厦门大学「国家杰青」黄小青团队，最新Nature Synthesis!

第一作者：Chun Hu, Yangyang Zhang, Renjie Ren

通讯作者：黄小青，谭元植，黄健，徐吉健

通讯单位：厦门大学，上海大学，香港城市大学

论文速览

具有较大的成分和形态多样性的有序异质结构纳米晶体，对于许多应用都是很重要的。然而，由于在液相环境中难以捉摸的成核和生长过程，在原子水平上设计多组分纳米结构还困难。本研究报告了一种模块化合成方案，通过逐层生长产生具有小颗粒尺寸的有序多层纳米结构。

研究者引入硒封端剂来阻止纳米结构的自组装、聚集和相分离，同时还根据不同的金属-硒键合强度，对在基底晶格中迁移的金属原子的优先级进行排序，从而实现有序纳米结构的逐层生长。所制备的多层多组分纳米晶体在碱性聚合物电解质燃料电池中展现出卓越的电催化性能。在碱性聚合物电解质燃料电池中，以PtRuZn-SKE (SKE，硒介导的Kirkendall效应)作为负极氢氧化反应催化剂，制备了多层多组分纳米晶体，在H2-O2和H2 -空气（无CO2）中，在600 mA cm - 2下工作100 h，峰值功率密度分别为1.52 W cm - 2和1.12 W cm - 2。

图文导读

图1：具有多层异质结构的铂基纳米晶体的可控合成。

图2：二元PtRu-SKE纳米晶体的合成和结构分析。

图3：多层铂基纳米晶体生长过程分析。

图4：逐层形成机制的DFT计算。

图5：电催化碱性氢氧化反应(HOR)的测试和全电池性能。

总结展望

本研究成功开发了一种通用的合成策略，通过硒封端结合硒介导的Kirkendall效应（SKE），制备出具有多层结构和多种组分的铂基纳米晶体。与传统方法相比，硒的引入显著提高了纳米晶体的有序性、减小了粒径，并增强了电催化性能。

实验结果表明，所合成的PtRuZn-SKE纳米晶体在碱性聚合物电解质燃料电池(APEFC)中表现出色，具有高达1.52 W cm-2的峰值功率密度和100 h以上的稳定性能。这些发现不仅为制备复杂纳米晶体提供了可靠的合成路径，也为电催化剂、热催化剂、酶催化剂等领域的应用奠定了基础。

文献信息

标题：A selenium-mediated layer-by-layer synthetic strategy for multilayered multicomponent nanocrystals

期刊：Nature Synthesis

黄小青，厦门大学教授、博导（2019-至今），国家杰出青年科学基金（2021）获得者，研究方向：贵金属纳米材料的精准制备及其电、热、光催化应用研究。

谭元植，厦门大学教授 （2014/11 – 至今），师从郑兰荪院士、谢素原院士，研究方向：主要从事富碳纳米分子（如石墨烯分子、巴基碗、碳纳米环等）的合成、功能化、超分子组装及其相关性能研究。2012年获得教育部自然科学奖一等奖（第二完成人），2015年获得国家自然科学二等奖（第二完成人）

黄健，上海大学，材料基因组工程研究院，研究员（2024—至今）研究方向：1. 多尺度材料模拟，主要包括微观尺度的第一性原理计算和分子动力学，以及介观尺度的相场模拟等；2. 先进能源材料/器件表界面设计及高通量计算；3. 基于人工智能（机器学习）的材料结构与性能优化；4. 计算材料学在生物医用材料中的应用。

徐吉健，香港城市大学化学系助理教授，博士生导师。于2014年和2019年从浙江大学获得学士和博士学位（博士导师：黄富强教授）。主要研究领域为能源化学，致力于电解液和电极材料的设计研究。