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新虫 (初入文坛)

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[交流] 《Science Advances》：碳热冲波法制备高密度纳米粒子！已有1人参与

近年来，碳热冲击(CTS)方法，由于能够生成精细控制的多元合金纳米粒子(NPs)而引起了广泛关注。然而，在碳基板暴露最小的情况下，制造高表面覆盖的NPs是各种电化学应用的必要条件，也是CTS方法的一个瓶颈。

在此，来自美国哈佛大学的WOO-BINJUNG&韩国科学技术院的HYEONSUJEONG和HEE-TAEJUNG等研究者开发了一种方法，通过在CTS过程中最大化纤维素的缺陷位点，在碳基板上创建具有高表面覆盖率的纳米颗粒（NPs）。相关论文以题为“Generation of high-density nanoparticles in the carbothermal shock method”发表在ScienceAdvances上。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk2984

碳热激波(CTS)，是制备单-多元金属纳米粒子(NPs)最简单的合成方法之一。在这种方法中，只需简单地将金属前驱体装载在碳基板上，然后让短时间的电流通过样品瞬间提高温度，就可以产生NPs。温度上升和下降的时间很短，所以它是一种非常创新的方式，可将多种小而均匀的金属NPs混合。合成理想NP的能力，为研究多元NP开辟了令人兴奋的新可能性，这种方法已经使可充电储能系统(如锂和钠离子电池、超级电容器、Li-CO2和Li-O2电池)、电化学水分解(如:析氧反应)和电催化反应(如析氢反应、氧还原反应和一氧化碳还原反应)。

虽然CTS方法在上述各个领域得到了广泛的应用，并取得了高性能的结果，但制备具有高表面覆盖的NPs材料，可以扩大以前未实现的研究领域的应用。例如，通过CTS方法形成的金属NPs，尚未用于电催化二氧化碳(CO2)或氮气(N2)还原反应，因为析氢反应(HER)和不需要的反应作为竞争反应发生在暴露的碳基板上。为了提高这些应用程序的性能，有必要增加NPs的表面覆盖。为了在CTS方法中控制金属NPs的表面覆盖，正确地选择和修饰碳基板是很重要的，因为碳基板在加热过程中为金属NPs提供了形核扩散位点。特别是碳中的空位、边缘平面的悬空键、杂原子掺杂(例如O或N)位点等缺陷，在高温下通过金属原子间的强结合能，对金属NPs的形成和稳定起着重要作用。这种相关性在之前的研究中已经被观察到，在CTS过程中，随着缺陷位点在碳衬底中的增加，形成的金属NPs小而均匀，并具有较高的裂变能力。然而，利用CTS方法制备具有高金属NP表面覆盖的材料，以实现更广泛的电化学应用仍是一个挑战。

在此，研究者报告了一种方法，通过引入部分碳化纤维素作为碳基板，在其上合成NPs，制备了具有高表面覆盖的NPs材料。NPs的高表面覆盖度是由于部分碳化纤维素中有几个相互连接的芳香环，边缘位置众多，包括sp3碳-碳键。因此，研究者实现了前所未有的高表面覆盖的各种单一和铜(Cu)基多元合金NPs，并在大范围内具有均匀的粒径分布。此外，通过与典型CTS碳基板的比较，研究者证实了碳基板上的缺陷位点(氧和sp3键合C─C)的总和，决定了金属NPs的表面覆盖。此外，研究者还证明了具有高表面覆盖率的Cu NPs材料，可以在连续流电池中使用气体扩散电极(GDE)进行电催化CO2还原反应(CO2RR)。相对于反氢电极(RHE)，在−0.529 V电位下，纤维素/碳纸(Cu/纤维素/CP)上的Cu NPs，具有48.92%的乙烯选择性，在10 M KOH电解质中反应30小时以上的稳定性。该研究展示了纤维素，如何使金属NPs具有高的表面覆盖，这为金属NPs和多组分NPs应用于更多样化的应用开辟了可能性。
"碳热冲击法" 设备contact 176-022-88497 Tom

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