西工大新聞網(wǎng)6月23日電（方漪蕓 趙穩(wěn))三明治是生活中常見(jiàn)的美食，兩片面包夾蔬菜、肉類(lèi)、醬汁等食材，深受全世界上班族的喜愛(ài)。無(wú)獨(dú)有偶，在浩瀚的納米材料世界，有一種形似三明治的材料，叫二維碲化鉑（化學(xué)式為PtTe2）。其中，Te原子如三明治中面包一樣暴露于上下表面，Pt原子處在三明治中的夾心層。此外，面包層和夾心層的層內(nèi)原子之間非常團(tuán)結(jié)，通過(guò)牢固的化學(xué)鍵抱團(tuán)取暖（Te-Te，Pt-Pt），打斷它們需要很多的能量。而面包層和夾心層的層間原子之間也有牽絆，由作用較弱的范德瓦爾斯力結(jié)合形成Pt-Te鍵。雖然結(jié)構(gòu)稀松平常，但在催化世界，這個(gè)小小的材料可以發(fā)揮大大的用途！
首先，作為催化反應(yīng)的活性主力軍，Pt原子若想在催化過(guò)程中大顯身手，那么處于夾心層的它們一定不能被面包層的Te原子牢牢牽著雙手！換言之，如果配位飽和了，那么非?？上?，這個(gè)在自然界儲(chǔ)量非常稀有、價(jià)格非常高昂的Pt原子將失去催化活性。所以，從催化反應(yīng)的角度出發(fā)，不被Te原子束縛、自由自在的Pt原子數(shù)目越多，PtTe2材料的活性越高。其次，優(yōu)化Pt活性位點(diǎn)對(duì)反應(yīng)中間體的吸附能也是提高材料催化性能的主要手段。于是，研究者們花費(fèi)了大量的力氣去暴露更多的低配位Pt原子，以期更高的催化活性。盡管在構(gòu)建高活性二維Pt基催化劑方面已經(jīng)取得了重要進(jìn)展，但目前主要通過(guò)插層剝離、缺陷控制等手段暴露和調(diào)控Pt位點(diǎn)的幾何和電子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致低配位Pt活性位點(diǎn)仍然沒(méi)有被充分暴露，且活性位點(diǎn)對(duì)反應(yīng)中間體的吸附能有待進(jìn)一步優(yōu)化。因此，在納米世界，我們不能像掰開(kāi)三明治那樣，直接移除面包層。所以，如何用一種簡(jiǎn)單、溫和、普適的手段去高效激活二維Pt基范德華材料中面內(nèi)活性位點(diǎn)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
基于此，近日，我校柔性電子研究院黃維院士團(tuán)隊(duì)方漪蕓課題組與西安交通大學(xué)李鑫哲研究員課題組合作在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials上發(fā)表了題為“Triggering Pt Active Sites in Basal Plane of Van der Waals PtTe2Materials by Amorphization Engineering for Hydrogen Evolution”的研究論文（西北工業(yè)大學(xué)為通訊單位，黃維院士和方漪蕓副教授為共同通訊作者，柔性電子研究院在讀博士研究生趙穩(wěn)為第一作者）。該論文以原子結(jié)構(gòu)精準(zhǔn)的二維Pt基范德華晶體材料作為模型催化劑，利用熱處理策略將原子級(jí)厚度的二維晶體PtTe2納米片（c-PtTe2NSs）轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的氧摻雜非晶納米片（a-PtTe2NSs）。實(shí)驗(yàn)和理論研究共同表明，熱處理過(guò)程中氧原子可破壞c-PtTe2NSs中Pt-Te共價(jià)鍵，從而引發(fā)面內(nèi)Pt原子的重構(gòu)及充分暴露。與此同時(shí)，O 2p軌道和Pt 5d軌道相互作用，可改變Pt活性位點(diǎn)d帶中心、費(fèi)米能級(jí)附近態(tài)密度和電導(dǎo)率等屬性，從而優(yōu)化Pt活性位點(diǎn)與活性氫中間體的吸附強(qiáng)度。在電催化析氫反應(yīng)中，a-PtTe2NSs表現(xiàn)出低的起始電位（~0 mV）、過(guò)電位（14 mV@10 mA cm-2）、塔菲爾斜率（24.5 mV dec-1）和優(yōu)異的穩(wěn)定性（4萬(wàn)次循環(huán)），顯著優(yōu)于商用Pt/C催化劑。此外，該熱處理策略具有較好的普適性，可將原子級(jí)厚度二維PtTe和Pt3Te4范德華晶體材料無(wú)定形化。該研究結(jié)果對(duì)調(diào)控二維Pt基范德華材料的幾何和電子結(jié)構(gòu)提供了有效手段，為研究活性位點(diǎn)微納結(jié)構(gòu)與催化性能之間的構(gòu)效關(guān)系提供了科學(xué)方法，為其它高效Pt電解水催化劑的發(fā)展奠定材料基礎(chǔ)和理論基礎(chǔ)。
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202301593。
（審核：王凡華）
