相变为合成具有非常规相的纳米材料提供了一种策略,从而能探索其独特的性质和应用。基于此,中国科学技术大学洪勋教授、杨晴教授和郑晓教授等人报道了首先利用原位扫描透射电镜(STEM)观察了Pt纳米颗粒在RuO2表面的非晶化。在析氧反应(OER)中,合成的非晶态Pt/RuO2催化剂的质量活性比商用RuO2催化剂提高了14.2倍。非晶态Pt/RuO2水电解槽在1.70 V下电流密度达到1.0 A cm-2,在200 mA cm-2下稳定80 h以上。
通过DFT计算,作者研究了Pt在RuO2表面的非晶态化过程。以具有金红石结构的RuO2(110)表面作为模型,因为它是RuO2金红石的热力学稳定晶面,也是催化剂的主要暴露晶面。Pt原子从Pt团簇向RuO2表面转移的能垒为0.57 eV,表示为终态(FS),低的动能势垒表明在动力学上是可行的。FS相对于IS的还原能量约为0.2 eV,从热力学角度来看FS是一个可行的过程。
较低的动能势垒和适宜的热力学驱动力表明,Pt原子更倾向于分散在RuO2表面。通过AIMD模拟发现,在600 K时,0.5 ps后团簇中Pt原子的有序排列被破坏,在1-2 ps后,团簇中的Pt原子进一步非晶态化,逐渐向RuO2表面扩散。经过4ps后,Pt团簇在RuO2表面坍塌形成非晶态结构。
Surface-Diffusion-Induced Amorphization of Pt Nanoparticles over Ru Oxide Boost Acidic Oxygen Evolution. Nano Lett., 2024, DOI: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c01036.