前言介紹

在2021年10月31日，香港城市大學張華教授（通訊作者）等人在Adv. Mater.上發(fā)表了題為“Preparation of fcc-2H-fcc Heterophase Pd@Ir Nanostructures for High-Performance Electrochemical Hydrogen Evolution”的文章。

在本文中，作者通過濕化學接種法與非常規(guī)fcc-2H-fcc異相（2H：六方密堆積；fcc：面心立方）合成了各種Pd@Ir核-殼納米結(jié)構(gòu)。通過fcc-2H-fcc異相Ir基納米結(jié)構(gòu)在2H-Pd種子上的相選擇性外延生長，獲得了異相Pd₆₆@Ir₃₄納米顆粒、Pd₄₅@Ir₅₅多支化納米枝晶和Pd₆₈@Ir₂₂Co₁₀三金屬納米顆粒。

其中，異相Pd₄₅@Ir₅₅納米枝晶在酸性條件下對電化學析氫反應(yīng)（HER）表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。在Pd₄₅@Ir₅₅納米枝晶上實現(xiàn)10 mA cm^-2的電流密度只需要 11.0 mV的過電位，低于傳統(tǒng)的fcc-Pd₄₇@Ir₅₃對應(yīng)物、商用Ir/C和Pt/C。該工作不僅展示了合成新型異相納米材料在納米材料相工程（PEN）新興領(lǐng)域中具有廣闊應(yīng)用前景的一條有吸引力的途徑，而且還強調(diào)了晶相在決定其催化性能方面的重要作用。

可控的構(gòu)建具有明確異相的雙金屬納米結(jié)構(gòu)，對于開發(fā)高效納米催化劑和研究結(jié)構(gòu)相關(guān)的催化性能具有重要意義?；诖耍?strong>香港城市大學張華教授和范戰(zhàn)西教授、香港科技大學邵敏華教授以及東南大學凌崇益副教授（共同通訊作者）等人報道了利用濕化學合成方法制備了具有獨特fcc-2H-fcc異相（fcc：面心立方；2H：AB堆積序列排列的六方密排）的Au@Pd核-殼納米棒。

所制備的fcc-2H-fcc異相Au@Pd核-殼納米棒表現(xiàn)出優(yōu)異的電催化乙醇氧化反應(yīng)（EOR）性能，其質(zhì)量活性高達6.82 A mg_Pd^-1，分別是2H-Pd納米粒子、fcc-Pd納米粒子和商用Pd/C的2.44、6.96和6.43倍。

operando紅外反射吸收光譜揭示了在制備的異相Au@Pd納米棒上乙醇氧化具有快速反應(yīng)動力學的C₂途徑。通過實驗結(jié)果和密度泛函理論（DFT）計算表明，異相Au@Pd納米棒的性能增強是因為非常規(guī)2H相、2H/fcc相邊界和Pd殼的晶格擴展所導致。此外，異相Au@Pd納米棒還可以作為甲醇、乙二醇和甘油電化學氧化的有效催化劑。該研究成果為在納米材料相工程（PEN）領(lǐng)域開發(fā)高性能電催化劑以面向未來的實際應(yīng)用開辟了一條道路。

在幾十年里，貴金屬納米材料在成分、形態(tài)、尺寸、刻面、缺陷、結(jié)構(gòu)等方面實現(xiàn)了可控結(jié)構(gòu)。但是，貴金屬納米材料的相在決定其內(nèi)在性質(zhì)方面起著至關(guān)重要的作用，卻很少被探索。眾所周知，納米材料的相工程（PEN）專注于納米結(jié)構(gòu)中原子排列的精細調(diào)節(jié)，已成為合成各種納米結(jié)構(gòu)的有效方法。其中，通過集成不同的相（包括熱力學穩(wěn)定相和非常規(guī)相）來構(gòu)建異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)引起了廣泛的關(guān)注。異相金屬納米材料可以用作乙醇氧化反應(yīng)（EOR）、CO₂還原反應(yīng)和析氫反應(yīng)（HER）等各種催化反應(yīng)的更有效催化劑。然而，大多數(shù)已報道的異質(zhì)金屬納米材料具有不同相界的隨機分布，限制了對結(jié)構(gòu)相關(guān)催化性能的全面理解。

總之，作者通過外延生長方法成功合成了具有fcc-2H-fcc異相的Au@Pd核-殼納米棒。所制備的fcc-2H-fcc異相Au@Pd納米棒已被用作堿性條件下一系列AOR的高性能電催化劑。異相Au@Pd納米棒對EOR和EGOR表現(xiàn)出優(yōu)異的活性和穩(wěn)定性，不僅優(yōu)于fcc-Pd納米顆粒、2H-Pd納米顆粒和商用Pd/C，而且還優(yōu)于已報道的大多數(shù)Pd基催化劑，將異相Au@Pd納米棒置于堿性條件下最好的Pd基EOR和EGOR電催化劑之列。

operando紅外反射吸收光譜研究表明，異相Au@Pd納米棒上的EOR主要通過快速C₂途徑進行，最終產(chǎn)物為CH₃COO^–。實驗結(jié)果和DFT計算表明，異相Au@Pd納米棒的獨特結(jié)構(gòu)，包括非常規(guī)的2H相、2H/fcc相邊界和Pd殼的晶格膨脹，在提高其電催化EOR性能方面起著關(guān)鍵作用。本文提出的精細PEN策略為合成具有明確異相結(jié)構(gòu)的納米材料提供了一種新方法，可以作為研究結(jié)構(gòu)相關(guān)特性和應(yīng)用的理想平臺。

1. Preparation of fcc-2H-fcc Heterophase Pd@Ir Nanostructures for High-Performance Electrochemical Hydrogen Evolution. Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202107399.