ACS Nano: 原位透射电子显微镜揭示Ni-Co催化剂在碳纳米纤维生长中的动态和活性结构

雨辰

2021-11-04

与单金属催化剂相比，合金催化剂在碳纳米管/纳米纤维 (CNTs/CNFs) 的生长中通常表现出优异的效果。然而，由于缺乏对活性状态和活性结构的了解，合金催化剂优异性能的来源尚不清楚。

有鉴于此，福州大学黄兴教授和韩国基础科学研究所丁峰教授等人，在大气压下对由两种 Ni-Co 合金催化剂实现的 CNF 生长进行了原位 TEM 研究。

本文要点

1）选择研究双金属镍钴合金作为催化剂，因为它们是CNF生长最有效的催化剂之一。直接成像了CNF生长过程中合金催化剂初始成核过程和动态行为的原子细节。

2）确定了工作催化剂的结构、元素分布和失活机理。通过分子动力学模拟和密度泛函理论计算，阐明了催化剂的动态行为和CNFs的生长机理，为镍钴合金催化剂优越性能的起源提供了理论依据。

3）研究表明，与相应的单金属催化剂相比，Ni-Co合金在CNF生长条件下更不容易形成碳化物相，这是Ni-Co催化剂具有高活性的关键特征。碳在No-Co合金催化剂中扩散的速度比碳在碳化物中的扩散速度快，这使得Ni-Co合金催化剂能够有效地生长碳纳米管。

参考文献：

Hua Fan et al. Dynamic State and Active Structure of Ni–Co Catalyst in Carbon Nanofiber Growth Revealed by in Situ Transmission Electron Microscopy. ACS Nano, 2021.

DOI: 10.1021/acsnano.1c06189

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06189