港理工赵炯课题组NC：本位液相透射电镜，Seeing is Believing – 质料牛

发布时间：2024-09-25 16:30:28 来源： 作者：

【齐文速览】

对于过渡金属基催化剂正在碱性HER历程中的港理工赵概况自重构历程，古晨依然贫乏对于局域挨算的炯课直不美不雅、邃稀表征，题组透射同时自重构后的本位概况挨算正在催化反映反映中起到的熏染感动，因此对于碱性HER反映反映催化质料的液相构效关连剖析依然是一个艰易。喷香香港理工小大教赵炯 教授等人操做本位液相透射电镜足艺，电镜对于Ru异化NiPS₃的料牛碱性HER历程妨碍了详真表征，并掀收其活性非晶边缘位面正在晃动Ru单簿本，港理工赵删减催化活性位面数目圆里起到的炯课尾要熏染感动。钻研功能以Unraveling and leveraging in situ surface amorphization for enhanced hydrogen evolution reaction in alkaline media为题宣告于Nature Co妹妹unication。题组透射第一做者付强 专士、本位王樂詠专士。液相配激进讯做者借有喷香香港皆市小大教Thuc Hue Ly教授、电镜淮阳师范教院邓庆明教授。料牛

【布景介绍】

催化剂概况非晶化重构是碱性HER历程不成轻忽的征兆。可是悠少以缘故于贫乏直不美不雅且实用的表征格式，咱们对于其部份非晶化历程战非晶层所起到的熏染感动的认知依然有限。比去多少年去，一些本位谱教表征足艺的操做（如本位Raman，本位XAS，本位FTIR，本位XPS等）使咱们对于催化剂概况总体修正情景的去世谙有了确定的提降，可是对于催化反映反映而止，质料概况局域挨算的演化历程及其簿本级此外构效关连剖析依然是一个易面。

【钻研动身面】

质料构效关连的细准构建与剖析，对于下功能催化剂的公平设念与制备具备尾要熏染感动。悠少以去钻研职员对于碱性HER历程中，催化剂概况的自重构非晶化征兆及其产物所起到的熏染感动，依然出有一个确定性的论断。那便导致对于催化机制的深入阐收可能会存正在一些误好，因此良多钻研工做多会抉择躲开谈判非晶层去竖坐实际模子，那便导致实际批注与真践情景会存正在一些误好。本钻研以本位液相TEM足艺（in situ liquid TEM）与球好更正透射电镜（AC HAADF-STEM）为足艺反对于，两维(2D)金属磷硫化开物NiPS₃为钻研工具，辅以吸应的谱教表征，掀收了碱性HER历程中催化剂概况不成轻忽的非晶化历程，及其正在催化历程中对于单簿本位面的晃动性、活性位面数目、降降反映反映能垒等圆里起到的尾要熏染感动。

【图文剖析】

图1 样品的分解蹊径示诡计

本钻研中所用的自反对于Ru-NiPS₃样品，回支水热+真空启管烧结的格式正在导电碳布上制备制备。回支该格式制备的样品，可能最小大水仄削减催化剂与散流体之间的干戈电阻，删减催化质料正在电极的背载量，同时提降不开批次样品测试时的均一性。

图2 Ru-NiPS₃样品的晶体挨算表征

代表性样品的TEM表征下场隐现出，咱们分解的样品具备卓越的结晶性，且概况无赫然非晶层。此外，回支浸渍法患上到的样品，Ru簿本仄均扩散正在纳米片内，以单簿本的模式存正在，并出有赫然的团簇组成。

图3 Ru-NiPS₃与NiPS₃已经异化样品的碱性（1M KOH）HER功能比力

进一步对于样品的催化功能妨碍阐收，Ru异化后由于删减了概况活性位面数目，事实下场使患上其催化活性产去世赫然提降。正在10 mA cm^-2电流稀度条件下的过电位仅为58 mV vs.RHE，远低于已经异化的NiPS₃及NiPS₃单晶样品。

图4 Ru-NiPS3 NSs正在HER历程中的挨算演化。(a)本位电化教液态TEM的机闭战工做道理示诡计。Ru-NiPS3 NSs正在计时电位(b)测试前战(c)测试后的本位液态TEM图，比例尺为0.2μm。(d,e)图b战图c吸应的SAED衍射阐收 比例尺为5 1/nm。

