Small:纳米酶应变诱导的电子结构变化研究——使用 Pd@Pt 壳核纳米晶体作为理想测试平台

金属纳米酶由于同时具有多种拟酶特性而受到了广泛关注,然而,由于缺乏性能的预测指标以及对纳米酶的构效关系不明确,目前这种高效纳米酶的设计制备仍依赖于经验探索。值得注意的是,纳米材料的表面电子结构在金属催化剂中起着至关重要的作用,但其对金属纳米酶的活性影响还鲜有报道,从而制约了金属纳米酶的合理性设计。

复旦车仁超和上交邬剑波课题组针对纳米酶的合理性设计问题,使用 Pd@Pt壳核纳米晶体系统研究了表面电子结构对两种拟酶活性(类过氧化氢酶和类葡萄糖氧化酶活性)的影响。通过调控纳米材料的晶面取向和表面原子层数,实现了对 Pd@Pt 材料的表面应变调控,并改变了其表面的电子结构,实现了催化性能的显著提升。

在异相催化中,调节金属纳米材料的表面应变对提升其催化性能具有重要作用。值得注意的是,晶格应变也可以用于调控纳米材料的表面电子结构,从而调控其催化活性,这在催化反应中起到至关重要的作用。该研究团队通过精确调控Pd@Pt纳米材料的形貌(二十面体,八面体和立方体),成分(Pt壳层厚度为1-4个原子层)及晶格应变,从而改变了金属纳米材料的表面电子结构。结合电镜电子全息分析,几何相位分析和DFT计算,该团队发现纳米酶的活性与其表面电荷的积累有着密切的关系,其中电荷富集程度的增强可以显著提升上述两种摸拟酶的催化活性。因此,Pt壳层受到压缩应变的Pd@Pt3L二十面体表现出最高的类过氧化氢酶活性和类葡萄糖氧化酶活性。此外,通过功函数和密度泛函理论计算,深入研究了应变效应与电荷富集之间的关系及催化增强机制。该工作提出的电荷富集理论可作为评估金属纳米酶催化活性的有效指标,为纳米酶的合理、高效设计奠定基础。

论文信息:

Understanding of Strain-Induced Electronic Structure Changes in Metal-Based Electrocatalysts: Using Pd@Pt Core-Shell Nanocrystals as an Ideal Platform

Shuyan Xue, Guanyu Chen, Fan Li, Yunhao Zhao, Qingwen Zeng, Jiaheng Peng, Fenglei Shi, Wencong Zhang, Yizhe Wang, Jianbo Wu*, Renchao Che*

Small

DOI: 10.1002/smll.202100559

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202100559