催化剂所处的微环境与活性位点在整体催化性能方面同等重要。最近发现纳米颗粒(NP)表面配体积极参与创造有利的催化微环境，作为纳米颗粒/有序配体夹层(NOLI)的一部分，用于选择性CO2转化。然而，这种配体-配体相互作用仍有待深入理解。基于此，杨培东院士团队研究了NP组装对表面配体相互作用的影响及其对催化夹层(即NOLI)形成的影响。相关工作以“Nanoparticle Assembly Induced Ligand Interactions for Enhanced Electrocatalytic CO2 Conversion”为题发表在Journal of the American Chemical Society上。
图1. NOLI形成及在CO2电催化中的作用示意图。表面配体(十四烷基膦酸)最初与纳米颗粒(NP)表面共价键合。在CO2还原条件(0.1M KHCO3，1 atmCO2饱和)下时，配体共同分离并形成结构有序的配体层。在此过程中，起始的小NP会融合成更大的NP。由NP组装诱导的配体之间的初始相互作用被认为是NOLI形成的关键。要点1. 通过采用不同尺寸的单分散AgNPs来改变NP组装的初始条件。要点2. 光谱和电化学证据表明，小纳米颗粒的大表面曲率允许在组装过程中表面配体的相互交叉，促进了相邻纳米颗粒的配体之间的强非共价相互作用。这确保了它们在电化学条件下的集体行为下，产生结构有序的NOLI配体层。要点3. 使用较小的NP显示出更大的催化有效NOLI区域，与去溶剂化的阳离子和中间体的静电稳定相关，从而提高内在CO2到CO的转换。NP表面这种独特的催化微环境导致CO2到CO电还原的显着内在活性增强。这项研究揭示了NP组装促进的NP配体相互作用及其在电催化过程中的复杂行为。此外，纳米颗粒的几何因素，如表面曲率，可能会严重影响这种配体相互作用。总体而言，该研究结果为NP电催化剂设计提供了新的机会，其中NP配体相互作用用于为电催化反应创造有利的微环境，从而提高催化剂的内在活性。图5. Ag-NOLI催化剂的配体层覆盖率和建议的配体结构。https://doi.org/10.1021/jacs.1c09777杨培东，1971年8月出生于中国苏州，1988年以全校第一的成绩考入中国科学技术大学应用化学系，1993年本科毕业，1997年获得哈佛大学化学博士学位，博士导师为CharlesM. Lieber；1997年到1999年在加州大学圣巴巴拉分校Galen D. Stucky教授课题组做博后(复旦大学赵东元院士1996年到1998年在Galen D. Stucky教授课题组做博后，所以杨培东教授和赵东元教授合作发表了多篇文章，包括1998年的一篇Nature(DOI:10.1038/24132)。1999年杨培东教授就进入美国加州大学伯克利分校化学系任教，于2004年拿到tenured职位，之后一直担任终身教授至今，目前是化学和材料科学双聘教授，同时也是S. K.和Angela Chan杰出能源教授。杨培东获得多种荣誉。1999年Camille and Henry Dreyfus新教师奖；2000年3M暂未tenured奖；2001年至2004年连续获得美国阿尔弗雷德∙斯隆奖；2003年被美国“技术评论”杂志列入世界100位顶尖青年发明家；2004年获得美国材料学会青年科学家大奖，是第一位获得该奖的中国人；2004年杜邦青年教授奖；2005年美国化学会纯化学奖；2007年获得美国国家科学基金会艾伦沃特曼奖；2011年入选汤森路透集团遴选的最优秀的100名化学家榜单中第十位，同时入选了10年中最优秀的100名材料科学家中第一位；2012年4月当选美国艺术与科学院院士；2014年出任上海科技大学物质科学与技术学院创始院长；也入选当年”引文桂冠奖”，被视为诺贝尔物理学奖的有力人选；2015年9月获得美国麦克阿瑟天才奖；2016年5月当选美国国家科学院院士；2020年全球能源奖杨培东教授已经在国际顶级期刊如Science, Nature,Nature Materials, Nature Nanotechnology, Nature Photonics, PNAS等发表了500多篇高水平论文，应邀作大会/特邀报告超过300次，h-因子高达188，总引用接近16万次，已经培养了150多名博士生和博士后; 拥有专利40多项，先后创建了三个公司: Nanosys Inc;Alphabet Energy Inc; Infinity Innovation Inc.。同时担任Journalof the American Chemical Society副主编并兼任包括Acct. Chem. Res.和Nano. Lett.等在内的众多重要学术期刊的编委。
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