Synthesis of core/shell nanocrystals with ordered intermetallic single-atom alloy layers for nitrate electroreduction to ammonia

金属间化合物 材料科学 硝酸盐 壳体(结构) Atom(片上系统) 合金 芯(光纤) 纳米晶 氨生产 无机化学 纳米技术 结晶学 化学 冶金 复合材料 有机化学 嵌入式系统 计算机科学
作者
Qiang Gao,Bingqing Yao,Hemanth Somarajan Pillai,Wenjie Zang,Xue Han,Yuanqi Liu,Shen‐Wei Yu,Zihao Yan,Bok‐Ki Min,Sen Zhang,Hua Zhou,Lu Ma,Hongliang Xin,Qian He,Huiyuan Zhu
出处
期刊:Research Square - Research Square 被引量:3
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-2049958/v1
摘要

Abstract Structurally ordered intermetallic nanocrystals (NCs) and single-atom catalysts (SACs) are two emerging catalytic motifs for sustainable chemical production and energy conversion. Yet, both have limitations in enhancing performance and expanding the materials design space. For example, intermetallic NCs require high-temperature annealing (> 500 °C) to promote atom rearrangement and d-d orbital hybridization, leading to potential aggregation or sintering, while SACs are typically limited by a low metal-atom loading (< 1 wt%) to avoid aggregation of metal atoms. Here, we report a facile, direct solution-phase synthesis of Cu/CuAu core/shell NCs with tunable single-atom alloy (SAA) layers. This synthesis can be extended to other Cu/CuM (M = Pt, Pd) systems, in which M atoms are isolated in the Cu host and can be considered the highest density of single-atom sites. We controlled the density of single-sites and the number of atomic layers and investigated the ligand and strain effects of Cu/CuAu for electrocatalytic nitrate reduction reaction (NO3RR). The Cu/CuAu densely packed SAAs demonstrated a high selectivity toward NH3 from NO3RR with an 85.5% Faradaic efficiency (FE) while maintaining an exceedingly high yield rate of 8.47 mol h-1 g-1. This work advances the design of atomically precise catalytic sites by creating a new paradigm of core/shell NCs with SAA atomic layers, opening an avenue for broad catalytic applications in achieving a sustainable energy future.
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