Anisotropic Growth of One-Dimensional Carbides in Single-Walled Carbon Nanotubes with Strong Interaction for Catalysis

碳纳米管 各向异性 化学 碳化物 纳米技术 催化作用 碳纤维 材料科学 复合材料 有机化学 光学 复合数 物理
作者
Kun Wang,Guang‐Jie Xia,Tianhui Liu,Yulong Yun,Wu Wang,Kecheng Cao,Fenfa Yao,Xin Zhao,Boyuan Yu,Yang‐Gang Wang,Chuanhong Jin,Jiaqing He,Yan Li,Feng Yang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (23): 12760-12770 被引量:44
标识
DOI:10.1021/jacs.3c03128
摘要

Tungsten and molybdenum carbides have shown great potential in catalysis and superconductivity. However, the synthesis of ultrathin W/Mo carbides with a controlled dimension and unique structure is still difficult. Here, inspired by the host-guest assembly strategy with single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) as a transparent template, we reported the synthesis of ultrathin (0.8-2.0 nm) W2C and Mo2C nanowires confined in SWCNTs deriving from the encapsulated W/Mo polyoxometalate clusters. The atom-resolved electron microscope combined with spectroscopy and theoretical calculations revealed that the strong interaction between the highly carbophilic W/Mo and SWCNT resulted in the anisotropic growth of carbide nanowires along a specific crystal direction, accompanied by lattice strain and electron donation to the SWCNTs. The SWCNT template endowed carbides with resistance to H2O corrosion. Different from normal modification on the outer surface of SWCNTs, such M2C@SWCNTs (M = W, Mo) provided a delocalized and electron-enriched SWCNT surface to uniformly construct the negatively charged Pd catalyst, which was demonstrated to inhibit the formation of active PdHx hydride and thus achieve highly selective semihydrogenation of a series of alkynes. This work could provide a nondestructive way to design the electron-delocalized SWCNT surface and expand the methodology in synthesizing unusual 1D ultrathin carbophilic-metal nanowires (e.g., TaC, NbC, β-W) with precise control of the anisotropy in SWCNT arrays.
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