组合掺杂引入新型、多种镉配位方式增强金纳米团簇的电催化性能

作     者：刘真 孟祥福 古万苗 查珺 闫楠 尤青 夏楠 王辉 伍志鲲 Zhen Liu;Xiangfu Meng;Wanmiao Gu;Jun Zha;Nan Yan;Qing You;Nan Xia;Hui Wang;Zhikun Wu

作者机构：中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所中国科学院材料物理重点实验室安徽省纳米材料与技术重点实验室中国科学院纳米卓越中心合肥230031 中国科学技术大学研究生院科学岛分院合肥230026 安徽大学物质科学与信息技术研究院合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院强磁场实验室合肥230031 中国科学技术大学材料科学与工程系合肥微尺度物理科学国家实验室合肥230026 

出 版 物：《物理化学学报》 (Acta Physico-Chimica Sinica)

年 卷 期：2023年第39卷第12期

页      面：79-86页

核心收录：

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

基　　金：国家自然科学基金(21829501,21925303,22171267,22171268,21771186,21222301,21171170,21528303) 安徽省自然科学基金(2008085MB31,2108085MB56) 中国科学院合肥研究院院长基金(BJPY2019A02) 中国科学院合肥科学中心协同创新项目(2020HSC-CIP005,2022HSC-CIP018)资助 

主　　题：金属纳米团簇 组合掺杂 镉配位方式 构效关系 电催化CO_(2)还原 

摘      要：为提高金纳米团簇电催化还原二氧化碳生成一氧化碳的电流密度,本文引入了一种组合掺杂法(同时掺入硫和镉),合成一种新型Au-Cd纳米团簇—Au41Cd6S2(SCH2Ph)33,并对其组成结构进行了精确表征。单晶结构表明,它包含一个双二十面体的Au23内核,所有的镉原子都掺杂在外壳层中且具有多种配位环境,外层staple(类订书针结构)除两个常见的Au3(SR)4三聚体外,还有两条独特的Au5Cd2(SR)9S长staple交叉覆盖在内核顶部,此外还发现了(S-Au-S)2(CdS-S-CdS)四聚体,这种两个Cd原子通过S原子直接相连的结构也为首次报道。与“同核异壳的Au38(SCH2Ph)24团簇相比,Au41Cd6S2(SCH2Ph)33表现出更高的法拉第效率(−0.7 V电位时达99.3%)和更高的CO分电流密度(−0.9 V电位时为120 mA∙cm^(−2))。利用理论计算结果对Au41Cd6S2(SCH2Ph)33的高催化活性进行了解释,揭示Cd-Cd是最高活性位点,离内核最远的Au-Cd位点在同时考虑活性和选择性的情况下是最优的活性位点。本工作提供了一种提高金纳米团簇催化性能的策略,对金纳米团簇的合成、结构及构效关系研究具有重要的启发意义,有望推动相关研究的开展。