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純淨銅納米團簇生長及其電催化性能研究取得進展
2018-11-05 00:48 bbin宝盈  審覈人:

催化反應在能源,環境,化學品,食品和醫藥領域發揮着重要作用。具有多價態的銅(Cu)是重要的催化劑材料,在熱催化和電催化方面具有廣泛的應用前景。衆所周知,催化劑材料的微觀結構對反應過程具有巨大影響。減小金屬納米材料的尺寸並獲得更大的比表面積使得可以增加其催化活性。當金屬納米粒子尺寸低於3nm時,它被稱爲金屬納米團簇。金屬納米團簇表現出獨特的物理和化學性質,其不同於單原子和納米材料,例如半導體性質,高效熒光發射等。迄今爲止報道的大多數金屬納米團簇是具有表面配體保護的結構。

bbin宝盈bbin游戏潘樹生教授與香港理工大學和中國科學院固體物理研究所的研究人員合作,提出了表面等離子體工程抗取代方法反應。沒有配體保護的“純”Cu納米團簇生長。脈衝激光用於照射Au納米顆粒和CuCl2的混合溶液。在表面等離子體激發光的激發下,Au納米顆粒產生能量高於費米能級的“熱電子”,並且一些能量大於Cu2 +/Cu還原電位。電子“將Cu2 +離子還原成Cu納米團簇。由於大多數熱電子分佈在金顆粒表面1~10nm處,因此這些局部空間中只有Cu2 +離子能夠接收”熱電子“並被還原,最終形成尺寸爲2 nm的Cu納米團簇。在整個反應過程中不涉及有機配體。過量的“熱電子”有效地避免了Cu納米團簇的聚集。在350 nm紫外光的激發下,Cu納米團簇在450處發出藍色熒光。 nm,顯示典型的金屬簇特徵,預計將應用於熒光標記。

進一步的氧還原反應(ORR)實驗表明,在-0.9伏的電壓下,每單位質量的Cu納米團簇的還原電流爲0.73A/g,這顯着高於保護Cu納米團簇的當前表面配體的還原電流。優於目前的商業鉑(Pt)催化劑(0.17A/g)。貴金屬Pt是最好的ORR催化劑,但其高成本限制了燃料電池技術的開發和商業化。該研究的結果表明,純Cu納米團簇在燃料電池中顯示出巨大的潛力。相關結果發表在Journal of Materials Chemistry A,標題爲“Plasmon-engineered anti-replacement synthesis of naked Cu nanoclusters with ultrahigh electrocatalytic activity”,並申請了國家發明專利(申請號201810389351.4)。

這項工作得到了國家自然科學基金,bbin宝盈“百人計劃”啓動項目,“湘江學者”計劃和深圳市科技計劃的支持。

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表面等離激元誘導逆置換反應

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https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/TA/C8TA06789A#!divAbstract

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