第一作者：Kai Deng

通讯作者：王亮、王鸿静

通讯单位：浙江工业大学

研究内容：

将缺陷和孔结构设计成具有功能表面的金属烯，以提高其渗透性、比表面积和活性中心，是非常必要的，但仍然是一个巨大的挑战。本工作采用一步湿法化学还原法制备了聚烯丙基胺包裹的具有缺陷和多孔结构的金属Ir(Ir@PAH)。Ir@PAH金属烯表现出良好的析氢性能，在10 mA cm^-2时的过电势仅为14 mV，Tafel斜率为31.2 mV dec^-1，稳定性测试后几乎没有活性衰减。Ir@PAH金属的丰富的缺陷和孔洞以及几个原子层的纳米片层结构提供了大的比表面积、高的导电性和高效的质量传递/扩散。此外，表面功能化的多环芳烃分子可以通过强的Ir-N相互作用来调制电子结构，并作为质子载体捕获氢离子，这对酸性介质中的HER是非常有利的。这项工作为合成表面功能化的缺陷和多孔金属烯在各种催化应用中提供了有用的策略。

要点一：

on style="white-space: normal; text-indent: 2em;">作者提出了一种一步湿法化学还原合成具有超薄、层状、高度弯曲、多孔和富含缺陷的聚烯丙胺功能化Ir金属烯(Ir@PAH金属烯)的方法。Ir@PAH金属烯具有大的电化学活性表面积、高的电导率、高效的传质/扩散和可调的电子结构，使其具有优异的酸性HER性能。

要点二：

图1. a) 低倍率 TEM，b，c) 低倍率和高倍率 HAADF-STEM，和 d) Ir@PAH 金属的高倍率 TEM 图像。 e-g）分别在（d）中相应选定位置 I、II 和 III 的放大 TEM 图像。 h) AFM，i) HRTEM，和 j) HAADF-STEM 图像和 Ir@PAH 金属烯的相应 EDX 映射图像。 (i) 中的插图是沿线的强度分布。

图2.  a) XRD 图案，b) XPS 测量光谱，和 c) Ir@PAH 金属烯的 N 1s XPS 光谱。 d) Ir@PAH 金属烯和 Ir NSs 的 Ir 4f XPS 光谱。 e) XANES 和 f) Ir@PAH 金属烯和 Ir 粉末的傅里叶变换 EXAFS 光谱。

图3. a) IrCl₃ 溶液（左）和 IrCl₃ + PAH 溶液（右）的照片。 b) IrCl₃ 和 IrCl₃+PAH 溶液的紫外-可见吸收光谱。 c) IrCl₃ 和 IrCl₃ + PAH 在 0.1 V s^-1 下在 0.1 M KCl 电解液中涂覆在玻碳电极上的 LSV 曲线。

图4. a) Ir@PAH 金属烯的形成过程示意图。 b-d）在不同的反应时间间隔收集 Ir@PAH 金属中间体的 TEM 图像：b）15 分钟，c）1 小时和 d）3 小时。 e-g）在不同的反应时间间隔收集 Ir@PAH 金属烯中间体的 AFM 图像：e）15 分钟，f）1 小时和 g）3 小时。

图 5. a-e) 催化剂在 0.5 M H₂SO4 电解质中的电催化 HER 测量：a) 极化曲线，b) -10 mA cm^-2 时的过电位，c) Tafel 斜率，d) 双层电容 (Cdl) 图和 e)奈奎斯特图。 （e）中的插图显示了相应的等效电路。 f) Ir@PAH 金属烯在 10 000 次 CV 循环前后的极化曲线。 (f) 中的插图显示了计时电位测试。

参考文献

Deng, K.;  Zhou, T.;  Mao, Q.;  Wang, S.;  Wang, Z.;  Xu, Y.;  Li, X.;  Wang, H.; Wang, L., Surface Engineering of Defective and Porous Ir Metallene with Polyallylamine for Hydrogen Evolution Electrocatalysis. Adv Mater 2022, e2110680.