銅基催化劑由于其優(yōu)良的導電性和豐富的化學配位，衍生出了一系列用于氫氣進化反應的硫化物、磷化物、硒化物、和氧化物。其中，銅基鹵化物是電催化氫氣進化研究中被忽視的部分。傳統(tǒng)上，銅基鹵化物（主要是CuBr、CuI及其絡(luò)合物）被廣泛用于有機反應中的偶聯(lián)反應和原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）。
銅基鹵化物在有機催化反應過程中具有明顯的吸氫行為，還可以誘導有機底物自由基的末端氫的脫氫，這與HER的工作機制非常相似。因此，銅基鹵化物在HER應用中具有很大的潛力可供開發(fā)。
今日，吉林大學崔小強教授，鄭偉濤教授等人報道了一種新的策略，即通過橋接Br原子激發(fā)離域電子在核殼結(jié)構(gòu)外層的聚集。
這一策略的優(yōu)點在于，通過使用六溴苯（HBB）作為化學氣相沉積前體，可以同時實現(xiàn)前體溴化和C殼封裝。C殼的結(jié)晶度和厚度能夠由溫度控制。
實驗表征和理論模擬都表明，橋接的Br原子可以激發(fā)C殼表面離域電子的聚集，實現(xiàn)表面氫氣吸附能量的優(yōu)化。這是銅基鹵化物材料在電催化HER領(lǐng)域的首次應用。
令人印象深刻的是，CuBr@C的HER活性明顯優(yōu)于商業(yè)N摻雜的碳納米管，在200mA cm-2電流密度下超過了商業(yè)Pt/C。橋式原子的調(diào)節(jié)機制為創(chuàng)新構(gòu)建核殼結(jié)構(gòu)和提升各種類型的能量轉(zhuǎn)換電催化劑提供了新的視角。
圖2. XRD結(jié)構(gòu)分析和形貌表征
總之，我們報告了一種合成CuBr@C核殼結(jié)構(gòu)納米棒。通過簡單的HBB氣相沉積同時實現(xiàn)前體溴化和碳殼包裹。C殼的結(jié)晶度和厚度可以由溫度控制。
實驗表征和理論模擬都表明，橋Br原子可以通過C–Br和Cu–Br鍵激發(fā)碳殼表面上離域電子的聚集，實現(xiàn)表面氫吸附能的顯著優(yōu)化。這是銅基鹵化物材料在電催化HER領(lǐng)域的首次應用。
CuBr@C顯著優(yōu)于商用N摻雜碳納米管，在超過200mA·cm?2時超過商用Pt/C。橋原子對核殼結(jié)構(gòu)表面的調(diào)節(jié)機制對于各個領(lǐng)域催化劑的創(chuàng)新升級至關(guān)重要。
Outer delocalized electron aggregation of bromide bridged core—shell CuBr@C for hydrogen evolution reaction，https://doi.org/10.1007/s12274-023-5391-x
DOI: ?10.1007/s12274-023-5391-x
崔小強教授主要研究方向為能源催化材料，面向氫能綜合利用、燃料電池汽車等國家重大戰(zhàn)略需求，從原子尺度上開展高效催化劑的設(shè)計和制備研究。提出創(chuàng)新制備方法，獲得性質(zhì)優(yōu)于鉑的單原子Co等多種催化劑，從原子尺度揭示材料形成機制和催化機理。
成果連續(xù)發(fā)表在AEM、AFM、Chem、Matter、Nature Communications（3篇）、JACS等學科頂級期刊，被多次正面引用。主持科技部國家重點研發(fā)計劃納米專項課題（1項，712萬）、國家自然科學基金面上項目（4項）等。申請國家發(fā)明專利37項，授權(quán)24項。獲教育部“新世紀優(yōu)秀人才”計劃支持、吉林省“長白山學者”、長春市第六、七批有突出貢獻專家，吉林省第七批拔尖創(chuàng)新人才第三層次。擔任中國材料研究學會青年工作委員會第七、第八屆理事會理事（2011.10至今）
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