全面解讀厚僅1納米顯著提升小分子電催化性能的PdIr雙金屬烯

具有原子層厚度的二維金屬材料是極具前景的電催化材料，但其制備仍然極具挑戰(zhàn)。最近，北京大學郭少軍教授團隊在《國家科學評論》（National Science Review, NSR）發(fā)表研究論文，報道了一種新方法制備出的原子級厚度鈀-銥（PdIr）“雙金屬烯”（因結構與石墨烯相似而命名），其平均厚度僅1.0 nm，約五個原子層，橫向尺寸在20-30 nm之間，且具有特殊的彎曲結構。

PdIr雙金屬烯的制備流程

PdIr雙金屬烯的結構形貌表征

電化學測試結果表明，該彎曲型PdIr雙金屬烯的電化學活性面積高達127.5±10.8 m2gPd+Ir-1，是目前報道的貴金屬催化劑中的佼佼者。而且，它在不同電催化反應中均表現(xiàn)出優(yōu)異性能：

作為析氫反應（HER）催化劑，PdIr雙金屬烯達到10 mA cm-2的過電位僅為34 mV，在70mV過電位下的質量比活性為2.67 A mgPd-1，是商業(yè)化Pd/C催化劑的33倍（下圖a, b）。

作為甲酸氧化反應（FAOR）催化劑，PdIr雙金屬烯在相對RHE為0.5 V電位下的質量活性為2.7 A mgPd+Ir-1，5倍于商業(yè)化Pd/C催化劑（下圖c, d），代表了目前報道的Pd基FAOR催化劑的最高水平。

PdIr雙金屬烯的催化性能

研究者進一步探討了PdIr雙金屬烯提升電催化反應性能的機制。擴展X射線吸收精細結構譜和X射線衍射結果表明，不同于一般合金納米粒子，PdIr雙金屬烯中存在一定的本征晶格拉伸應變(1.1%)。密度泛函理論計算揭示，雙金屬烯彎曲結構帶來的晶格切向應變，可以誘導其表面發(fā)生晶格畸變，從而形成具有不同配位狀態(tài)的表面Pd、Ir活性位點，有助于顯著降低電催化析氫反應和甲酸氧化反應的能壘，從而促進電催化反應。

PdIr雙金屬烯應變效應的理論計算

該工作深入揭示了這類‘金屬烯’材料獨特的應變效應，及其對提升電催化性能的有效性，為高效能源電催化應用提供了重要的材料基礎和技術支撐。

該研究在球差電鏡分析方面與美國布魯克海文國家實驗室蘇東研究員合作，在理論模擬方面與香港理工大學黃勃龍教授合作。研究受到國家杰出青年科學基金和首屆北京市杰出青年基金等項目資助。

編輯：jq