近日，厦门大学物理系的许清池副教授及其研究团队在二维材料的限域结构设计与应用领域取得新进展。他们的研究成果《Pd-Intercalated Black Phosphorus: An Efficient Electrocatalyst for CO2 Reduction》已在线发表于《Science Advances》期刊。
二维材料的限域结构主要指在材料的层间或表面形成纳米尺度的空间，显著改变了其电子性质和反应动力学。通过将金属纳米粒子或其他化合物插入二维材料的层间，可以有效调控材料的电荷密度和反应活性。这种结构不仅提高了材料的稳定性，还显著增强了其在特定化学反应中的催化效率。尽管如此，二维材料限域结构的合成及其生长机理仍面临巨大挑战。
在这项创新研究中，许清池副教授团队采用电化学方法，在黑磷（BP）层间成功插入钯（Pd）团簇，形成了新型的Pd团簇插层黑磷（Pd-i-BP）电催化剂。该催化剂在CO2至甲酸的转换反应中表现出高达90%的法拉第效率。密度泛函理论（DFT）的计算不仅揭示了Pd-i-BP的结构优势，还阐明了其在促进中间体稳定和电子传输中的重要作用，这对于理解和优化CO2电化学还原过程具有重要的科学意义。
图1. Pd-i-BP二维材料限域结构的合成及其机理分析
此外，研究团队还利用包括电化学原位透射电子显微镜（EC-TEM）在内的一系列先进表征技术，深入探讨了Pd-i-BP的合成过程。基于这些研究，团队提出了Pd团簇在黑磷层间的插层、成核及其随后的膨胀与剥离过程，全面阐释了二维材料限域结构的形成机制。这些成果不仅为高效催化剂的设计提供了新的理论和实验依据，也为二维材料在能源转换等领域的应用推开了新的大门。
该工作在厦门大学物理系许清池副教授、徐俊教授和化学化工学院廖洪刚教授的共同指导下完成，物理系博士后肖良平为论文的第一作者，物理系为该论文第一单位，该工作得到了国家自然科学基金项目（2272142, 22288102, 22021001, U22A20396, 32101217, 21991151, 2191150）、科技部重点研发计划（2017YFA0206500）、中央高校基本科研业务费专项资金（20720220031）和111引智计划（B16029）的资助。
文章链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adn2707
