サブナノスケールでの合金化が電極触媒水素発生における相乗効果を最大化する

Q. Zou, Y. Akada, A. Kuzume, M. Yoshida, T. Imaoka, K. Yamamoto
Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202209675.

異なる元素を結合して相乗効果を得ることは、金属触媒の性能を向上させる効果的な方法である。しかし、特性が異なるほど、相分離のために相乗効果を効果的に達成することが難しくなる。ここでは、サブナノスケールでの合金化が常に元素間の相乗効果に有効であることについての包括的な研究を説明する。36種類の二金属サブナノ粒子（SNPs）およびナノ粒子（NPs）の組み合わせを、水素発生反応（HER）に基づいて系統的に原子分解能の画像化および触媒ベンチマークを用いて研究した。結果として、SNPsは常にNPsよりも大きな相乗効果を生み出し、特にPtとZrの組み合わせが最も顕著な相乗効果を示した。サブナノスケールでの原子スケールの混和性および関連する電子状態の変調は、ナノスケールでのそれとは大きく異なり、環状暗視野走査透過電子顕微鏡（ADF-STEM）およびX線光電子分光法（XPS）によってそれぞれ観察された。

Alloying at a Subnanoscale Maximizes the Synergistic Effect on the Electrocatalytic Hydrogen Evolution

Bonding dissimilar elements to provide synergistic effects is an effective way to improve the performance of metal catalysts. However, as the properties become more dissimilar, achieving synergistic effects effectively becomes more difficult due to phase separation. Here we describe a comprehensive study on how subnanoscale alloying is always effective for inter-elemental synergy. Thirty-six combinations of both bimetallic subnanoparticles (SNPs) and nanoparticles (NPs) were studied systematically using atomic-resolution imaging and catalyst benchmarking based on the hydrogen evolution reaction (HER). Results revealed that SNPs always produce greater synergistic effects than NPs, the greatest synergistic effect was found for the combination of Pt and Zr. The atomic-scale miscibility and the associated modulation of electronic states at the subnanoscale were much different from those at the nanoscale, which was observed by annular-dark-field scanning transmission electron microscopy (ADF-STEM) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), respectively.