中国科学院金属研究所刘畅团队与苏州实验室丁峰团队合作Matter:超快沟槽限域合成超细铂纳米立方,实现高效电催化氧化氨

氢能是理想的清洁能源载体，电催化氨氧化（AOR）被视为一种有前景的制氢途径，但其反应动力学缓慢，亟需高效催化剂。铂（Pt）基催化剂虽活性优异，但成本高昂。研究表明，暴露{100}晶面的Pt纳米立方具有最高的AOR活性，然而传统合成方法难以实现对其尺寸与晶面的精准控制，且过程复杂。

针对此挑战，研究团队提出了一种物理沉积与超快热处理相结合的新策略。首先，通过磁控溅射在自支撑SWCNT薄膜上沉积单分散Pt纳米颗粒；随后，在含微量氧的气氛中进行快速加热与冷却处理，成功诱导Pt纳米颗粒重构为均匀的纳米立方体。

近日，中国科学院金属研究所刘畅团队与苏州实验室丁峰团队合作，在国际知名期刊Matter上发表题为“Ultrafast, groove-confined synthesis of ultrafine Pt nanocubes for efficient electrocatalytic ammonia oxidation”的文章。主要介绍了一种超快、沟槽限域合成超细铂纳米立方体的新方法，用于高效电催化氨氧化反应。

采用~550°C/s的超快加热冷却速率，实现超细铂纳米立方体的可控合成，避免了传统湿化学方法中表面活性剂和溶剂的使用，保证了产物高纯度。合成时间短，工艺简便高效。

成功制备了平均粒径仅~2.0 nm的超细铂纳米立方体，实现了{100}晶面的高度富集。通过调控溅射功率和时间可精确控制纳米立方体尺寸。

利用单壁碳纳米管（SWCNT）束的沟槽作为模板，沟槽径向限域作用限制了纳米晶的横向生长，确保超细尺寸，轴向引导作用使纳米立方体沿碳纳米管轴向定向排列生长。

揭示了微量氧气（~10 ppm）对{100}晶面形成的关键促进作用，DFT计算证明氧吸附可降低{100}晶面表面能，稳定立方体形貌。机器学习力场分子动力学直观展示了氧浓度对形貌演变的影响。

结合DFT计算、Wulff构造重建和机器学习分子动力学模拟，阐明了“沟槽限域”、“微量氧调控”与“超快热处理”的协同作用机制，建立了氧分压-温度-形貌的定量关系相图。

为燃料电池、氢能储存与运输等能源相关领域提供了高性能催化剂，FHC方法具有通用性，可拓展至其他低维功能材料的可控合成，为贵金属纳米晶的结构调控和性能优化提供了新思路。

Ultrafast, groove-confined synthesis of ultrafine Pt nanocubes for efficient electrocatalytic ammonia oxidation

刘畅，中国科学院金属研究所研究员，博士生导师。主要从事碳纳米管的制备与应用研究。在碳纳米管可控制备、生长机制、性能与应用研究方面取得了一系列创新性成果，以通讯作者在Science、Nature Materials、 Nature Reviews Electrical Engineering、Science Advance、Nature Communications、Advanced Materials、Matter等期刊发表SCI收录论文200余篇，引用20000余次；主持国家自然科学基金JC青年基金、国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划项目课题、自然科学基金国际合作项目等10余项，获全国百篇优秀博士学位论文奖、国家自然科学二等奖（排名第3）、中青年科技创新领军人才等荣誉。现任《Carbon》和《Nano Materials Science》副主编和《新型炭材料》编委等；获得发明专利授权60余项，在国内外学术会议上被邀请做报告40余次。

丁峰，国际知名材料计算科学家，现任苏州实验室前沿材料研究部主任研究员，国家高层次引进人才，教育部长江学者特聘教授。曾先后任职于香港理工大学（助理教授、副教授）、韩国蔚山国立科技学院（杰出教授，系韩国教授体系最高职称），2022年底获评教育部长江学者讲座教授。研究方向聚焦人工智能驱动的材料多尺度计算与复杂体系动力学过程解析，致力于推动前沿材料与重大关键材料的智能化快速制造与研发。在材料动力学领域取得多项国际顶尖成果，其领衔的课题组在低维材料生长机制研究中处于国际领先地位；提出的低维材料生长理论获国际学术界广泛认可，已成功指导碳纳米管可控制造、二维材料大单晶制备、单晶金属及单晶石墨合成等一系列重大科学难题突破。迄今已在SCI收录期刊发表论文400余篇，其中包括Nature、Science正刊13篇，Nature/Science子刊50余篇，Physical Review Letters 10篇；论文总被引超3万次，h-index达89。

高峻峰，教授/博导，国家级青年人才。2012年毕业于大连理工大学物理学院，先后在北京计算科学研究中心（林海青院士团队）和香港理工大学博士后（丁峰教授），2015年任新加坡科技局核心科学家，2018年国家人才引进回大连理工大学物理学院教授。中国材料学会计算材料分会委员，晶体学会极端条件下晶体委员。长期从事密度泛函理论和机器学习力场模拟二维材料生长、界面组装和重构，光电性质研究；发展独立方法和软件。在Science、Nature Synth. 、Nature Commun.、Laser Photonics Rev.、Adv. Mater. J Am Chem Soc、Angew Chem Int Ed 等发表180余篇SCI论文，引用8900余次，等。负责国家级项目7项，科技部重点研发课题负责1项目，辽宁省联合重点研发1项。获得省部级自然科学奖二等奖3项。任SCI 杂志《Frontiers in Physics》和《Journal of Electronic Materials》的副主编（Associate Editor），高起点期刊 《SmartMat》的青年编委。

张峰，中国科学院金属研究所项目研究员，硕士生导师。长期从事单壁碳纳米管及其衍生/复合结构的可控制备、性能探索方面方研究工作；主持国家自然科学基金面上项目和青年项目；以主要作者发表论文在Nature Communications、Matter、Advanced Funcational Materials、ACS Nano等期刊，发表SCI收录论文20余篇；撰写《碳纳米管》、《中国学科发展战略 纳米碳材料》、《碳纳米管器件》等专著的部分章节；担任《Nano Materials Science》、《Energy Materials and Devices》、《Ecoenergy》和《Materials》期刊青年编委、沈阳九三产业集群专家等；申请发明专利20余项（授权10项）。