團隊利用表面配體限域效應,打破了環境條件下形成過渡金屬氫化銠(RhH)的熱力學限制,開發出一種新型的、可在環境條件下穩定存在的二維RhH納米片,該材料在電催化析氫反應中顯示出優于商業Pt/C的催化活性。

        過渡金屬氫化物在涉氫催化反應中顯示了重要的應用潛力。但是,受限于其高的形成焓,過渡金屬氫化物通常只能在GPa級的高壓H2條件下或苛刻的強還原條件下穩定存在。氫化鈀(PdH)是目前報道的唯一可在環境條件下穩定存在的過渡金屬氫化物。除此之外,尚未實現其它具備環境條件穩定性的非鈀過渡金屬氫化物的制備與應用。

        鄧德會團隊長期聚焦二維催化材料的表界面調控及小分子催化轉化研究,取得了系列研究進展(Nat. Catal.,2023;Angew. Chem. Int. Ed.,2023;Nat. Catal.,2021;Adv. Mater.,2020;Angew. Chem. Int. Ed.,2020;Chem. Rev.,2019;Nat. Commun.,2017;Nat. Nanotechnol.,2016)。本工作中,研究團隊利用正丁胺基團作為吸電子表面配體來增強Rh與間隙H之間的電子相互作用,使得在環境條件下二維RhH的形成不僅在熱力學上成為可行,而且也具備高的結構穩定性,可在環境條件下保持穩定超過5個月。利用電催化析氫作為探針反應,該二維RhH催化劑的質量活性相比于二維Rh提高了3倍以上。機理研究顯示,正丁胺基團修飾的二維RhH一方面適度降低了H的表面吸附能,另一方面通過配體介導的氫溢流機制,促進了H2的形成和脫附。該工作提出的表面配體限域效應為開發可在環境條件下穩定存在的新型過渡金屬氫化物提供了借鑒。此外,該二維RhH作為一種新型二維材料也擴充了二維材料“家族成員”。

        相關成果以“Ligand-confined two-dimensional rhodium hydride boosts hydrogen evolution ”為題,發表在《物質》(Matter)上。該工作的第一作者是我所509組群的博士后范錦昌。該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中國科學院青年交叉團隊等項目的資助。(文/圖 范錦昌、于良)

        文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.09.003

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