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《Science Advances》：碳熱沖波法制備高密度納米粒子！ 已有1人參與
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近年來，碳熱沖擊(CTS)方法，由于能夠生成精細(xì)控制的多元合金納米粒子(NPs)而引起了廣泛關(guān)注。然而，在碳基板暴露最小的情況下，制造高表面覆蓋的NPs是各種電化學(xué)應(yīng)用的必要條件，也是CTS方法的一個(gè)瓶頸。 在此，來自美國哈佛大學(xué)的WOO-BINJUNG&韓國科學(xué)技術(shù)院的HYEONSUJEONG和HEE-TAEJUNG等研究者開發(fā)了一種方法，通過在CTS過程中最大化纖維素的缺陷位點(diǎn)，在碳基板上創(chuàng)建具有高表面覆蓋率的納米顆粒（NPs）。相關(guān)論文以題為“Generation of high-density nanoparticles in the carbothermal shock method”發(fā)表在ScienceAdvances上。 論文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk2984 碳熱激波(CTS)，是制備單-多元金屬納米粒子(NPs)最簡單的合成方法之一。在這種方法中，只需簡單地將金屬前驅(qū)體裝載在碳基板上，然后讓短時(shí)間的電流通過樣品瞬間提高溫度，就可以產(chǎn)生NPs。溫度上升和下降的時(shí)間很短，所以它是一種非常創(chuàng)新的方式，可將多種小而均勻的金屬NPs混合。合成理想NP的能力，為研究多元NP開辟了令人興奮的新可能性，這種方法已經(jīng)使可充電儲(chǔ)能系統(tǒng)(如鋰和鈉離子電池、超級(jí)電容器、Li-CO2和Li-O2電池)、電化學(xué)水分解(如:析氧反應(yīng))和電催化反應(yīng)(如析氫反應(yīng)、氧還原反應(yīng)和一氧化碳還原反應(yīng))。 雖然CTS方法在上述各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了高性能的結(jié)果，但制備具有高表面覆蓋的NPs材料，可以擴(kuò)大以前未實(shí)現(xiàn)的研究領(lǐng)域的應(yīng)用。例如，通過CTS方法形成的金屬NPs，尚未用于電催化二氧化碳(CO2)或氮?dú)?N2)還原反應(yīng)，因?yàn)槲鰵浞磻?yīng)(HER)和不需要的反應(yīng)作為競爭反應(yīng)發(fā)生在暴露的碳基板上。為了提高這些應(yīng)用程序的性能，有必要增加NPs的表面覆蓋。為了在CTS方法中控制金屬NPs的表面覆蓋，正確地選擇和修飾碳基板是很重要的，因?yàn)樘蓟逶诩訜徇^程中為金屬NPs提供了形核擴(kuò)散位點(diǎn)。特別是碳中的空位、邊緣平面的懸空鍵、雜原子摻雜(例如O或N)位點(diǎn)等缺陷，在高溫下通過金屬原子間的強(qiáng)結(jié)合能，對金屬NPs的形成和穩(wěn)定起著重要作用。這種相關(guān)性在之前的研究中已經(jīng)被觀察到，在CTS過程中，隨著缺陷位點(diǎn)在碳襯底中的增加，形成的金屬NPs小而均勻，并具有較高的裂變能力。然而，利用CTS方法制備具有高金屬NP表面覆蓋的材料，以實(shí)現(xiàn)更廣泛的電化學(xué)應(yīng)用仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。 在此，研究者報(bào)告了一種方法，通過引入部分碳化纖維素作為碳基板，在其上合成NPs，制備了具有高表面覆蓋的NPs材料。NPs的高表面覆蓋度是由于部分碳化纖維素中有幾個(gè)相互連接的芳香環(huán)，邊緣位置眾多，包括sp3碳-碳鍵。因此，研究者實(shí)現(xiàn)了前所未有的高表面覆蓋的各種單一和銅(Cu)基多元合金NPs，并在大范圍內(nèi)具有均勻的粒徑分布。此外，通過與典型CTS碳基板的比較，研究者證實(shí)了碳基板上的缺陷位點(diǎn)(氧和sp3鍵合C─C)的總和，決定了金屬NPs的表面覆蓋。此外，研究者還證明了具有高表面覆蓋率的Cu NPs材料，可以在連續(xù)流電池中使用氣體擴(kuò)散電極(GDE)進(jìn)行電催化CO2還原反應(yīng)(CO2RR)。相對于反氫電極(RHE)，在−0.529 V電位下，纖維素/碳紙(Cu/纖維素/CP)上的Cu NPs，具有48.92%的乙烯選擇性，在10 M KOH電解質(zhì)中反應(yīng)30小時(shí)以上的穩(wěn)定性。該研究展示了纖維素，如何使金屬NPs具有高的表面覆蓋，這為金屬NPs和多組分NPs應(yīng)用于更多樣化的應(yīng)用開辟了可能性。 "碳熱沖擊法" 設(shè)備contact 176-022-88497 Tom 640.png |
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