JACS:金属Os的自组织逐层单原子层实现史无前例地从海水中制氢
原子厚的二维(2D)材料具有激动人心的物理、化学和电学性质,在新一代科学技术中受到越来越多的关注,在催化和能源科学方面显示出巨大的前景。然而,基于这类材料的高效催化体系的精确设计和合成仍然面临许多困难,特别是如何控制制备结构确定的、高活性的、原子尺度分布的材料体系。
近日,山东大学薛玉瑞教授,中科院化学所李玉良院士成功地在2D GDY表面合成了零价金属Os纳米片,从单个原子逐渐生长成由金属Os原子组成的大面积单原子层纳米片。
文章要点
1)该方法简单、可控,从单个原子逐渐生长成大面积的单原子层状的由金属Os原子组成的纳米薄片。
2)Os/GDY表现出了优异的性能,碱性模拟海水中,在500 mA cm−2时的超低过电位为49 mV,长期稳定性达到了800 h。50 mV 下 18.6 mA cm−2 的超高 j0 和 3.89 H2 s−1 的 TOF 也实现了前所未有的性能。
3)实验和DFT计算表明,优异的HER性能归因于GDY与金属原子之间强烈的表面相互作用,导致GDY表面出现高密度的电荷分布。高活性表面导致不完全的电荷转移效应,有效驱动催化过程,使吉布斯自由能达到最佳,从而表现出较高的本构催化活性和稳定性。
该催化体系的发现为新型催化剂的开发提供了巨大的空间。
参考文献
Yang Gao, et al, Self-Organized Gradually Single-Atom-Layer of Metal Osmium for an Unprecedented Hydrogen Production from Seawater, J. Am. Chem. Soc., 2024。DOI: 10.1021/jacs.4c00027
https://doi.org/10.1021/jacs.4c00027