将催化纳米颗粒包封在准二维材料中，可实现高效制氢

      新加坡国立大学（National University of Singapore）的化学家已经开发出一种新的方法，该方法能够将贵金属纳米颗粒限制在分层的、准二维(2 - D)材料中，以便可以高效制氢。

      氢气是一种清洁燃料，可以在燃料电池中燃烧而产生能量，对环境的影响也是最小的。目前，产生氢气的一种常用方法是：在催化剂的作用下利用电能来电解水分子。NUS研究人员已经开发出一种新的方法，可制备出高稳定性及高选择性的催化剂。他们的方法是，通过简单的原位还原法将贵金属纳米颗粒包封在准二维材料中。这就如同把食材放进三明治的面包片里。这种新方法是目前产生这种结构更为简单的一种方法，它避免了2-D纳米片繁琐的剥离过程。在这种准2-D层内，其密闭空间为催化反应提供了良好的环境。另外，它还可以防止较大尺寸的污染物或中性分子对催化过程造成影响。

      在NUS的测试实验中， 将这种催化剂用于制氢时，其表现出了优异的活性和长期的稳定性。 接口限制反应可以调节反应物与催化中心的结合，并影响从本体溶液中传质的速率，这已经成为实现高度稳定和选择性催化的可行策略。然而，由于相邻纳米片之间存在较强的范德华力，因此对纳米颗粒在2-D层状材料中的限制具有挑战性。仅依靠通过毛细管力来扩散离子前体的常规方法是不可能实现这一目标的。

      来自美国国立大学化学系的陆基萍教授及其博士生陈忠新、陈开新和赵启旭，采用了一种基于离子前体原位还原的巧妙策略，将纳米颗粒引入了主体材料的内部空隙中。纳米粒子在有限空间内的生长，其粒径较小，催化性能也有所提高。这项研究的突破是与美国国立大学化学系的化学家杨博仁教授合作完成的。杨教授主要研究反应物的各向异性及其扩散动力学，以解释这些催化剂的长期稳定性。

      与其他二维催化剂的研究工作不同，这项工作不涉及2-D纳米片的剥离，这是一个复杂的过程。相反，研究人员利用的是高度还原性锂化的主体材料（LixMoS2）与离子前体反应。而这将提供强大的驱动力来克服范德华力的作用，并将准二维材料转化为独特的MoS2 |贵金属| MoS2夹心结构（图1）。研究人员通过制造和测试25cm 2催化剂负载的水分解膜，进一步证明了其工业的可扩展性。这在目前的二维研究中是前所未有的，这些研究通常受到诸如剥离片的大小和旋转连续膜的困难限制。协同的宿主-客体间相互作用，使催化氢气产生的催化剂具有超稳定性、长期的运行寿命。而且与市售的催化剂相比，它的金属负载量有所降低。这种2-D材料的新概念也可以应用于与能量相关的许多其它催化反应中，前景广阔。

原文来自：phys，由材料科技在线团队翻译整理。