北航郭林课题组J. Am. Chem. Soc.：单原子铂层和可编程有机配体的杂化层状超晶格

标题：Hybrid Lamellar Superlattices with Monoatomic Platinum Layers and Programmable Organic Ligands

第一作者： Pengfei Hu

通讯作者：Hua Wang, Xiangfeng Duan, Lin Guo

研究内容

具有本征键合各向异性的广泛共价键合二维( 2D )原子层现在可以很容易地合成，并已成为基础材料研究和新技术机会的一个令人兴奋的平台。金属材料，通常具有对称的非定向金属键，很难在高度各向异性的单原子层中制备，并且在单原子厚度的极限下被广泛认为是热力学不稳定和不连续的。金属原子具有强烈的偏好性形成三维( 3D )密排结构。因此，迄今为止，原子尺度的金属薄层通常是通过异质外延结构获得的，其中金属原子与各种底层固体衬底结合，阻碍了对单原子金属材料本征性质的深入研究。形成独立的单原子金属纳米片仍然是一个长期的挑战。

当尺寸缩小到原子级别时，2D金属层的化学和物理性质可以从块体和平板的相应性质发生显著变化。例如，单原子层Au纳米片表现出半导体特性，其价带顶位于费米能级以下50 me V。厚度为0.4 nm的单原子层Rh纳米片表现出独特的电子离域特性。与块体材料相比，自支撑单原子悬浮Fe膜表现出更大的磁矩。因此，研究尺寸缩小到原子级别的超薄二维金属材料的独特性质具有重要的基础和实际意义。

要点一：

超薄平面结构的各向异性生长和稳定化对于获得二维金属纳米片至关重要。通过湿化学法制备的金属纳米材料通常用有机表面活性剂封端。因此，分子配位配体在提供软分子模板、修饰表面能和实现亚稳态结构的构建方面起着至关重要的作用。在这里，作者报道了一种配体调控策略，通过与有机配体层( OLLs )形成独特的层状超晶格结构来稳定单原子铂层( PtMALs )。

要点二：

通过扫描电镜(SEM)、像差校正高角度环形暗场扫描透射电镜(HAADF-STEM)、原子力显微镜(AFM)、能量色散谱(EDS)、x射线粉末衍射(XRD)、小角度x射线散射(SAXS)、动态光散射(DLS)、热重(TG)分析、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、x射线光电子能谱(XPS)、紫外光电子能谱(UPS)、x射线吸收近缘结构(XANES)和扩展x射线吸收精细结构(EXAFS)。重要的是，通过改变具有指定长度或结构基序的羧酸配体，可以系统地调节层间空间和配位环境，从而进一步调节电子状态和催化加氢性能。

要点三：

通过改变具有设计长度和结构基序的可编程分子配体，可以系统地调节层间空间和配位环境，从而进一步调节电子状态和催化性能。该方法可推广到以银和金为原料制备单原子金属层的层状超晶格。这种普遍而精细的合成控制为单原子层有趣的结构-性质相关性的系统研究提供了一个令人兴奋的模型系统，并为多相催化剂的分子设计提供了一条途径。

图1. C7H15COOH-Pt的形貌和结构表征。

图2. C7H15COOH-Pt的结构示意图。

图3. 随着配体碳链的增加，其形态和结构的演变。

图4. 可编程配体Pt超晶格加氢性能研究。

参考文献

P engfei Hu, et al., Hybrid Lamellar Superlattices with Monoatomic Platinum Layers and Programmable Organic Ligands. J. Am. Chem. Soc. 2022.

DOI:10.1021/jacs.2c11928

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