Chem. Eur. J. :氮掺杂多壁碳纳米管隔离MoS2纳米片用于分散铂纳米粒子及其对甲醇燃料电池的研究

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广西师范大学化学与药学学院陈卫教授、樊友军教授和陈杜宏博士提出一种以氮掺杂的多壁碳纳米管作为隔离单元削弱二硫化钼的p-p相互作用,从而激活其基面的方法。所构筑的基底导电性好且可用于分散铂纳米粒子。基于以上特性,所制备的Pt/NMWCNTs-isolated-MoS2催化剂对甲醇氧化和氧还原反应表现出优异的催化活性和稳定性。



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具有直接半导体带隙、丰富的化学成分和独特材料特性的二维层状过渡金属二硫化物已成为纳米材料化学本征催化活性的新范式。其中,二硫化钼(MoS2)因其成本低和边缘活性位点丰富被广泛应用于氢析出等电催化领域。然而,MoS2基面活性差,其催化性能没有得到充分利用。目前,研究者尝试利用杂原子掺杂、界面工程等方法来激活基面,期待进一步促进其催化性能。但是,激活基平面并最小化MoS2的π-π堆叠极具挑战性。近年来,具有高稳定性、优异的导电性和大固有载流子迁移率的多壁碳纳米管(MWCNTs)常被用作分散金属纳米颗粒或单个原子的催化基底。此外,一维MWCNTs有助于降低自聚集并通过形成网状结构来保持原始表面。基于此,广西师范大学化学与药学学院陈卫教授、樊友军教授和陈杜宏博士开发了一种激活基面并减少二维材料π-π堆叠的策略。该策略利用氮掺杂的多壁碳纳米管作为隔离单元,有效削弱二硫化钼片层的范德华力,最大限度保持原始表面积,提高导电性,并激活其基面活性。所制备的Pt/NMWCNTs-isolated-MoS2催化剂对甲醇氧化(MOR表现出优异的电催化性能。与MoS2上负载的Pt纳米颗粒(Pt/MoS2)相比,Pt/NMWCNTs-isolated-MoS2的MOR活性(2314.14 mA mg–1Pt)和稳定性(运行2 h后MOR活性为317.69 mA mg–1Pt)分别高24倍和232倍。另外,Pt/NMWCNTs-isolated-MoS2对氧还原反应(ORR)具有较大的半波电位(0.88 V)和较高的稳定性(工作22 h后电流密度为92.71%)。本研究所提出的一种激活基底平面并减少二维材料π-π堆叠的方法有望用于制造其他二维材料并应用于能源与环境等领域。

文信息

Sheet-Isolated MoS2 Used for Dispersing Pt Nanoparticles and its Application in Methanol Fuel Cells

Qiulan Huang, Mengping Yang, Karuppasamy Kohila Rani, Limin Wang, Ruixiang Wang, Xiaotian Liu, Dujuan Huang, Zhongyun Yang, Rajkumar Devasenathipathy, Dr. Du-Hong Chen, Prof. Youjun Fan, Prof. Wei Chen 

该工作主要由硕士研究生黄秋兰完成,得到国家自然科学基金(22162006, 22102035)和省自然科学基金(2019GXNSFGA245003 2021GXNSFBA220077, GUIKE AD23026050)的资助。


Chemistry – A European Journal 

DOI: 10.1002/chem.202302934

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