唐亚文课题组简易合成富含纳米通道的超薄P

由于化石燃料短缺和日益严重的环境污染，人们迫切需要高效清洁的可替代能源。直接甲酸燃料电池（DFAFC）是小型、轻便、耐用的便携式电源之一，且理论能量密度高，工作温度低，易于管理。开发用于阳极甲酸氧化反应（FAOR）的催化剂对于DFAFC的商业化至关重要。钯（Pd）是FAOR常用的直接脱氢催化剂，但是其储量较少，价格高昂，活性有限，需要进一步改进。掺杂较廉价的金属M（M=Ag，Cu和Sn等）与Pd形成合金来调控Pd的电子结构是提高FAOR活性的重要策略。此外，制备富含纳米孔道的超薄二维结构对提升催化活性的也有重要意义。

1、Pd储量低导致其价格昂贵，商业化成本增加。

2、酸性介质中，Pd催化剂极易溶解，稳定性差。

3、Pd催化剂会催化甲酸自分解，分解产物中的CO会使Pd催化剂中毒，导致甲酸氧化活性和稳定性降低。

1、掺杂第二种金属元素（如Ag，Cu，Sn和Bi等）来调节中心金属Pd的电子结构和d带中心，并且减少了Pd的用量，降低成本。

2、控制Pd催化剂的尺寸和暴露晶面来提高催化性能。

3、制备中空多孔/三维网状/超薄高比表面积的Pd纳米结构来提高催化活性和稳定性。

鉴于此，南京师范大学唐亚文团队通过简易的液相合成工艺制备了富含纳米孔道的超薄PdAg纳米片(PdAgNSs)，并且该合成方法可以扩展到各向异性三维PdAg纳米线（PdAgNWS）和碗状多孔Pd纳米球（PdNBs）的制备，其中PdAgNSs对FAOR具有优异的活性、稳定性和抗CO毒化能力。

图1.PdAgNSs的合成示意图及形貌表征：(a-b)HAADF-STEMimages;(c-d)TEMimages;(e)Elementalmappingimages;(f)AFMimageandcorrespondingheightprofileacrossthenanosheet。

要点1.富纳米通道超薄PdAg纳米片的制备及表征

作者使用表面活性剂二十二烷基三甲基氯化铵（C22TAC），基于其独特的自组装行为，成功制备了PdAgNSs，其直径约为nm，厚度约为2.8nm，具有类似雪花的形貌结构，纳米片是由共同中心和辐射状的二维枝晶组成，具有丰富的纳米通道和超薄特点。

图2.PdAgNSs生长机理示意图。

要点2.富纳米通道超薄PdAg纳米片的生长机理

作者为了探明PdAg纳米片结构的生长机理，监控了不同反应时间的产物。在初始阶段形成了的不规则纳米簇，然后带有分支小分形的不规则纳米颗粒沿平面方向生长。位于中心的纳米颗粒提供了多个成核位置，导致出现了超支化的树枝状晶体。随着反应时间增加，纳米颗粒沿着横向连续生长，然后纳米颗粒演变成多分支的片状纳米结构。当反应结束时，最终形成了直径为nm的超薄PdAg纳米片。

图3.PdAgNWs的合成示意图及形貌表征:(a)合成示意图;(b-c)TEMimages。

图4.PdNBs的合成示意图及形貌表征:(a)合成示意图;(b-e)TomographicTEMimagesandcorrespondingschematicsofPdNBs。

要点3.PdAgNWs，PdNBs的制备及表征

作者基于表面活性剂C22TAC自组状的行为，精确控制合成参数，制备了各向异性三维PdAg纳米线和碗状多孔Pd纳米球。

图5.电化学性能表征：(a)在0.5MH2SO4得到的CV曲线;(b)ECSAs;(c)在0.5MH2SO4+0.5MHCOOH得到的CV曲线;(d)质量活性与面积活性。

要点4.电化学性能测试

将PdAgNSs催化剂应用在甲酸氧化反应中。与商业化Pd黑（PdBlack）、PdAgNWs和PdNBs相比，所制得的PdAgNSs催化剂表现出最优异的FAOR电催化性能。

通过简单的液相合成制备了具有高度分支化的二维分形结构和丰富纳米通道的超薄PdAgNSs。其中C22TAC在形貌形成过程中起到关键作用。时间控制实验揭示了二维超支化结构是由于C22TAC在晶体表面形成紧密的自组装层状结构，并且创造了扩散受限的生长条件。PdAgNSs作为甲酸氧化反应（FAOR）的电催化剂，质量比活性和面积比活性均显著提高，分别是商业化Pd黑的5.3倍和2.1倍。简单的合成策略和优异的FAOR性能使PdAgNSs作为阳极催化剂在燃料电池中具有巨大的应用潜力。

ZhishunTeng,MengLi,ZhijuanLi,ZhenyuanLiu,GengtaoFu,YawenTang,Facilesynthesisofchannel-richultrathinpalladium-silvernanosheetsforhighlyefficientformicacidelectrooxidation,Mater.TodayEnergy,,

南京师范大学唐亚文教授课题组：唐亚文教授，博导，博士毕业于南京理工大学，南京师范大学化学与材料科学学院教授。多年来一直从事燃料电池电极催化剂以及电催化相关的材料的设计以及性能优化方面的研究。近年来，在Adv.Mater.、Adv.EnergyMater.、Adv.Funct.Mater.、NanoLett.、NanoEnergy、Adv.Sci.、Chem.Sci.、Small等期刊发表SCI论文余篇；近五年他引余次，H因子46；申报和授权国家发明专利24项，并担任江苏省新型动力电池重点实验室主任。论文第一作者为南师大化科院级硕士研究生滕志顺。

期刊介绍：