继连发三篇NCS子刊之后，黄小青团队又发EES！
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阅读： 2022/3/22 17:41:14
前言介绍
在2022年3月2日，厦门大学黄小青教授课题组及其合作者在Chem、Science Advances上刊发研究论文！详情见：厦门大学黄小青课题组，同一天刊发Science Advances、Chem！
仅隔两天，在2022年3月4日，黄小青教授课题组及其合作者继续在Nature Communications上发表研究论文。详情见：厦门大学黄小青教授，三天连发Science子刊、Nature子刊、Chem！
在2022年3月11日，黄小青教授课题组及其合作者继续在Energy & Environmental Science上发表研究论文。接下来，让我们一睹为快！
最新成果介绍
超薄二维（2D）纳米结构由于其独特的性质和在不同领域的应用而受到越来越多的关注，但是在没有封端剂的情况下可控合成超薄2D纳米结构仍然具有挑战。基于此，厦门大学黄小青教授、广东工业大学徐勇教授、苏州大学王璐教授（共同通讯作者）等人报道了一种自上而下的策略，通过对ZnIr(OH)6钙钛矿氢氧化物进行热处理来制备没有封端剂的2D铱（Ir）基超薄纳米片（NSs）（1.3 nm）。
作者系统研究了热处理过程中的结构转变。原位X射线衍射（XRD）和拉曼光谱分析表明，在H2存在下，ZnIr(OH)6 NSs的结构演化经历了脱水和非晶化形成无定形氧化物，并进一步演化为晶态Ir和氧化锌。合成的超薄基于Ir的NSs显示出对高温（例如300 oC）的高稳定性和对整体水分解的优异性能。在碱性和酸性电解液中，电池电压的电流密度达到10 mA cm-2只需要1.482 V和1.508 V，明显低于商用的Pt/C||Ir/C（在碱性电解液中为1.576 V，在酸性电解液中为1.595 V）。该工作不仅为无封端剂的2D Ir基NSs的合成提供了一种简便的策略，而且促进了电催化等催化剂设计的基础研究。
背景介绍
随着纳米科学技术的发展，包括石墨烯、过渡金属硫属元素化物（如MoS2）和2D金属（如Pd、Rh）纳米片（NSs）在内的各种2D纳米结构已被成功合成。2D纳米结构具有高各向异性、不饱和表面配位和高电子迁移率等优点，通常表现出比其本体对应物显着增强的催化性能。例如，单原子层Rh NSs比Rh NPs和商用Rh/C对苯酚加氢显示出更高的活性和选择性。尽管具有很好的性能，但是由于超薄2D金属基纳米结构的巨大表面能，其可控合成仍面临巨大挑战。为了实现超薄2D金属基纳米结构的各向异性生长，需要借助封端剂。
然而，封端剂的存在会阻断纳米结构的表面位置，从而影响纳米结构的催化性能。同时，表面封端剂可能与金属纳米结构的表面原子相互作用，改变其电子性质，从而极大地限制了对机理的深入理解。尽管人们在去除表面封端剂方面付出了很大的努力，但从表面完全去除封端剂非常具有挑战性。此外，封端剂的剥离可能导致NSs的形态变化。因此，开发无封端剂的2D超薄纳米结构的有效制备策略非常有意义。
图文速递
图1. ZnIr(OH)6 NSs和d-ZnIr(OH)6 NSs的形貌表征
图2. ZnIr(OH)6 NSs和d-ZnIr(OH)6 NSs的结构表征
图3. ZnIr(OH)6 NSs到d-ZnIr(OH)6 NSs演化过程的原位表征
图4. 不同催化剂在1.0 M KOH中的电化学性能
图5.不同催化剂在0.5 M H2SO4中的电化学性能
图6. DFT计算结果
小 结
总之，作者通过在没有封端剂的情况下对ZnIr(OH)6钙钛矿氢氧化物进行热处理，制备了平均厚度为1.3 nm的超薄2D Ir基NSs。原位表征表明，ZnIr(OH)6中丰富的氢键导致NSs自组装形成交联和起皱的形态。当ZnIr(OH)6 NSs在H2/Ar中进行热处理时，ZnIr(OH)6在50-200 oC温度范围内发生脱水和非晶化形成无定形氧化物，在H2存在下，进一步演变为具有晶态化Ir和ZnO的d-ZnIr(OH)6 NSs。这种超薄NSs（d-ZnIr(OH)6 NSs/C）对热处理表现出优异的稳定性，可作为碱性和酸性条件下整体水分解的稳健催化剂。
具体而言，在d-ZnIr(OH)6 NSs/C在碱性和酸性电解质中分别需要为1.482 V和1.508 V电池电压即可达到10 mA cm-2的电流密度，明星低于在相同条件下的商用Pt/C||IrOx（碱性电解液为1.548 V，酸性电解液为1.553 V）。据所知，d-ZnIr(OH)6 NSs/C的性能优于大多数已报道的整体水分解催化剂。该工作不仅为无封端剂的超薄2D Ir基NSs的制备提供了一种简便的策略，而且也促进了多相催化等催化剂设计的基础研究。
文献信息
Ultrathin Perovskite Derived Ir-Based Nanosheets for High-Performance Electrocatalytic Water Splitting. Energy Environ. Sci., 2022, DOI: 10.1039/D1EE03687D.
https://doi.org/10.1039/D1EE03687D.
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