南科大权泽卫课题组在《先进材料》发表新型纳米金属合金材料重要研究进展
2020年07月24日 综合新闻 浏览量 :1235

近日,南方科技大学化学系教授权泽卫课题组在新型纳米合金材料领域取得最新进展,该成果以“Novel Bi-Doped Amorphous SnOx Nanoshells for Efficient Electrochemical CO2 Reduction into Formate at Low Overpotentials”为题发表在材料领域顶级期刊《先进材料》(Advanced Materials)。

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价格低廉、无毒、环境友好的金属锡(Sn)与铋(Bi)在能源转化和存储等领域有着广泛应用。然而,由于Sn与Bi的晶格失配大(>22%)、易相分离和氧化、以及二者之间相容性低于2 at%,使得纯相Sn1-xBix合金材料的制备及其物化性质的研究成果较少被报道。该研究中,团队首次在无水无氧的条件下通过一锅湿化学法制备出结构稳定、组分可调的四方相Sn1-xBix合金纳米晶,其中Bi的含量可以达到20 at%,远超过的研究结果(<2 at%)。

核壳Sn0.80Bi0.20@Bi-SnOx纳米颗粒的结构表征

一般来说,Sn与Bi都是对空气敏感且易于氧化的金属。因此,当Sn1-xBix合金纳米晶暴露在空气中时,表层的Sn与Bi原子会发生氧化形成无定型的纳米氧化层。通过双球差电镜(HAADF-STEM)、原子分辨级电子能量损失光谱(EELS)、以及X-光电子能谱(XPS)等一系列表征,团队进一步揭示了该纳米氧化层是一种零价Bi原子掺杂的无定型SnOx结构。形成该结构的原因可能是Sn与Bi的竞争氧化,具有较高氧亲和能的Sn会首先被氧化成无定型的SnOx,然后将Bi原子锚定在其中,最后形成这种特殊而又新颖的零价Bi原子掺杂的无定型SnOx纳米壳层。

图片2.pngSn0.80Bi0.20@Bi-SnOx催化剂CO2还原性能

 团队进一步研究了新型的零价Bi原子掺杂的无定型SnOx纳米壳层在CO2电化学还原中的性能。该催化剂在较宽的低电位区间(-0.67到 -0.92 V vs RHE)具有很高的甲酸产率(>90%),该性能远超此前研究出来的氧化锡类催化剂。通过详细的电催化分析和对应的密度泛函理论计算,团队揭示了该结构优越的性能是由于Bi原子掺入SnOx中抑制了H2和CO的形成,从而促进了甲酸的产生。

该研究中,权泽卫为唯一通讯作者,化学系科研助理杨琦为论文第一作者。该工作得到了广西大学化学化工学院教授沈培康和南科大化学系副教授段乐乐的大力支持。该研究工作得到基金委、科技部、教育部重点实验室等项目的支持。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202002822

 

供稿单位:化学系

通讯员:吴笑弟

编辑:程雯璟

主图设计:丘妍