通过阐明金属和载体之间的关系来创建活性位点来提高金属催化剂的质量活性和耐久性是一个主要的挑战。本研究将超细钯纳米颗粒(Pd NPs)负载在碱化的Ti₃C₂ (alk-Ti₃C₂)上，获得一个活性界面集团。Pd负载量为1.0 wt.%的Pd/alk-Ti₃C₂催化剂在氨硼烷(AB)水解反应中表现出最高的活性，初始翻转频率为230.6 min^-1。综合分析表明，钯和alk-Ti₃C₂产生了集团激发效应。alk-Ti₃C₂的羟基化调控钯的局部配位环境。分别由缺电子载体alk-Ti₃C₂和富电子Pd组成的钯原子聚集体和-OH基团轻松地激活了水和氨硼烷。界面活化进一步保证了Pd/alk-Ti₃C₂界面氢的高效生成。该工作为开发高活性的氨硼烷水解贵金属催化剂开辟了新的途径。
 
  
图1制备Pd/alk-Ti₃C₂复合材料示意图
 
 
图2 (a) Ti₃C₂、alk-Ti₃C₂、Pd/alk-Ti₃C₂的XRD分析，Pd加载量为1.0 wt.%。(b) Ti₃C₂， (c) alk-Ti₃C₂， (d) 1.0 wt.% 负载量的Pd/alk-Ti₃C₂的SEM图像。(e, f) 1.0 wt.% Pd/alk-Ti₃C₂的TEM图像，(g) 1.0 wt.% Pd/alk-Ti₃C₂的HRTEM图像。(h) Pd (i)， O (j)， Ti (k)， C (l)分别为1.0 wt.%的Pd/alk-Ti₃C₂的HAADF-STEM图像和相应的EDX映射。
 
  
图3 Ti₃C₂、alk-Ti₃C₂和Pd/alk-Ti₃C₂的Raman谱图，(b) Ti₃C₂、alk-Ti₃C₂和Pd/alk-Ti₃C₂的FT-IR谱图。Pd/alk-Ti₃C₂和Pd催化剂的Pd3d (c)， c1s (d)。Pd/alk-Ti₃C₂的Ti 2p (e)， O 1s (f)的XPS谱。
 
  
图4. (a) Pd/alk-Ti₃C₂、Pd和alk-Ti₃C₂水解AB的产氢时间，(b) AB水解时对应的rB值，(c) Pd/alk-Ti₃C₂在不同温度下水解脱氢的催化活性，(d)不同温度下对应的Arrhenius图和rB。(e, f) Pd/alk-Ti₃C₂催化剂水解AB的循环性能。(g) Pd/alk-Ti₃C₂、Pd/CeO₂、Pd/C、Pd/TiO₂、Pd/GO、Pd/Al₂O₃、Pd/g- C₃N₄催化剂AB水解制氢的比较(h)对应的TOF值。
 
 
图5 NH₃BH₃ (a)和H₂O (b)在alk-Ti₃C₂, Pd (111)， Pd/alk-Ti₃C₂表面的能量分布。NH₃BH₃ (c)在alk-Ti₃C₂, Pd (111)， Pd/alk-Ti₃C₂上的解离路径和过渡态，H₂O (d)在alk-Ti₃C₂, Pd (111)， Pd/alk-Ti₃C₂上的解离路径和过渡态。(e) Pd/alk-Ti₃C₂催化剂上AB水解可能的反应机理。
  
       相关科研成果由河南理工大学刘宝忠教授，卞琳艳老师等人于2021年发表在ACS Sustainable Chemistry & Engineering（https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.1c04249）上。原文：Ensemble-Exciting Effect in Pd/alk-Ti₃C₂ on the Activity for Efficient Hydrogen Production。

转自《石墨烯杂志》公众号