王光辉研究员开发硫醇辅助策略合成介孔碳限域的硫掺杂金属催化剂

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碳载金属催化剂是多相催化领域中研究最多的催化剂之一，被广泛应用于电化学、生物质转化、精细化工等催化过程。由于热力学不稳定性以及与碳载体的相互作用较弱，载体表面的金属纳米颗粒经常出现脱落、团聚等现象，导致催化剂性能降低。将金属纳米颗粒限域到多孔碳的孔隙内，被认为是提高催化稳定性的有效方法。通常，限域催化剂主要通过后封装和和原位封装策略制备，其中原位封装策略在概念上被认为是更直接、更可控的方法，但也存在金属团聚、孔结构破坏等风险。因此，设计新的制备方法实现金属颗粒在多孔碳孔隙的原位封装是十分必要的。

　　图1 硫醇辅助策略合成S-PtCo@MC的制备流程以及电镜表征图

　　近日，青岛能源所王光辉研究员带领的多孔催化材料研究组开发了一种通用的硫醇辅助策略，利用配位化学和亲疏水作用，直接将S掺杂PtCo合金纳米颗粒原位封装于介孔碳材料内（S-PtCo@MC）。合成过程中，疏水性硫醇通过亲疏水作用进入三嵌段共聚物（Pluronic P123）形成的球形胶束的疏水核中，然后通过配位作用将金属前驱体引入胶束内部，从而使金属颗粒在球形介孔内的原位封装。热解阶段，硫醇配体分解促使S在纳米PtCo合金中的掺杂。此策略操作简易、过程简单，仅需水热和碳化两步过程，过程易于放大，在1L容量反应釜中，单批次可以获得21.5g催化剂。合成的S-PtCo@MC在酸性条件下表现出优异的析氢活性，在10mAcm-2电流密度下过电位为23mV，塔菲尔斜率为23mVdec-1。更重要的是，与商用Pt/C、对比催化剂相比，该催化剂的稳定性明显提高，证明了S掺杂和原位封装的优势。另外，此策略通过调整金属前驱体组成可以广泛合成多种封装金属催化剂，包括单金属（Pt、Pd和Rh），双金属（PtZn和PdRh），和三金属（PdPtRh）催化剂。
　　上述工作发表在《ACS Nano》杂志上（DOI: 10.1021/acsnano.2c12168），第一作者是青岛能源所的田正斌博士，通讯作者是青岛能源所的王光辉研究员和邓晓辉副研究员。该工作得到国家自然科学基金，山东自然科学基金重大基础研究、所内合作基金等项目的资助。（文/图 田正斌）
　　原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c12168
　　Zhengbin Tian, Wenquan Wang, Chao Dong, Xiaohui Deng*, and Guang-Hui Wang*. A General and Scalable Approach to Sulfur-Doped Mono-/Bi-/Trimetallic Nanoparticles Confined in Mesoporous Carbon. ACS Nano, https://doi.org/10.1021/acsnano.2c12168.
      文章来源：青岛能源所
       王光辉，男，1984年出生，现任中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员，博士生导师，多孔催化材料研究组。2006年于浙江工业大学获得学士学位；2012年于大连理工大学获得博士学位；2012年至2017年于德国马普煤炭所从事博士后研究工作，主要从事催化剂的设计合成及其在生物质催化转化领域的应用研究，并取得了一系列具有创新性的成果，相关论文发表在Nat. Mater、Angew. Chem. Int. Ed.、Chem. Mater.、Chem. Rev.等国际学术期刊上；2016年获得德国马普煤炭所“图尔克奖（Turck-Preis 2016）”。近年来，担任J. Am. Chem. Soc.、Chem. Mater.、NPG Asia Mater等国际学术期刊的审稿人。