Nature Communications：原子级掺杂剂控制单团簇催化电化学固氮

Nanoyu

2020-09-01

精确设计亚纳米双金属团簇掺杂为以原子精度调整其催化性能提供了令人兴奋的机会。然而，制备具有原子级掺杂控制的单分散双金属团簇催化剂一直是一个长期的挑战。

近日，新加坡国立大学吕炯教授，Chun Zhang教授，南方科技大学Jun Li报道了一种控制合成精确掺杂的单团簇催化剂（SCC）的策略，该催化剂由缺陷石墨烯负载的部分配体包裹的Au₄Pt₂团簇，用于电化学氮还原反应（ENRR）。

文章要点

1）得益于弱还原剂可能有利于超小双金属团簇的合成，研究人员设计了一种以2-苯基乙硫醇（HSC₂H₄Ph）为配体和弱还原剂合成原子精确的超细Au-Pt双金属簇合物（Au₄Pt₂(SR)₈簇合物）的合成策略。随后通过热处理去除了Au₄Pt₂(SR)₈的部分配体，使得每个簇都锚定在石墨烯空位上，从而生成了对ENRR具有优异催化性能的Au₄Pt₂/G SCC。

2）机理研究表明，每个N₂分子都在簇和石墨烯之间的封闭区域中被激活。杂原子掺杂剂通过增强向N₂ LUMO的电子背向供体，在N₂的活化中具有不可或缺的作用。此外，除了杂原子Pt之外，还可以通过使用Pd代替Pt作为掺杂剂来进一步调节单簇催化剂的催化性能。

Yao, C., Guo, N., Xi, S. et al. Atomically-precise dopant-controlled single cluster catalysis for electrochemical nitrogen reduction. Nat Commun 11, 4389 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18080-w

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18080-w