石墨烯限域超快辐射加热制备高负载量亚纳米金属团簇催化剂 | NSR

近日，《国家科学评论》在线发表了厦门大学田中群院士、新加坡国立大学Kostya S. Novoselov院士的研究成果，该研究团队基于石墨烯介导的超快“激光－热辐射”转换过程和随后的高效辐射冷却过程，发明了石墨烯限域超快辐射加热方法（简称GCURH），该方法为解决负载型金属团簇催化剂中超小尺寸和超高金属载量难以兼得的科学问题提供了新的思路。

金属团簇催化剂在传统热催化反应和近年来迅猛发展的电催化反应中，表现出巨大的发展潜力并受到了越来越广泛的研究关注。然而，金属团簇催化剂制备所涉及的热激活金属原子的扩散、碰撞、聚集生长具有快速的动力学特征，传统热力学主导的合成方法在金属团簇催化剂制备过程中往往以牺牲金属负载量为代价。为了克服上述挑战，该研究团队运用所发明的GCURH方法（升降温速率可达10^9 °C/s），制备出载量高达27.1 wt%（质量百分比）或者7.3 at.%（原子百分比）的Co团簇催化剂，该超小尺寸以及超高负载量数值为文献所报道的最高值之一。该催化剂不仅具有可媲美先进多组元金属纳米催化剂和超越商业RuO₂贵金属催化剂的电解水活性，而且由于其金属组分单一，对于后续失效催化剂的回收精炼也显现出显著的经济及环境优势。

GCURH方法的原理及应用。（a）GCURH方法的原理图。（b）亚纳米金属团簇的制备过程示意图。

总结而言，GCURH方法在动力学层面实现了热激活金属原子调控，为开发具有变革性潜力的先进可持续金属团簇催化剂提供了理论和实验指导，有望推动先进金属团簇催化剂的工业化应用。