碱性溶液中电解水制氢是一种很有前途的清洁氢能技术。非晶材料表现出比晶体材料更好的性能。然而，非晶金属材料的设计仍然具有挑战性。
近日，成均馆大学Hyoyoung Lee报道了成功地制备了可控非晶态过渡金属-CON材料，并对其进行了研究。
文章要点
1）研究人员以1,3,5-三(4-氨基苯基)苯（TAPB）和对苯二甲醛（TPA）为原料，金属离子为催化剂，合成了一系列过渡金属-CON材料。通过仔细选择CON分子生长非晶态金属NPs或NCs，研究人员预期带有固定尺寸孔洞的二维扭曲CON会限制金属的生长尺寸，并通过金属原子与CON中的不对称氮之间的强键使金属扭曲形成无序结构。在有机前驱体数量和单体孔径固定的情况下，通过改变金属卤化物的加入量，可以很容易地调节无序和有序Ru NPs的比例。过量的金属原子可以产生晶体为主的金属结构，而非晶态金属可以通过少量的金属卤化物获得。
2）过渡金属在合成过程中与CON材料结合。经炭化处理后，非晶态Ru-CON材料表现出优异的HER性能，在碱性条件下具有较好的稳定性。其优异的HER性能归功于二维多孔聚合物的优点，它提供了大的比表面积和大量的孔洞位置来捕捉Ru离子，以及控制粒径，防止Ru NPs的聚集。更重要的是，在Ru-CON合成过程中引入Ru，可以精确调制CON中Ru的含量。根据设计，不同的Ru含量导致不同的形貌:高Ru含量(约13 wt%)导致晶型Ru NPs (3 nm)，而低Ru含量(约1.6 wt%)导致非晶型Ru NCs (1.5 nm)。
3）粒径较小的非晶态Ru-CON比有序主导的Ru-CON表现出更好的质量活性和相当的稳定性。密度泛函理论(DFT)计算表明，与有序Ru-CON材料相比，无序Ru-CON催化剂的水解离能垒更低，H中间吸收能更小。为了进一步应用于其他过渡金属，在CON上采用FeCl3(非贵金属)和IrCl3(贵金属)，成功制备了具有非晶态Fe和Ir NPs的均匀分布的Fe-CON和Ir-CON。
参考文献
Xiaodong Shao, et al, Amorphization of Metal Nanoparticles by 2D Twisted Polymer for Super Hydrogen Evolution Reaction, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202102257
https://doi.org/10.1002/aenm.202102257
