Метод печати подвижным шрифтом для синтеза высоких

Nature Communications, том 13, номер статьи: 5071 (2022) Цитировать эту статью

9533 Доступа

20 цитат

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Контролируемое закрепление нескольких изолированных атомов металла в одном носителе открывает научные и технологические возможности, в то время как синтез катализаторов с несколькими отдельными атомами металла остается сложной задачей, о которой редко сообщается. Здесь мы представляем общий способ закрепления до одиннадцати металлов в виде высокодисперсных одноатомных центров на пористых углеродных носителях, легированных нитридом, с помощью разработанного метода печати подвижным шрифтом и маркируем их как высокоэнтропийные одноатомные катализаторы. Различные высокоэнтропийные одноатомные катализаторы с перестраиваемой многокомпонентностью успешно синтезируются одним и тем же методом, корректируя только шаблоны печати и параметры карбонизации. Чтобы доказать полезность, пятивалентные одноатомные катализаторы с высокой энтропией (FeCoNiCuMn) исследуются как катализатор реакции восстановления кислорода с гораздо более положительной активностью и долговечностью, чем коммерческий катализатор Pt/C. Эта работа расширяет семейство одноатомных катализаторов и открывает путь к исследованию высокоэффективных одноатомных катализаторов множественного состава.

Одноатомные катализаторы (SAC) привлекли огромное внимание благодаря своим внутренним преимуществам, таким как уникальные геометрические и электронные свойства и максимальное использование атомов1,2,3,4,5,6. Эта область стала быстро развивающейся областью благодаря своим значительным каталитическим свойствам в различных важных промышленных реакциях, включая реакцию восстановления кислорода (ORR)7,8,9, реакцию выделения кислорода (OER)10,11,12, реакцию выделения водорода (HER). 13,14,15, риформинг метана16,17,18, реакция окисления метанола (MOR)19,20,21 и реакция окисления этанола (EOR)22,23,24. Кроме того, для синтеза ПАВ были изучены многочисленные методы, такие как высокотемпературная миграция25,26, пиролиз27,28, атомно-слоевое осаждение29,30, влажное химическое осаждение31,32 и физическое осаждение33,34.

В последние годы сообщалось, что некоторые типичные ПАВ с отсутствием или значительно более низким содержанием благородных металлов обладают впечатляющей активностью и долговечностью, которые даже сравнимы с катализаторами на основе благородных металлов, демонстрируя большой потенциал для практического применения. Кроме того, сообщается, что двойные или бинарные одноатомные катализаторы (BSAC) демонстрируют более высокие характеристики, чем их соответствующие аналоги с одним SAC, благодаря существующим синергетическим эффектам, при которых производительность основных SAC может дополнительно модулироваться другими одиночными катализаторами. -атомы металлов. Ван и др. сообщили о изолированных SAC двухатомных металлических сайтах Fe-N4/Pt-N4, а Pt-N4 действовал как модулятор для настройки электронной структуры активного сайта Fe-N4, эффективно стимулируя ORR-активность одноатомных сайтов Fe-N49. . Фан и др. синтезированы атомно-дисперсные BSAC Co2-N6 и Fe-N4, а существование Co2-N6 эффективно настраивает электронную структуру Fe-N4, вызывая более высокую степень заполнения орбиталей Fe-d и оптимизируя способность связывания с промежуточными соединениями *OH35. Более того, BSAC также играют важную роль в бифункциональных катализаторах (таких как ORR и OER) благодаря множеству активных центров BSAC. Например, Ма и др. приготовленные BSAC Ni-N4/GHS/Fe-N4, где Ni-N4 и Fe-N4 расположены на внутренней и внешней частях полых углеродных носителей, соответственно, реализуя хорошую активность в отношении ORR и OER36. В сочетании с результатами экспериментальных и теоретических расчетов подтверждается, что Fe-N4 и Ni-N4 являются активными центрами ORR и OER соответственно. Ху и др. сообщили о смежных BSAC Co-N4 и Fe-N4, закрепленных в углероде, легированном N (FeCo-BSAC/NC), с хорошей активностью как в ORR, так и в OER37. Теоретические расчеты показывают, что Fe-N4 и Co-N4 действуют как активные центры ORR и OER соответственно, а синергетические эффекты Fe-N4 и Co-N4 дополнительно оптимизируют центр d-зоны металла и улучшают электрокаталитические свойства. производительность.