北京大学张锦课题组–石墨炔/石墨烯异质结构上的原子pd作为芳香氮还原的有效催化剂 | 山东利特纳米技术有限公司-pg电子试玩入口

单原子催化剂(sacs)以其最大的原子利用效率，近年来在催化科学领域引起了极大的研究兴趣。为了sacs的进一步发展，需面临以下挑战：i)如何稳定和避免sacs的聚合，ii)如何提高支撑物的比表面积和导电性，iii) 如何以低成本实现规模化生产，因此合成了一种由单个pd原子组成的sac，并且固定在设计良好的石墨炔/石墨烯(gdy/g)异质结构(pd1/gdy/g)上。通过对4-硝基苯酚的还原反应，可以看出pd1/gdy/g具有较高的催化性能。此外，密度泛函理论计算表明，gdy/g异质结构中石墨烯在提高电子转移过程的催化效率起到了关键作用，这源于石墨烯的费米能级与gdy的最小导带之间的差距。gdy/g异质结构为制备高效、稳定的sacs提供了良好的支撑，可广泛应用于未来工业反应。

figure 1. 通过基于溶液的vdw外延法合成gdy/g异质结构的实验装置示意图，pd₁/gdy/g制备并催化4-np还原。

figure 2 a) gdy/g粉末图。b-d) gdy/g的sem、afm、tem图。e)在单层石墨烯上合成的gdy的hrtem图像。f)gdy/g薄膜的saed图。g)单层石墨烯上合成gdy/g的sem图。h)石墨烯二维带(2682 cm^-1)的拉曼映射图。i) gdy的碳-碳三键(2174 cm^-1)。j)在(i)中选定位置不同位置的拉曼光谱。k) gdy/g元素c 1s的窄扫描xps谱。

figure 3 a) pd₁/gdy/g-o的原子分辨率haadf-stem图。b) pd₁/gdy/g-o的元素映射。c)  pd₁/gdy/g-o，pd箔和pd o的pd k-边缘xanes曲线。d) pd₁/gdy/g-o和pd箔的exafs光谱。e)用于pd₁/gdy/g-o和pd₁/gdy/g的pd 3d的高分辨率核心能级光谱。f) gdy/g和 pd₁/gdy/g的拉曼光谱。g) gdy上c点吸附pd单原子的几何结构俯视图和侧视图。h) gdy/g异质结构中gdy与石墨烯电荷密度差的顶侧图。i)pd₁/gdy/g内c₁和c₂轨道的pd 4d和c₂轨道的pdos比较。

figure 4在a) pd₁/gdy/g和b)pd₁/gdy催化的4-np还原过程中记录的时间依赖性紫外-可见吸收光谱。c)由pd₁/gdy/g-1和pd₁/gdy催化还原4-np反应时间的ln(c_t/c₀)图。d)十个催化循环后pd₁/gdy/g的催化性能。e)连续流动设置的图像，评估4-np反应中的催化剂性能。f)连续模式下还原前(蓝色曲线)和还原后(红色曲线)记录的uv-可见吸收光谱。g)还原后较低溶液在400 nm和300 nm处的吸光度随反应时间的变化。

figure 5 a) pd₁/gdy/g和pd₁/gdy上4-np的氢化的势能曲线。b)石墨烯和gdy的电子能。石墨烯和gdy之间真实空间电子再分布的c)顶部图和d)侧面图。e) pd₁/gdy/g催化4-np还原机理示意图。

相关研究成果于2019年由北京大学jin zhang课题组，发表在adv. funct. mater.（https://doi.org/10.1002/adfm.201905423）上。原文：atomic pd on graphdiyne/graphene heterostructure as efficient catalyst for aromatic nitroreduction。

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