碳量子点负载钌纳米粒Ru@CDs的合成方法及表征图谱解析-UDP糖丨MOF丨金属有机框架丨聚集诱导发光丨荧光标记推荐西安齐岳生物

碳量子点（CDs）因具有可利用的内在空位、的电子转移特性、较高稳定性和大的表面积等特点，可与Ru结合构建新型催化剂。CDs中丰富的空位和功能团（如-NH2、-COOH、-OH）将为金属-CDs复合材料的配位稳定提供有利的结合点。此外，CD在高温处理后，通过表面官能团之间的脱水和缩合反应，可以形成二维碳纳米片。鉴于这些特性，我们提出CD与Ru结合形成空位的Ru@CDs结构，该材料为Ru基HER催化剂的合成提供一条潜在途径。

我们构建了一种以CDs为载体的Ru@CDs电催化剂。空位的CDs作为一个基底材料来锚定和捕获Ru纳米粒子，从而**了Ru纳米粒子在合成过程中聚集与生长。Ru@CDs表现出的催化性能，具有较低的过电位（在1M KOH中10 mA cm-2时为30 mV）和较小的Tafel斜率（22 mV dec-1），该催化性能可与商业Pt/C催化剂的催化性能相媲美。光谱数据和DFT计算表明，丰富的空位和Ru与CDs之间的强电子相互作用协同降低了中间能垒，从而使Ru@CDs电催化剂的活性较大化。

我们以空位的CDs为载体，通过简单的水热和热解过程合成了Ru@CDs。如图1a所示，除了约在26°的石墨C峰主导的宽峰外，其他指示峰与Ru（PDF#89-3942）匹配良好，这表明Ru成功地锚定在CDs上。此外，FTIR光谱峰（图1c）表明Ru@CDs继承了CDs的表面含氧和含氮功能团。通过TEM观察了Ru@CDs的形貌。如图1d所示，Ru纳米颗粒均匀地分布在来自CDs的碳纳米片上。此外，图1e中的高分辨率TEM图像（HRTEM）清楚地显示，Ru@CDs是由两部分组成。0.213和0.233纳米的晶格条纹与Ru的（002）和（100）平面相匹配，而0.333纳米的间距则属于石墨c的（002）平面。选择区域电子衍射（SAED）进一步证实了Ru和CD的共存，这与HRTEM的结果一致（图1f）。通过能量色散X射线光谱（EDX）的元素图谱（图1g）进一步证实了C、N、O和Ru的存在，以及这些元素在形成的Ru@CDs中的均匀分布。

图1. Ru@CDs的（a）XRD图；（b）XPS光谱；（c）FT-IR光谱；（d）TEM图像；（e）HRTEM图像；（f）SAED图；（g）EDX元素图谱。

如图2a所示，Ru@CDs表现出强烈的EPR信号，这表明它们继承了CDs的丰富空位。如前所述，CDs具有丰富的固有空位，并且在将Ru锚定到CDs的过程中，通过热解处理可以产生更多的空位。因此，这些空位的存在将有助于HER催化活性。图4b-c清楚地显示了与Ru粉相比，Ru的3p3/2态和3d5/2峰在Ru@CDs都转移到更高的结合能。这表明Ru和CDs组合后发生电子相互作用。此外，N 1s和O 1s的峰值在Ru@CDs也相对于原始CDs-400移动，进一步证实电子从Ru转移到O和N（图2d-e）。