原子级分散的催化剂可以最大程度地利用昂贵金属,且其具有相对稳定的配体结构,从而具备较高的反应活性和选择性。但是,由于热力学稳定的驱动力,形成没有聚集的原子级金属仍然是一个巨大的挑战。近日,中科院上海硅酸盐研究所Jiacheng Wang,Jianjun Liu,新加坡南洋理工大学Zheng Liu等报道了一种从上至下的过程,该过程从铁纳米颗粒开始,使用双金属键(Rh-Fe键)作为化学促进剂,在低温下自发地将Fe纳米颗粒转化为单原子。
本文要点:
1)相邻的Fe和Rh单原子之间存在的Rh-Fe键有助于热力学稳定,这促进了从Fe纳米粒子中剥离单个Fe原子,从而获得稳定的单原子。
2)第一性原理计算表明,中间体铁团簇-Fe-N4的形成驱动了Fe的原子分散过程,且该团簇诱导了相邻碳空位的形成以捕获移动的Rh。
3)由于具有稳定的Rh和Fe单原子位点,该催化剂展现出较高的HER活性,在10 mA cm-2下的过电势为36 mV,Tafel斜率为26mV dec-1,并且具有出色的循环稳定性,超过了商用Pt /C的活性。
该工作报道的作为化学促进剂的双金属键的发现为金属的原子级分散和原子级高效催化剂的设计开辟了一条新途径。
Yao Zhou, et al. Dual‐Metal Interbonding as the Chemical Facilitator for Single‐Atom Dispersions. Adv. Mater., 2020
DOI: 10.1002/adma.202003484