表面暴露金字塔结构的氧化物纳米线阵列应用于高效电催化

催化新材料对能源的产生和转化、环境的保护和治理发挥着关键作用。控制催化剂表面原子结构是提高催化性能的最有效途径。由于纳米技术的发展，科学家已经可以很好地调控贵金属表面的原子结构。但是，负载型贵金属及氧化物纳米催化剂结构和尺寸的可控制备仍然是能源催化领域的一大挑战。

天津大学材料学院的杜希文教授带领的新能源材料研究所凌涛副教授研究团队与阿德莱德大学乔世璋教授合作，利用气相阳离子交换的方法在导电基底上大面积可控地制备高活性CoO纳米线阵列。原子分辨率球差电镜和X-射线近边吸收结果表明CoO纳米线表面暴露织构化的金字塔结构，这种特殊的结构由两个{100}面和两个高表面能的{111}面组成，且表面富含氧空位。进一步的理论计算表明在金字塔{111}表面引入氧空位后能实现有效的反应物活化、理想的反应中间体吸附及快速的电荷转移。因此，这种具有特殊表面原子结构的CoO纳米线获得了迄今最好的氧还原与氧析出(ORR-OER)双功能催化活性。该工作发表于Nature Communications上¹。

凌涛副教授研究团队与乔世璋教授进一步将这种具有特殊表面原子结构的CoO纳米线应用于负载型贵金属研究。他们利用工业成熟的磁控溅射方法在CoO纳米线外表面沉积Pt纳米颗粒形成Pt/CoO复合催化剂，Pt的颗粒尺寸可以通过磁控溅射时间和电流精确调控。更为重要的是，因为CoO和Pt具有相同的面心立方结构和相近的晶格常数，Pt/CoO复合催化剂具有原子级匹配的界面。

进一步理论计算揭示这种完美的金属/氧化物界面有利于增强两者的电子相互作用：电子更易于从CoO转移至Pt，进而有效调控Pt的电子结构，降低了其d带中心，使Pt表层原子更适宜吸附氧还原反应中间体。因此，这种强耦合Pt/CoO负载型催化剂获得了优异的氧还原性能，其催化活性是商业Pt/C催化剂的3倍。该工作发表在Advanced. Materials上²。

1. 该论文作者为：Tao Ling, Dong-Yang Yan, Yan Jiao, Hui Wang, Yao Zheng, Xueli Zheng, Jing Mao, Xi-Wen Du, Zhenpeng Hu, Mietek Jaroniec, Shi-Zhang Qiao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Engineering surface atomic structure of single-crystal cobalt (II) oxide nanorods for superior electrocatalysis

Nature Commun., 2016, 7, 12876, DOI: 10.1038/ncomms12876

2. 该论文作者为：Chao Meng, Tao Ling, Tian-Yi Ma, Hui Wang, Zhenpeng Hu, Yue Zhou, Jing Mao, Xi-Wen Du, Mietek Jaroniec, Shi-Zhang Qiao

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Atomically and Electronically Coupled Pt and CoO Hybrid Nanocatalysts for Enhanced Electrocatalytic Performance

Adv. Mater., 2017, 29, 1604607, DOI: 10.1002/adma.201604607

凌涛博士简介

凌涛，天津大学材料学院副教授。2009年于清华大学材料科学与工程系获得博士学位，2009年10月起就职于天津大学。2015年至2016年在澳大利亚阿德莱德大学化工学院乔世璋教授研究组做访问学者。

在新型纳米结构设计、表面原子结构表征及在能源转换器件（如量子点太阳能电池、燃料电池）、高性能催化（如电催化、光电催化）等领域的应用研究方面获得了一系列研究结果。第一/通讯作者在Nature Communications, Nano Letters, Advanced Materials, Advanced Functional Materials 等高水平SCI收录期刊上发表论文30多篇，研究成果被Adv. Mater.、 Nanoscale、J. Mater. Chem. 以封面形式报道。

乔世璋教授简介

乔世璋教授在天津大学化工系获得学士和硕士学位后留校任讲师，1996年初赴香港科技大学攻读博士学位。2000年学成后赴新加坡南洋理工大学任研究员，2001年赴澳大利亚，在昆士兰大学先后任博士后、研究员、高级研究员及副教授。2012年起在阿德莱德大学化工学院任纳米技术首席教授。

乔世璋教授在硅、碳、金属氧化物孔材料、氧化物单晶合成及其在生物吸附、分离、催化、燃料电池、太阳能电池研究领域取得了令人瞩目的成绩。作为通讯联系人，在Nature、Nature Energy、Nature Communications、Journal of American Chemical Society、Angewandte Chemie-International Edition、Advanced Materials 等期刊发表超过250篇论文，引用超过18000次，h指数为73。

X-MOL催化领域学术讨论QQ群（210645329）