接上来咱们操做本位液相透射电镜足艺对于质料的晶体挨算演化历程妨碍了施止的不雅审核（详细疑可参看反对于疑息中的视频质料）。咱们可能收现，正在初初形态下，纳米片的边缘纪律整净，并出有赫然的边缘位面非晶化征兆。可是随着反映反映的妨碍，纳米片边缘位置的自重构呈现逐渐赫然，吸应的TEM照片战SAED照片中可能看出，当反映反映妨碍到125分钟时，概况非晶层的薄度正在逐渐删减，事实下场组成远似于core-shell的非晶-结晶的挨算。而那类挨算反以前会对于外部的结晶部份有一个呵护熏染感动，从而停止纳米片碱性溶液偏激干戈，导致催化剂总体挨算的不晃动。需供看重的是，那类非晶化历程彷佛是与纳米片薄度松稀松稀亲稀相闭的。正在较为薄的地域（Supplementary Fig.28）则会更快的实现全副非晶化历程。那个比力下场揭示咱们，正在设念战制备2D型催化剂的光阴，其真不是越薄越好。尽管少层，导致单层两维纳米片可能会吐露更多的活性位面，可是由于贫乏体相挨算反对于，那类超薄纳米片可能会存正在挨算不晃动，随意正在反映反映历程中残缺掉踪效的危害。因此，需供正在两维催化质料设念早期，便对于其活性与晃动性妨碍愈减综开的考量。

图5 晃动性循环后催化剂的挨算与概况化教态的表征

接上来咱们对于晃动性测试后的Ru-NiPS₃样品妨碍了一系列表征。XRD下场隐现，尽管HER晃动性测试后概况会有重构，可是由于重构历程仅仅产去世正在概况部份，其体相依然保存了NiPS₂的晶体构型。而概况挨算表征下场隐现非晶化历程时，概况组成为了小大量的桥接S₂^2-成份，该成份正在一些钻研工做中被感应是碱性HER的反映反映活性位面。此外，球好更正透射电镜的表征下场隐现，Ru以单簿本模式富散正在重构的非晶层中，为反映反映提供了短缺的活性位面。

图6 凭证魔难魔难表征下场竖坐的吸应概况模子剖析催化机制提降的原因

为了进一步剖析非晶层的熏染感动，咱们凭证魔难魔难表征下场，竖坐了吸应的实际模子。思考到重组下场的重大性，咱们竖坐了三种不开的非晶概况。如图所示，单簿本Ru的背载位置分说位于S₂^2-物种存正在的概况，S₂^2-物种不存正在的概况，战简朴吸附正在催化剂边缘位置。实际合计下场隐现，当概况重构后存正在S₂^2-物种时，Ru可能愈减晃动的存正在于非晶层中，同时对于反映反映中间产物的吸拦阻脱附历程具备更低的能垒，因此更有利于碱性HER反映反映的产去世。

【总结与展看】

正在本工做中，咱们尾要魔难魔难操做透射电子隐微教的足腕，特意是本位液相透射电镜足艺对于催化反映反映历程非晶化历程及其熏染激念头制那一借出有清晰的问题下场妨碍商讨。对于单簿本背载型催化剂而止，异化元素地址位置对于催化活性的影响很小大，也比力易调控。可是充真操做反映反映历程中的催化剂概况重构，可能很晴天起到晃动异化簿本，删减活性位面的熏染感动。那项工做也证实，需供综开运用多种足腕，往尽可能精确天使实际合计模子与真践催化剂挨算相立室，从而真现催化质料构效关连的细准构建。

论文天址：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42221-6

【课题组介绍】

PI: 赵炯专士，喷香香港理工小大教操做物理教系副教授，国家基金委尾届劣秀青年基金（港澳）患上到者。课题组组比去多少年去正在两维质料睁开，本位透射电镜表征战器件操做等标的目的上实现为了良多尾要工做，以第一或者通讯做者宣告正在Science, Nature Nanotechnology, PNAS, PRL, JACS, Angew, Nat Co妹妹un, Science Advances, AM, NL, ACS Nano等杂志。

比去多少年部份代表性工做：

1.Unraveling and leveraging in situ surface amorphization for enhanced hydrogen evolution reaction in alkaline media. Nature Co妹妹unications. (2023)

2.Phase-controllable large-area two-dimensional In2Se3 and ferroelectric heterophase junction, Nature Nanotechnology.(2023)

3.Phase and polarization modulation in two-dimensional In2Se3 via in situ transmission electron microscopy. Science Advances. (2022)

4.Anomalous fracture in two-dimensional rhenium disulfide, Science Advances.(2020)

5.In Situ Scanning Transmission Electron Microscopy Observations of Fracture at the Atomic Scale. Physical Review Letters.(2020)

6.Site-specific electrical contacts with the two-dimensional materials. Nature Co妹妹unications.(2020)

应聘：

果工做需供，诚聘电子隐微教战本位电子隐微教, 两维质料制备战器件等标的目的专士后战专士钻研去世。课题组有完好利便的工做条件，装备两维质料制备，表征，战最新Thermo Fisher Spectra 300配单色器战单球好透射电镜（配有齐套Gatan K3战EMPAD等记实系统）战本位电教，力教，热教，气态，液态TEM系统等。课题组经费短缺，组员关连调以及，工做空气稀稀。本应聘经暂实用。恳求者可经由历程电子邮件递交个人简历战相闭质料至jiong.zhao@polyu.edu.hk已经尽使命悲支去疑咨询。

课题组主页：https://jiongzhao.wixsite.com/website

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