正如《科学》杂志 2005 年提出的本世纪亟待解决的 125 个科学问题中的第 47 个问题所描述的那样,非晶材料中的原子排列像液体一样无序,但又像固体一样致密。要做到这一点,在非晶态结构的构建过程中,单体之间的相互作用既不能太强也不能太弱。前者会导致产物结晶,而后者则会阻碍目标固体产物的形成。软硬酸碱理论是评估具有不同极化程度的酸(金属离子)和碱(配体)之间的键行为的基本原理,其中软酸和软碱的强极化性导致软碱相对更倾向于与软酸而非硬碱结合。一维非晶纳米材料兼具非晶材料高活性位点浓度和一维纳米材料高比表面积的优势,被认为具有优异的催化潜力。然而,可控制备一维非晶纳米材料需要克服非晶结构中原子排列的无序性和一维结构高取向性之间的矛盾,合成较为困难。通过调制金属离子的软硬度,和软碱配体形成不同强弱的组合。弱结合的组合可以直接形成一维非晶纳米材料,强结合的组合在形成一维晶体纳米材料后也可通过金属离子强度的削弱进一步非晶化形成一维非晶纳米材料。
本工作突破了一维非晶纳米材料普适性合成中的难点,利用硫醇作为多功能软碱配体,通过调制金属离子和配体之间的结合强度,构筑了金属离子与配体间的弱结合,实现了过渡金属基一维非晶纳米材料的普适性合成(a-FeDT NBs, a-CoDT NBs, a-NiDT NBs, a-CuDT NBs)。制备的铜基一维非晶纳米材料(a-CuDT NBs)展示出高效电催化硝酸根还原产氨性能,优于大部分已报道的铜基催化剂。该普适性合成策略为非晶一维材料的合成和应用提供了新的思路。
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Ziming Su, Xiangyu Chen, Mingke Sun, Xiuyi Yang, Jianxin Kang*, Zhi Cai*, Lin Guo*. Amorphous Nanobelts for Efficient Electrocatalytic Ammonia Production. Angewandte Chemie International Edition, 2024.
https://doi.org/10.1002/anie.202416878