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Angew. Chem. :C₆₀富勒烯诱导金属纳米团簇合成

相较于金属块体或纳米颗粒,金属纳米团簇由于其尺寸较小,表面原子占比高,通常会表现出更高的催化活性。将金属团簇化已成为提高金属利用率和催化活性的有效途径。然而,制备纳米金属簇通常需要借助具有缺陷或经过改性的碳载体,而这一过程往往涉及复杂的步骤(如化学氧化/功能化、掺杂及刻蚀)和苛刻的合成条件。


C60富勒烯是一种分子碳,具有弯曲的、活性的碳表面,表面的六元环(η6)、五元环(η5)、碳-碳键(η2)和单个碳原子(η1)都是潜在的金属锚点,DFT理论模拟计算表明,与石墨烯相比,C60对常见的贵金属原子(Rh,Ir,Pt,Pd,Au和Ru)具有更强的吸附能力,为有效锚定金属原子形成均匀分散的金属团簇提供了可能。



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近日,华中科技大学材料科学与工程学院李芳芳教授课题组,将C60富勒烯作为还原剂、稳定剂和碳载体,在温和条件下(室温~40℃)实现了多种贵金属离子(Rh,Ir,Pt,Pd,Au和Ru)的自发还原-沉积,获得了平均尺寸为2nm、分布均匀的金属纳米团簇。C60表面多个强吸附位点限制了金属原子的迁移,从而稳定了金属纳米团簇,合成了一系列富勒烯支撑的金属纳米团簇,即使经过300热处理,金属纳米团簇依然能够稳定存在。

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合成的Ru/C60-300表现出良好的电催化析氢(HER)性能,C60的吸电子特性驱动了电荷从Ru金属团簇向C60转移,电荷再分布优化了反应中间体在金属Ru团簇活性位点的吸附行为,加速了析氢反应的动力学。

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该工作提出了一种简单温和、不添加额外还原剂、无需载体预处理工艺的金属纳米团簇合成方法,证明了富勒烯在金属纳米团簇合成和催化反应中的独特作用,庞大的富勒烯家族以及种类繁多的金属为富勒烯负载金属纳米团簇的合成和应用提供了广阔空间。

文信息

C60 Fullerene-Induced Reduction of Metal Ions: Synthesis of C60-Metal Cluster Heterostructures with High Electrocatalytic Hydrogen-Evolution Performance

Wenhao Yang, Qi Huang, Yingying Yan, Yaozhou Li, Tingting Xu, Ao Yu, Yihang Zhao, Ping Peng, Ying Wang, Luis Echegoyen, Fang-Fang Li


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202414149




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