华中师范大学朱成周：岛状超细Pd锚定-An2Cu气凝胶电催化乙醇氧化

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近期，美国华盛顿州立大学林跃河教授和华中师范大学朱成周教授在Nano Energy发表文章，该项工作采用三维金铜水凝胶作为骨架，通过置换反应，在金铜纳米线上成功修饰了几个钯原子的岛状聚集体。结合了三维网状结构的高效传质，合金间的协同作用以及岛状钯聚集体的高活性，该催化剂大大提高了电催化乙醇氧化过程的活性和稳定性。论文第一作者是华盛顿州立大学石秋荣博士。

从原子尺度出发设计催化剂在异质催化领域最近成为研究的热点。众所周知，降低催化剂尺寸可以使得大量增加其暴露的活性位点数，改变其原子以及电子结构，使得其催化活性成指数增长。由此产生的几何以及电子效应有利于促进各种氧还原，水解以及醇类反应。

乙醇的催化氧化是直接乙醇燃料电池(Direct Ethanol Fuel Cells, DEFCs)的阳极反应。由于乙醇无毒，来源广泛，是一种可再生能源，在可移动电子设备中具有广泛的应用前景。钯基纳米材料是催化乙醇氧化的最主要的催化剂。研究表明，不同于甲醇和甲酸的氧化，乙醇氧化反应更为复杂，涉及1-2个碳原子吸附在不同的中间产物上，至少需要两个临近的钯原子所产生的几何效应促进乙醇的氧化。如何设计原子尺度的钯基催化剂，同时提高贵金属原子利用率，催化活性，稳定性以及抗中毒性仍然具有挑战性。

文章介绍了通过控制反应温度调控反应动力学，首次在三维贵金属水凝胶纳米骨架上对纳米线表面进行了原子尺度的精确修饰，成功修饰了岛状钯聚集体，大大提高了催化活性以及稳定性。所得催化剂具有三维多孔网状结构，使其电子传输以及传质效率得到很大程度提高。另外，利用AuCu作为核，岛状钯聚集体作为壳产生几何和电子效应，有效地改变了中间介质的吸附能，对提高催化剂的电化学活性，选择性以及稳定性起了决定性的作用。这篇文章为三维贵金属水凝胶的进一步表面修饰以及原子尺度催化剂的设计做出了贡献。

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Ultrafine Pd Ensembles Anchored-Au2Cu Aerogels Boost Ethanol Electrooxidation ( Nano Energy, 2018, DOI:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.08.047)

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518306074