鈀氫化物（PdHx）因其獨特的物理化學性質以及在催化等領域的重要應用價值而受到人們的廣泛關注。特別是鈀（Pd）與PdHx之間可逆的相變在氫的存儲、運輸和凈化過程中發揮著關鍵作用。近年來，除了使用氣態氫（H2）和電化學氫化方法外，使用二甲基甲酰胺（DMF）作為溶劑進行的Pd納米晶體氫化方法也被廣泛應用。該方法因其簡單、高效以及能精確控制納米晶體形態而備受關注，常用作調節電催化劑界面應力的有效策略，在多項代表性研究中展示了其廣泛的理論與技術應用價值。
本研究發現，利用DMF在高溫下合成的PdHx與傳統的氫氣氫化或電化學條件下合成的PdHx在熱穩定性和抗氧化性方面存在顯著差異。例如，即使在惰性氣氛下退火至300 °C或長時間暴露于常溫空氣中，由DMF合成的PdHx不會發生晶格收縮，表現出異常的穩定性。X射線衍射（XRD）和電子顯微鏡等技術可以表征 PdHx的結構和組成，但納米材料的不穩定性和表面活性劑的存在阻礙了對其異常穩定性的深入理解。因此，合理地設計實驗并深入探究DMF合成的PdHx的結構和組成，從而揭示其內在的構-效機制，顯得尤為重要。
鑒于此，研究團隊通過精妙的實驗設計和先進的表征技術，首次揭示了在DMF中合成的PdHx晶格中實際摻入的是碳（C）和氮（N）元素，而非傳統的氫（H）。同時，研究結果明確了摻入的C、N元素比例以及它們在晶格中各自的分布位置。此外，通過調控C、N元素的摻雜程度可以精準調制Pd納米粒子的電子結構，進而優化甲醇氧化反應中的催化活性。該研究對于認識輕元素摻雜的Pd基納米催化劑的結構和組成至關重要，為此類材料在催化等領域中的應用奠定了基礎。
上述工作是在范鳳茹教授、謝兆雄教授和南子昂助理研究員的共同指導下完成。化學化工學院2021級博士生宋現孟、碩士生呂林喆和華東理工大學賈艷艷博士為論文共同第一作者。我室林海昕教授、碩士生王之儀、博士后蔣巧榮和華僑大學王秋祥博士等眾多學者亦參與了此項研究。該工作得到了國家自然科學基金、廈門市自然科學基金和固體表面物理化學國家重點實驗室的支持。
論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c03046
