Direct observation of the formation and stabilization of metallic nanoparticles on carbon supports

纳米颗粒 材料科学 石墨 成核 碳纤维 纳米技术 化学工程 热稳定性 无定形碳 无定形固体 结晶学 复合材料 化学 复合数 有机化学 工程类
作者
Zhennan Huang,Yonggang Yao,Zhenqian Pang,Yifei Yuan,Tangyuan Li,Kun He,Xiaobing Hu,Jian Cheng,Wentao Yao,Yuzi Liu,Anmin Nie,Soroosh Sharifi‐Asl,Meng Cheng,Boao Song,Khalil Amine,Jun Lü,Teng Li,Liangbing Hu,Reza Shahbazian‐Yassar
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 6373-6373 被引量:147
标识
DOI:10.1038/s41467-020-20084-5
摘要

Direct formation of ultra-small nanoparticles on carbon supports by rapid high temperature synthesis method offers new opportunities for scalable nanomanufacturing and the synthesis of stable multi-elemental nanoparticles. However, the underlying mechanisms affecting the dispersion and stability of nanoparticles on the supports during high temperature processing remain enigmatic. In this work, we report the observation of metallic nanoparticles formation and stabilization on carbon supports through in situ Joule heating method. We find that the formation of metallic nanoparticles is associated with the simultaneous phase transition of amorphous carbon to a highly defective turbostratic graphite (T-graphite). Molecular dynamic (MD) simulations suggest that the defective T-graphite provide numerous nucleation sites for the nanoparticles to form. Furthermore, the nanoparticles partially intercalate and take root on edge planes, leading to high binding energy on support. This interaction between nanoparticles and T-graphite substrate strengthens the anchoring and provides excellent thermal stability to the nanoparticles. These findings provide mechanistic understanding of rapid high temperature synthesis of metal nanoparticles on carbon supports and the origin of their stability.
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