近日，我院廖洪钢教授课题组与合作者在电化学原位液相透射电镜技术的相关研究中取得重要进展。相关成果以“Pd-intercalated black phosphorus: An efficient electrocatalyst for CO2 reduction”为题发表在Science Advances（DOI：10.1126/sciadv.adn2707）。
在纳米尺度范围内限制原子或团簇的行为，可以有效改变催化剂结构和电子性质，因此纳米限域已成为实现高稳定性和高选择性催化的一种有效手段。这种方法可以调节反应物与催化中心的结合，并直接影响反应过程的电子传输速度。在二氧化碳电化学还原领域，纳米限域催化剂脱颖而出，在反应选择性、催化活性、稳定性和微环境调控方面取得了重要进展。纳米限域结构的来源主要在于将客体物种整合到主体材料的空位中，最终形成限域催化剂。虽然使用X射线衍射、X射线光电子能谱和飞行时间二次离子质谱可以证实客体的存在，但由于限域结构影响了催化剂的长程有序结构，特别是合成过程中客体原子/分子的迁移和成核动力学，对于限域催化剂的合成机理仍不清楚。阐明限域催化的合成机理不仅对提高纳米限域结构合成的精度至关重要，而且对在更精细尺度上调控其催化特性也至关重要。
廖洪钢教授团队和物理科学与技术学院徐俊教授团队合作利用电化学原位液相透射电镜技术原位观测了限域催化剂的合成过程，揭示了限域催化剂的合成机理：钯离子在外加电场的作用下插层进入黑磷纳米片的层间，随后被还原形成层间限域的钯团簇。限域催化剂表现出了优异的二氧化碳电催化还原性能，合成甲酸盐的法拉第效率可达到90 %。这是由于其具有独特的限域空间可以稳定反应中间体，以及调节催化剂的电子结构使其具有更高的电子云密度，促进电催化二氧化碳还原的电子传输效率，从而提高限域催化剂的催化活性，选择性和稳定性。密度泛函理论（DFT）计算进一步验证了增强中间体吸附和催化反应的结构优势。这项工作为限域催化剂的机理研究和合成运用提供了新的途径，为电化学原位液相电镜技术的发展提供了新的思路。
电化学原位液相透射电镜实验图
该工作在廖洪钢教授，物理科学与技术学院徐俊教授、许清池副教授的共同指导下完成。2017级博士生肖良平和2020级博士生郑琦正为文章共同第一作者。研究工作得到国家自然科学基金（2272142、22288102、22021001、 U22A20396、32101217、21991151、2191150、223B2905）、国家重点研发计划（2017YFA0206500）、中央高校基本科研业务费 (20720220031)、111计划(B16029)的资助，以及固体表面物理化学国家重点实验室等支持。
论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adn2707
