液/液相界面辅助合成具有高密度平面缺陷的二维金属网络应用于电催化

  具有高密度平面缺陷的金属纳米网络因其快速的电子转移能力和丰富的活性位点而成为高效电催化剂极具吸引力的候选者。制备金属网络的关键技术之一是焊接，焊接已经广泛应用于建筑和制造等现代工业。然而目前，在纳米颗粒之间建立直接、密切的连接以形成网络结构依然面临巨大的困难。纳米尺度下，焊接技术是一项具有挑战的工作。

  有鉴于此，西安交通大学的金明尚教授团队，在美国化学会旗下知名期刊Chemistry of Material上发表题为“Liquid/Liquid Interface-Assisted Synthesis of Two-Dimensional Metal Networks with High-Density Planar Defects for Electrocatalysis”的文章。该文章报道了具有高密度平面缺陷的二维（2D）钯（Pd）网络的液/液界面辅助合成及其对甲醇氧化反应（MOR）的优异催化性能。2D金属网络的制备主要依赖于在水/氯苯界面上组装的金属纳米晶体的蚀刻和再生长过程的结合。通过使用不同的金属纳米晶体作为起始材料，可以进一步扩展制备二维金 (Au) 和 Pd-Au 双金属网络。在甲醇氧化反应中，2D Pd网络相对于其原始纳米立方体显示大幅增强的催化活性。通过液液界面的辅助，利用本文所发展的低温液相“拼接”技术可以将一系列不同尺寸、形貌、组分的材料焊接成2D网络结构，实现纳米尺度的材料焊接过程。

图1 具有高密度平面缺陷的二维金属网络的合成策略示意图

【本文要点】

要点1：处于液液界面的金属纳米晶在刻蚀和还原作用下形成金属纳米网

本文创新性地提出将刻蚀及再还原过程在液/液界面上进行。在界面张力下，界面处的孤立纳米晶体会逐渐收紧，不同颗粒之间的距离变短。碘化钾和N,N -二甲基甲酰胺分别用作蚀刻剂和还原剂。由原始金属纳米晶体的蚀刻产生的金属离子随即还原为原子并沉积到相邻颗粒的间隙中。原始纳米立方体的低配位点，如角和边缘，在反应后由于蚀刻而变得趋近圆形，以不同取向连接，进而形成网络结构。由于焊接过程在低温下进行，因此反应后的缺陷（例如晶界）可以很好地保留下来，高分辨率图像表明钯纳米网显示出粗糙的表面，具有丰富的缺陷，如位错和孪晶界。

要点2：通过改变原始纳米晶的尺寸和种类，获得更小尺寸及不同种类的金属纳米网

使用本工作中开发的方法可以很容易地控制金属纳米网的尺寸。即通过制备不同尺寸的金属纳米晶体并将其用作形成金属网络的原始颗粒。文中通过使用 6、18 和 25 nm 的钯纳米晶体作为起始材料，构成网络的钯纳米网的直径可以调整到大约分别为6、18和25 nm。还进一步扩展了对金和双金属钯金纳米网的合成方法，通过用Au纳米晶体完全或部分取代Pd纳米晶体，能够制备金纳米网和双金属钯金纳米网。

图3. 制备的双金属钯金纳米网

要点3：通过焊接形成的网络结构对电催化性能的影响

具有高密度平面缺陷的钯金属网在碱性电解质中用于甲醇氧化反应(MOR)的电催化剂，面积活性达8.4 mA cm^-2，比孤立的钯纳米立方体(2.3 mA cm^-2)高3.7倍。证明通过焊接形成的高密度平面缺陷钯金属纳米网有更高的催化活性。

图4. 甲醇氧化性能测试

【文章链接】

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.1c04384