顆粒在線訊：超薄金屬納米材料作為一類性能獨(dú)特的二維材料，已在催化、電子/光電子、能量存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)換、傳感、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其大的比表面積和表面豐富的配位不飽和原子作為結(jié)構(gòu)新穎的催化劑載體用以負(fù)載各種金屬納米顆粒，從而構(gòu)建零維（0D）/二維（2D）負(fù)載型金屬納米結(jié)構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)高性能金屬催化劑具有重要意義。 然而，制備負(fù)載型金屬納米復(fù)合材料的傳統(tǒng)方法存在步驟繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)、成本較高等缺點(diǎn)，不利于大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。因此，開發(fā)簡(jiǎn)易有效的制備方法十分重要。 

　　此前，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家納米科學(xué)中心研究人員通過合理設(shè)計(jì)合成體系，控制還原動(dòng)力學(xué)，提出一種改進(jìn)的晶種生長(zhǎng)法，一鍋制得鉑銠（PtRh）納米顆粒包覆的梯形銠（Rh）納米片（Cai, Yang et al., Chem. Mater. 2019, 31, 808）。利用該方法形成的PtRh/Rh納米復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)氧分子有高效的活化能力，表現(xiàn)出協(xié)同增強(qiáng)的類似氧化物酶催化活性（圖1）。研究結(jié)果為制備新型Pt基納米復(fù)合材料提供了簡(jiǎn)便有效的途徑。 

　　目前，各種構(gòu)建負(fù)載型金屬納米結(jié)構(gòu)的方法幾乎都需要加入表面活性劑用以穩(wěn)定特定片層結(jié)構(gòu)，以及增強(qiáng)金屬與載體之間的相接觸等。然而，表面活性劑分子可能會(huì)遮蔽活性位點(diǎn)，降低催化活性。此外，制備過程往往需要高溫高壓條件，給操作帶來安全隱患。近日，該團(tuán)隊(duì)研究人員在一鍋法制備二維負(fù)載型金屬納米復(fù)合材料研究方面取得了新進(jìn)展，發(fā)展出一種晶種生長(zhǎng)-Galvanic置換反應(yīng)-自組裝方法，構(gòu)建出鈀（Pd）片內(nèi)嵌金（Au）納米顆粒的新型結(jié)構(gòu)，其具有類似“蛋仔/華夫餅”的形貌特征。

　　制備過程無需表面活性劑，在室溫下將金屬前驅(qū)體溶于溶劑后，鼓泡通入CO氣體即可有效啟動(dòng)合成。機(jī)理研究發(fā)現(xiàn)，體系首先形成Pd0原子/團(tuán)簇為晶種，隨后Pd0與Au3+的置換反應(yīng)自發(fā)形成Au 顆粒，Pd前驅(qū)體在Au顆粒周圍發(fā)生還原并沿Pd（111）面組裝成Pd片，最終形成Pd片內(nèi)嵌Au顆粒的結(jié)構(gòu)（圖2）。通過改變前驅(qū)體摩爾比，即可精確調(diào)控金屬組成。 

　　在上述二維鈀金納米復(fù)合材料制備的基礎(chǔ)上，國(guó)家納米中心研究員楊蓉、副研究員蔡雙飛和武漢大學(xué)教授何軍及威斯康辛州麥迪遜分校教授Randall Goldsmith合作，對(duì)其應(yīng)用開展了進(jìn)一步研究。研究發(fā)現(xiàn)，這種內(nèi)嵌式的二維獨(dú)特多金屬納米復(fù)合結(jié)構(gòu)、干凈的表面與Au顆粒的表面等離激元共振效應(yīng)，使其具有較好的光增強(qiáng)的類酶催化活性，并在等離激元增強(qiáng)的電催化析氫反應(yīng)和中表現(xiàn)出超高的活性和穩(wěn)定性。電磁學(xué)數(shù)值模擬分析結(jié)果表明，在這類結(jié)構(gòu)中，光場(chǎng)激發(fā)的特殊表面等離子激元模式更有助于熱電子在Pd片表面產(chǎn)生和富集，并且兩種等離子激元能量轉(zhuǎn)移途徑在降低反應(yīng)表觀活化能，進(jìn)而提高電催化性能中扮演重要角色。該工作為等離子激元增強(qiáng)的催化劑設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了思路。 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Catalysis上。研究工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（B類）、科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。 

圖1.一鍋法制備PtRh/Rh納米復(fù)合材料及其催化氧化反應(yīng)的示意圖 

圖2.一鍋法制備Pd片內(nèi)嵌Au納米顆粒復(fù)合材料的示意圖