今天的挑战之一是阻止全球变暖和相关的地球气候变化。一种可能的途径是通过建立氢能经济来减少温室气体。这可以解决太阳能和风能等可再生能源所固有的暂时电力过剩问题。氢替代传统燃料的主要挑战之一与氢储存的不便有关。钯纳米颗粒可以储存氢原子，然后扩散到碳载体(溢出机制)。在金属氢化物中，Pd-H体系吸引了大量的研究，这是由于在方便的压力和温度下氢的高溶解度。因此，Pd-H体系是一个有趣的模型体系，以了解氢溶解度与载氢晶格的原子和电子结构之间的关系，以及对Pd纳米粒子的约束作用。

有鉴于此，德国电子同步加速器DESY的Andreas Stierle等人，通过表面 X 射线衍射和扫描隧道显微镜研究了石墨烯负载Pd 纳米团簇的原子结构及其在室温下与氢气的相互作用。

本文要点

1）研究发现，在石墨烯/Ir(111) 莫尔模板上可以生长出团簇直径为1.2 nm的Pd纳米团簇超晶格，具有较高的结构完整性。超晶格团簇通过重新杂化的石墨烯锚定到Ir载体上，从而在团簇上叠加了2.0%的平面压缩。

2）在 10 mbar压力和室温下暴露于氢气期间，大部分团簇从超晶格中脱离。中心中的簇只进行平面外扩展，而分离的簇则在平面内和平面外方向扩展。没有观察到富氢 PdHx α' 相的形成。

3）暴露于 1 bar 后，由于它们与氢的表面相互作用以及可能溢出到石墨烯载体上，大多数团簇从超晶格位点脱离。仅观察到轻微的烧结，这对于未钉扎的簇更为明显。结果表明，石墨烯上的超小 Pd 簇是一种稳定的储氢系统，其储氢滞后效应降低，并保持了较大的氢化学吸附表面积。

参考文献：

Dirk Franz et al. Hydrogen Solubility and Atomic Structure of Graphene Supported Pd Nanoclusters. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.1c01997

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c01997