成果简介
本文报道了一种创新的"共熔填充-凝固-修饰"(co-MFFM)方法,成功合成出一种直径仅为纳米级的一维高熵磷化物(HEP)纳米线。这种全新的一维高熵化合物在量子限域效应下表现出独特的电子结构和传输性能,在电催化剂、能量存储和电子器件等领域具有广阔的应用前景。
研究亮点
配图精析
图一阐释了HEP@SWCNTs(高熵磷化物包覆在碳纳米管内)的合成过程。首先将金属盐与碳纳米管混合并加热,金属盐熔融并填充进入碳纳米管内;冷却后固化形成高熵结构;最后通过磷化反应得到HEP纳米线。
图二解析:(a)扫描透射电镜图像显示HEP均匀填充在碳纳米管内;(b,c)为纠正像差的高角环形暗场扫描透射电镜图,显示出HEP纳米线的无定型结构和约1.26纳米的平均直径;(d)能量散射X射线能谱元素映射证实了金属元素和磷元素在HEP@SWCNTs 中的均匀分布。
图三解析: (a)小角X射线散射图谱显示HEP的填充导致碳纳米管束束间峰的减弱,说明HEP位于碳纳米管内腔。(b)拉曼光谱分析表明HEP的掺杂使碳管G带发生蓝移,暗示了碳原子向HEP纳米线转移电子。(c,d)X射线光电子能谱和光吸收谱也证实了这种电荷转移行为。(e)示意图显示掺杂后碳管的费米能级下移,从而增强了电子离域和电荷传输能力。
图四解析: (a-c)电化学测试显示,相比于商用催化剂和未包覆的HEP,HEP@SWCNTs在氧析出反应中表现出更低的过电位和更小的Tafel斜率,说明其具有优异的电催化活性和反应动力学。(d)HEP@SWCNTs也具有更大的电化学双电层电容,暗示了更大的电化学活性表面积。(e,f)长时间电解和加速老化测试均证实了HEP@SWCNTs具有卓越的电催化稳定性。
图五解析: (a)图示了本工作提出的co-MFFM方法相比于传统化学气相转移法的优势。(b)通过放大反应物用量,实现了HEP@SWCNTs的大规模制备。(c,d)将磷化过程替换为硫化或硒化,分别制备出了一维高熵硫化物和高熵硒化物,体现了该方法的普适性。
展望
该工作首次合成出一维高熵化合物纳米线,解决了稳定这种纳米材料的挑战,并阐明了其独特的结构和优异的电化学性能。创新的co-MFFM方法不仅可大规模制备,还具有良好的普适性,有望推动一维高熵化合物的系统研究和广泛应用。
文献信息
https://doi.org/10.1021/jacs.3c14510
J. Am. Chem. Soc. 2024, 146, 8464-8471
