清华大学材料学院伍晖副教授

qingyun

清华大学伍晖团队：原子级分散金属催化剂合成方法新进展

研究亮点：
1. 创造性地在−60 °C低温下通过溶液法合成了原子级分散钴基催化剂。
2. 制备策略具有良好的普适性，可有效调控溶液形核过程的热力学和动力学。
3.  所制备的催化剂具有高活性、高稳定性和高器件功率输出。

原子级分散催化剂的优势
由于活性组分的高度分散、金属利用效率的大幅度提升以及活性中心与相邻配位原子相互作用，单原子催化剂或原子级分散金属催化剂在诸如CO氧化反应、有机加氢反应和氧还原反应等过程中表现出优异的活性、稳定性和选择性。因此，单原子催化剂或原子级分散金属催化剂的有效合成及应用，是近年来催化和材料研究领域非常重要的研究方向。

溶液合成原子级分散催化剂的难点
溶液合成作为制备金属及其化合物等固体材料的制备方法，具体过程一般均涉及到原子级分散金属基团的快速产生、聚集、形核与生长，从而严重限制了溶液中超细纳米晶体甚至于原子级分散金属的形成。因此，如何有效调控形核过程对于溶液合成原子级分散金属催化剂就显得尤为重要且颇具挑战性。

成果简介
有鉴于此，清华大学伍晖课题组联合北航刘利民课题组、清华大学张潇源课题组和安徽大学葛炳辉课题组，创造性地在溶液体系中将反应温度降低至-60摄氏度，解决了溶液合成过程中的原子快速团聚、形核和生长的关键问题，获得了具有高活性、高稳定性和高器件功率输出的原子级分散金属钴基的氧还原电催化剂，为大规模溶液合成原子级分散金属催化剂提供了崭新的研究思路。

作者成功在−60 °C下通过液相法合成了高性能原子级分散金属钴催化剂。该低温溶液合成不仅提出了一种在湿化学合成反应过程中抑制产物形核生长的通用方法，更为进一步理解溶液反应的形核热力学和动力学、并利用传统溶液化学方法制备高性能催化材料提供了新的可行性。


参考文献：
Huang K, ZhangL, Xu T, et al. −60 °C solution synthesis of atomically dispersed cobalt electrocatalyst with superiorperformance. Nature Communications, 2019.
DOI:10.1038/s41467-019-08484-8
https://www.nature.com/articles/s41467-019-08484-8#article-info