上海光源XAFS线站用户在研究Pd3P2S8非晶化结构转变取得突破

2018/06/12 | 【 【打印】【关闭】 | 访问次数:
    材料的微观结构决定着材料性能,因此在原子尺度上对材料进行调控往往能够极大地改变材料的物理化学性质,进而优化和提升该材料某些方面的性能。近年来非晶材料由于其特殊的结构和异于晶体结构的催化性能,引起了人们广泛的研究兴趣。从晶体结构转变为非晶结构是制备非晶材料的一种非常有效的方法,同时对提升材料的性能以及研究结构对性能的影响有着重要的研究意义。然而由于非晶材料不具备晶体材料长程有序的结构特点,针对其微观结构的表征仍存在一定的难度。
    新加坡南洋理工大学张华教授课题组发现,通过电化学锂化处理Pd3P2S8晶体,可以使Pd3P2S8由块状晶体转变为非晶纳米粒子,所得到的非晶纳米粒子表现出优异的电催化产氢活性和良好的稳定性。Pd3P2S8具有类似于石墨烯的层状结构,该材料最早于1971年被合成,但由于其高电阻等缺点,该材料并没有被深入研究。为了研究Pd3P2S8非晶化过程中的结构变化并解释该非晶结构优异的电催化产氢性能,张华教授联合新加坡科技研究局杜永华博士和上海光源姜政研究员课题组,利用上海光源BL14W1和新加坡光源XAFCA束线,对锂化Pd3P2S8过程中引起的晶体向非晶结构的转变进行了研究。
    研究人员利用同步辐射XAS对非晶化前后Pd3P2S8进行了一系列表征,发现Pd原子周围的化学环境在非晶化前后发生了变化,Pd-S的键长以及配位数均发生了改变。与Pd3P2S8晶体相比,锂化之后得到的非晶样品的Pd-S的键长出现了两种变化,Pd-S的键长由原来的2.34 埃 变化为2.26 埃和2.39 埃。结合S边近边吸收谱数据及其他表征数据,可推断该变化可能是由于Li的嵌入和锂化过程中的空位形成所引起。基于XAS的结果,研究人员进一步模拟了此非晶结构的近似模型,并对该非晶材料的电催化产氢性质进行了进一步研究。研究表明,在该非晶化过程中,结构的改变(比如尺寸的减小,空位的增加,锂离子的掺杂)以及性质的变化(比如导电性的提高)有助于提升材料的电催化产氢性能。该研究成果对非晶材料微观结构的表征、研究材料在非晶化过程中的微观结构变化、以及结构变化对性能的影响等方面提供了一种新的思路和方法。该研究成果以“Lithiation-induced amorphization of Pd3P2S8 for highly efficient hydrogen evolution”为题发表于2018年5月21日的Nature Catalysis上(doi:10.1038/s41929-018-0072-y)。(材料与能源研究部 供稿)
 
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