Nano Letters：突破高温限制，实现高效纳米催化剂连续合成

纳米材料因其独特的物理化学性质在催化、能源存储和光电器件等领域展现出巨大的应用潜力。然而，传统的纳米材料合成方法往往存在反应时间长、能耗高、工艺复杂和产物尺寸分布不均等问题。为了克服这些挑战，研究人员近年来探索了基于热冲击技术的高温合成方法，该方法利用极高的升温/降温速率在极短时间内完成反应，从而避免纳米颗粒团聚。然而，现有的热冲击技术难以实现连续、可扩展的纳米材料合成，并且通常要求反应物为导电薄膜。因此，开发一种能够实现连续、高效、可扩展的高温纳米材料合成方法具有重要的研究意义和应用价值。

文章简介

本研究提出了一种基于新兴热冲击技术的连续飞穿高温合成纳米催化剂的新方法。通过将两张碳纸面对面放置并保持1-3毫米的间距，只需施加15伏特的电压即可在50毫秒内达到高达3200K的均匀超高温。该方法能够实现原料的连续输入，产品也能迅速收集。研究以合成锚定在碳黑上的约4纳米大小的铂纳米催化剂为例，证明了该反应器在约1400K下能高效合成纳米材料，并且这些催化剂在甲醇氧化反应中展现出优异的电催化活性。这项工作为高温下纳米材料的合成提供了一个高效的平台。

图文导读

图 1：该图展示了飞越高温反应器的结构和反应过程。碳黑载体和负载金属盐的前驱体被送入反应器，在高温下发生反应，生成负载在碳黑上的纳米颗粒，并通过收集装置收集。该图清晰地展示了反应器的各个组成部分和反应过程，为理解飞越高温合成过程提供了直观的图像。

图 2：该图展示了飞越反应器的高温特性。反应器内部温度均匀，可以通过调节电流控制反应温度，并实现快速升温、稳定保持和快速降温。碳纸作为加热源具有良好的热稳定性和循环稳定性，能够满足连续飞越高温合成纳米材料的需求。

图 3：该图展示了碳纸作为反应器主要热辐射组件的稳定性和结构特性。碳纸具有良好的机械强度和热稳定性，能够在高温下保持形状和弯曲性，并且碳纤维结构稳定，能够有效地传递热量和电子，为反应提供均匀的温度分布和高效的能量转换。

图 4：该图展示了使用飞越高温反应器连续飞越合成负载在碳黑上的 Pt 纳米颗粒的过程。碳黑载体和负载 Pt 盐的前驱体在高温下发生反应，生成均匀分散在碳黑上的 Pt 纳米颗粒。SEM 和 TEM 图像表明 Pt 纳米颗粒尺寸约为 4 nm，并且具有立方 Pt 的晶格结构。该图直观地展示了飞越高温合成纳米材料的过程和产物特征。

图 5：该图展示了飞越法制备的 Pt NP/C 样品的电催化性能。Pt NP/C 具有与商用 Pt/C 相似的电化学行为，但具有更高的甲醇氧化反应活性和稳定性。该图表明飞越高温合成方法能够制备高性能的纳米催化剂，为燃料电池等能源应用提供了新的途径。

总结与展望

本研究报道了一种基于新型高温反应器的连续飞越材料合成方法，用于高效制备纳米催化剂。该反应器利用碳纸作为加热源，通过焦耳加热产生高达 3200 K 的高温，并且能够在 50 毫秒内快速升温，从而实现高效、均匀的化学反应。

以合成负载在碳黑上的 Pt 纳米颗粒为例，展示了该方法的可行性和优势。通过调节电流控制反应温度，可以在 1400 K 的高温下连续制备尺寸约为 4 nm 的 Pt 纳米颗粒。SEM 和 TEM 图像证实了 Pt 纳米颗粒的均匀分散和立方 Pt 的晶格结构。电化学测试结果表明，Pt NP/C 样品具有优异的甲醇氧化反应活性和稳定性，优于商用 Pt/C 催化剂。

本研究工作为纳米材料的高温合成提供了高效的平台，有望应用于燃料电池、储能等领域。

文章链接

Continuous Fly-Through High-Temperature Synthesis of Nanocatalysts

Yun Qiao; Chaoji Chen; Yang Liu; Yifan Liu; Qi Dong; Yonggang Yao; Xizheng Wang; Yuyan Shao; Chao Wang; Liangbing Hu

DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c03620

Nano letters. , 2021, Vol.21(11), p.4517-4523

焦耳加热设备

焦耳热高温超快材料制备装置可实现毫秒级别升温和降温，能达到1秒内升温至3000K的效果，试验样品可以是薄膜、块体、粉末等。对比现在常用的马弗炉、管式炉升温慢、加热时间长等缺点，极大地节约了科研人员宝贵的科研时间，并且会有与马弗炉和管式炉不同的冲击效果。该装置可抽真空或者是通氛围气体使用，还可以根据要求进行定制。公司致力于实验室（超）高温、解决方案。目前我公司设备已广泛应用于能源催化材料、石墨烯等二维材料、高熵化合物、陶瓷材料等材料的超快速高质量制备。详情请咨询17362009197。