中國科學院過程工程研究所開發快速焦耳熱耦合球磨固相混合法實現貴金屬硫族化合物納米材料普適性制備
貴金屬硫族化合物因其具有豐富的晶體構型，兼具成本優勢，近年來在電催化領域展現出良好的潛在應用。過程工程所研究員楊軍、劉卉和徐文青合作，開發了一種耦合球磨固相混合和快速焦耳熱法，用以實現貴金屬硫族化合物納米材料的普適性制備。近日，相關研究成果發表在Advanced Functional Materials上 (DOI: 10.1002/adfm.202405945)。
貴金屬硫族化合物是由貴金屬(Pd、 Pt、 Ir、 Ru)和硫族元素(S、Se、Te)所組成的一類化合物。向鈀（Pd）金屬中引入元素，構建Pd基硫族化合物，可減弱氧還原(ORR)和乙醇氧化（EOR）等典型電化學反應中，關鍵中間產物在Pd位點的吸附，有利于提高其電催化性能。濕化學、機械剝離、化學氣相沉積、電沉積等常規貴金屬硫族化合物制備方法具有明顯局限性或較為復雜。因此，開發一種簡單、高效地制備具有清潔表面及可控晶體結構的貴金屬硫族化合物納米顆粒的方法，對于推廣其在電催化領域中的應用非常重要也極具挑戰性。
研發團隊首先通過球磨，實現Pd和硒（Se）前驅體以及碳載體固相均勻混合，隨后利用通電導體產生的焦耳熱將反應體系快速升溫和降溫，避免了顆粒因長時間加熱出現的團聚現象，得到負載于碳載體表面的尺寸微細且分布均勻的Pd-Se納米顆粒。通過簡單改變Pd與Se前驅體比例，可得到立方晶相Pd17Se15納米顆粒和正交晶相PdSe2納米顆粒。實驗表明，該方法適用于其他貴金屬硫族化合物（如六方晶相PdTe, PtSe2, PtTe2, 立方晶相RuTe2, Ir3Te8）的合成，具有普適性。
由于Se元素的引入有利于減弱電化學反應關鍵中間產物在Pd表面的吸附，所制備的Pd-Se納米顆粒對于ORR和EOR表現出優異且具有晶相依賴的電催化性能。實驗結果顯示，立方晶相Pd17Se15納米顆粒具有更好的ORR催化性能，其半波電位為0.89V, 面積活性和質量活性分別為0.546 mA cm-2和0.206 A mgPd-1 (在0.9 V電位條件下)，而正交晶相PdSe2納米顆粒在EOR中表現出更優異的電催化性能，質量活性為3.79 A mgPd?1。
過程工程所博士生胡振亞為論文第一作者。該研究受國家自然科學基金和過程工程所介科學與工程全國重點實驗室資助。?
耦合固相球磨與快速焦耳熱制備貴金屬硫族化合物納米材料示意圖
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202405945
（材料與環境工程研究部）
