2024年6月19日，Sci. Adv.在线发表了厦门大学徐俊教授、廖洪钢教授和许清池副教授课题组的研究论文，题目为《Pd-intercalated black phosphorus: An efficient electrocatalyst for CO2 reduction》，论文的第一作者为Liangping Xiao和Qizheng Zheng。
纳米限域是指在纳米尺度范围内限制原子或团簇的行为，是改变催化剂几何和电子特性的一种有效工具。与其他基准体系不同，界面限域反应已成为一种实现高度稳定和选择性催化的有前途策略。这种方法可以调节反应物与催化中心的结合，并直接影响体相溶液的质量传输速率。在电化学CO2还原领域，纳米限域催化剂脱颖而出，在反应选择性、催化活性、鲁棒性和微环境调节方面取得了进步，同时也减少了竞争性吸附现象。尽管它们很有效，但由于形成机制尚不清楚，制备纳米限域催化剂具有挑战性。
在此研究中，作者介绍了一种电化学方法，在二维黑磷的层间生长Pd团簇，产生Pd团簇插层黑磷（Pd-i-BP）作为电催化剂。利用原位电化学液相透射电子显微镜（EC-TEM）揭示了Pd-i-BP的合成机制，包括电化学驱动的Pd离子插入和BP层内的还原。Pd-i-BP电催化剂表现出典型的CO2到甲酸的转化，实现了甲酸生产的90%法拉第效率，这是由于其独特的纳米限域结构稳定了中间体并增强了电子转移。密度泛函理论（DFT）计算强调了增强中间体吸附和催化反应的结构优势。这项研究见解加深了对纳米限域材料合成的理解，这是一种有前途的先进高效催化剂。
图1 纳米限域Pd-i-BP纳米片形成的EC-TEM可视化
图2 非原位条件下纳米限域Pd-i-BP纳米片的合成与表征
图3 纳米限域Pd-i-BP纳米片的CO2RR性能
图4 纳米限域Pd-i-BP中CO2RR性能增强的来源
Xiao, L., Zheng, Q., Luo, S. et al. Pd-intercalated black phosphorus: An efficient electrocatalyst for CO2 reduction. Sci. Adv., 2024, 10, eadn2707. https://doi.org/10.1126/sciadv.adn2707
