化学学院张杰鹏教授团队克服在多孔载体上镶嵌纳米颗粒催化剂的难题

       2021年4月，化学学院张杰鹏教授团队在国际顶级期刊Advanced Materials发表题为“Graphene-Like Hydrogen-Bonded Melamine-Cyanuric Acid Supramolecular Nanosheets as Pseudo-Porous Catalyst Support”的文章，该研究克服了在化学稳定的多孔载体上镶嵌纳米颗粒催化剂的难题。课题组通过简单的超声法将经典的氢键共晶M-CA剥离成耐强酸的超薄纳米片（厚度约1.6 nm），并在高温合成CoP纳米颗粒过程中，实现了无孔的超薄纳米片原位生成缺陷/孔隙，形成嵌入式复合催化剂CoP@M-CA。这种复合催化材料在0.5 M硫酸中展现优越的HER活性和稳定性（10 mA cm^-2下过电位66 mV，稳定工作15 h），展示了氢键超分子化合物在异相催化领域中的应用潜力。 

       测试中心无机与元素分析平台元素分析仪（elemental analyzer, EA, Elmentar Vario EL）和电感耦合等离子体原子发射光谱仪（inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES, PerkinElmer Optima 8300）对文章所用的复合催化剂分别进行M-CA和CoP中各元素组成的定量分析，实现了材料成分确认和催化组分负载量的测定，为后续实验的材料基础提供有效的数据支撑。

图1 M-CA元素分析结果及不同CoP负载量的CoP@M-CA催化性能比较

       表面与结构分析平台原子力显微镜（atomic force microscope, AFM, Bruker Dimension Fastscan SPM）为该成果提供了高质量的二维微观形貌图像和厚度分析；X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy, XPS, ESCA Lab250）证实了在CoP@M-CA中电子从CoP向M-CA纳米片转移，表明M-CA超薄纳米片能固定和保护CoP纳米颗粒，同时可以实现“电子调节”的作用，为推导其催化性能提升的机制提供了有力支持。

图2  M-CA与CoP@M-CA纳米片的AFM二维成像（c-d）；不同材料的高分辨XPS光谱（g-h）

 

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       论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202007368