胡劲松：一种绿色经济简便的固态合成方法以制备负载型金属纳米催化剂

doudoudou

研究亮点：

1. 设计一种固态合成方法制备SMNCs，该方法简便无污染，有望大规模应用于工业生产。

2. 制备的Rh NP/C催化剂具备优良的HER催化活性，同时稳定性良好。

高度分散的负载金属纳米催化剂(SMNCs)由于其高内在活性、稳定性和可回收性而受到极大关注，其催化活性与金属纳米粒子(NP)的大小和分散性密切相关。为了实现纳米SMNCs并防止金属纳米颗粒（NPs）聚集，传统的液体合成通常需要有机封端剂和低金属负载，这对SMNCs的实际生产是不利的。此外，液相合成使用大量溶剂，处理耗时、成本高且易引起环境问题。鉴于SMNCs在工业中的广泛应用，目前需要提出一种简便且成本有效的方法来制备具有超细尺寸和良好分布的SMNCs。

SMNCs的固态合成被认为是一种简单而经济的方法，可以避免复杂的合成过程、有机溶剂以及封端剂的使用，但是其合成条件要求高（如高退火温度和长煅烧时间），仍然存在NPs的尺寸大、分布不均等问题。

有鉴于此，四川师范大学樊光银教授、张云助理研究员、中国科学院胡劲松研究员共同开发了一种室温固态合成方法。

图1 (a)M(Rh、Ru、Ir)NP/C的合成路线示意图；(b)低放大率和(c)高放大率典型TEM图像；(d)Rh NP的尺寸分布直方图；(e)HRTEM图像；(f)Rh NP/C的SAED图。

(a)在合成过程中，将金属前体(RuCl3、RuCl3、IrCl3)、NaOH、NaBH4和碳载体在玛瑙研钵中混合，在室温下研磨混合物还原贵金属前体。(b、c)以商用XC-72 Vulcan碳为例负载Rh NP，首先通过透射电子显微镜（TEM）研究Rh NP/C的形态。图中显示碳载体表面均匀地覆盖有NPs，颜色较深，没有明显的聚集。(d)对200多个随机选择的NPs的统计分析显示Rh NPs的平均直径为2.05±0.18 nm。(e)HRTEM谱图证明金属纳米粒子结晶良好。晶格条纹在54.7 °下的两个间距分别与立方Rh的(111)和(200)晶面对应。这证明碳表面的NPs是金属Rh。(f)选择区域电子衍射图显示立方Rh的(111)面的离散点组成的弱衍射环，证实了Rh NP被还原且尺寸小。这些结果表明通过固态研磨方法成功地在碳载体上制备均匀分散的超细Rh NP。

在本工作中报道了固态方法合成高度分散在各种碳载体上的金属纳米催化剂，方法简便无污染。该方法不需要有机溶剂、封端剂以及碳载体的预处理，有助于工业大规模生产。同时研究发现更容易还原的金属表现出更大的尺寸。电化学实验表明Rh NP/C具有最好的HER活性，可能归因于金属纳米颗粒分布均匀、体积小、表面清洁，同时Rh NP具有高内在活性。该方法为绿色低成本制备负载型纳米金属催化剂提供了可能性。

参考文献：

Wang Q, Ming M, Niu S, et al. Scalable Solid‐State Synthesis of Highly Dispersed Uncapped Metal (Rh, Ru, Ir) Nanoparticles for Efficient Hydrogen Evolution[J]. Advanced Energy Materials, 2018: 1801698.

DOI: 10.1002/aenm.201801698

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201801698?af=R