第一作者：Yan Lv

通讯作者：Hongmei Zhang

通讯单位：Xinjiang University

研究内容：

碳负载金属纳米催化剂在工业中的多相催化方面受到了广泛关注。寻找与金属纳米催化剂具有强相互作用的合适且高效的碳载体是一项紧迫的任务。在此，在碳纳米管侧壁上装饰的精心设计的石墨炔层（CNT@GDY）用作新型碳载体。这种独特的混合结构有效地均匀而牢固地捕获尺寸为 0.65 nm 和 1.05 nm 的铂和钯原子团簇 (Pt/Pd-ACs)，形成新型碳负载金属纳米催化剂 (Pt(Pd)-ACs/CNT @ GDY)分别具有高效产氢效率和芳香族硝基还原效率。Pt-ACs/CNT@GDY 的 HER电流密度为 10 mA cm^-2时，在 0.5 M H₂SO₄ 中具有 23 mV 的小过电位，显示出比商业 Pt/C 催化剂大大增强的质量活性和内在活性。Pd-ACs/CNT@GDY 还表现出优异的催化活性和 38.0 min^-1 的高转化频率，用于芳族硝基还原。事实证明，碳载体具有优异的导电性、丰富且均匀的反应位点、低氧化还原电位、更大的电负性表面和大比表面积以及与活性炭的强相互作用，正如理想载体所预期的那样，可应用于其他金属负载催化剂。。 

要点一：

本文中，几层 GDY 无缝地包裹在 CNT 的侧壁上，形成了一种新型的 CNT@GDY 碳载体。这种组合使载体具有优异的导电性、丰富且均匀的反应位点、低氧化还原电位、更多负电性表面和大比表面积。

要点二：

通过化学沉积方法在载体上沉积 Pt(Pd)-ACs 可以用作高效的异质结催化剂 (Pt(Pd)-ACs/CNT @ GDY)。高度分散的 Pt(Pd)-ACs 分别显示出 0.65 nm 和 1.05 nm 的小尺寸，并且与载体具有很强的相互作用力。所制备的 Pt-ACs/CNT@GDY 表现出优于商业 Pt/C 的质量活性和周转频率以及出色的耐久性。Pd ACs/CNT@GDY 还表现出优异的催化活性和比以单一组分作为载体的芳族硝基还原的周转频率高得多。这些结果表明，新型 CNT@GDY 杂化物可以作为金属载体催化剂的有效载体。

图1.M-AC/CNT@GDY制备工艺示意图（左）。CNT、GDY和CNT@GDY的功函数(右)。

图2. a,b) CNT@GDY (CNT@GDY-25) 的 SEM 和 TEM 图像。c) CNT 和 CNT@GDY 的拉曼光谱。d) CNT@GDY 的 C1s XPS 谱。e) CNT 和 CNT@GDY 的 N₂ 吸附等温线，插图是相应的孔宽分布。f) CNT、GDY 和 CNT@GDY 的 Zeta 电位。g) CNT@GDY 的 UPS 光谱。

图3. a-c) Pt ACs/CNT@GDY 和 e-g) Pd-ACs/CNT@GDY 的 TEM 和 STEM 映射图像。d) XRD 图案，h) 拉曼光谱，i) EDS 光谱，和 j) 样品的 XPS 光谱。k) 商用 Pt/C、K₂PtCl₄ 前体和 Pt ACs/CNT@GDY 的高分辨率 XPS Pt 4f 光谱，l) Pd-ACs/CNT@GDY 的高分辨率 XPS Pd 3d 光谱。

图4. a) 在 Ar 饱和的 0.5 m H₂SO₄ 溶液中以 5 mV s^-1 的扫描速率记录的 Pt ACs/CNT@GDY、Pt/CNT 和 Pt/C 催化剂的线性扫描伏安图。b) 质量活动，插图是 100 mV 过电位下的质量活动。c) 塔菲尔斜率和交换电流密度。d) 单位 Pt 量的活性位点数量和 η = 100 mV 时的周转频率。e) 计时电位测量从 10 到 100 mA cm^-2 记录 2 小时，然后返回到 10 mA cm^-2。 

图5. a) 在存在 Pd/CNT@GDY 纳米复合材料的情况下，4-NP 催化还原过程中记录的与时间相关的 UV-vis 吸收光谱。插图是与 NaBH₄ 还原 4NP 相关的颜色变化。b) ln(Ct/C0) 作为不同样品催化的 4-NP 还原反应时间的函数图。c）10次催化循环后Pd-ACs/CNT/GDY的催化性能。

参考文献：

Yan Lv, Xueyan Wu, He Lin, Jiaxin Li, Hongbo Zhang, Jixi Guo, Dianzeng Jia, and Hongmei Zhang. A Novel Carbon Support: Few-Layered Graphdiyne- Decorated Carbon Nanotubes Capture Metal Clusters as Effective Metal-Supported Catalysts, Small 2021, 17, 2006442.