貴金屬納米材料獨特的性質(zhì)和優(yōu)異的性能與其形貌組成及內(nèi)部結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。具有復雜結(jié)構(gòu)的雙組元貴金屬納米材料除具有納米微粒的特性外，又存在內(nèi)部結(jié)構(gòu)引起的電子耦合和晶格應變等效應，調(diào)控雙組元貴金屬納米材料的形貌結(jié)構(gòu)，可望實現(xiàn)對其性能的控制，進一步實現(xiàn)納米材料的多功能化。
近期，中國科學院過程工程研究所多相復雜系統(tǒng)國家重點實驗室楊軍研究員的課題組成功地制備出一種星星狀Ag-Pt雙組元貴金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料(Bimetallic Ag-Pt nanoparticles with stellated morphologies)。該雙組元貴金屬異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米材料是Pt在多重孿晶Ag的晶界上競爭性生長的結(jié)果。該方法可進一步拓展，將內(nèi)核Ag顆粒選擇性除去，獲得具有中空結(jié)構(gòu)的星星狀Pt納米材料(Hollow structured Pt nanoparticles with stellated morphologies)。這種特殊形貌結(jié)構(gòu)的納米材料中既含有大量高活性的Pt臺階原子和邊角原子以及高活性的Pt{111}晶面，又具備可調(diào)節(jié)的Ag內(nèi)核與Pt殼層的電子耦合效應，形貌結(jié)構(gòu)上的特殊性及不同組分間物理效應的共同影響，使得該材料在催化甲醇氧化和氧氣還原反應中表現(xiàn)出良好的催化活性。該研究結(jié)果發(fā)表在Nature出版集團旗下雜志Scientific Reports 上(Scientific Reports, 2014, 4, 3969/1−3969/7)。
進一步研究發(fā)現(xiàn)，如果以孿晶結(jié)構(gòu)Au顆粒取代Ag顆粒作為內(nèi)核，可以發(fā)展成為一種更為普適的技術(shù)制備二元樹枝狀異質(zhì)結(jié)構(gòu)納米顆粒，例如Au-Pt、Au-Pd、Au-Ru、Au-Ir等。該研究結(jié)果受邀發(fā)表在RSC旗下雜志Journal of Materials Chemistry A 組織的主題為"2014 Emerging Investigators Themed Issue"的一期特刊上(2014, 2, 6130−6137)。
上述相關(guān)研究得到了“百人計劃”、國家自然科學基金以及過程工程所多相復雜系統(tǒng)國家重點實驗室基金的資助。
圖1 星星狀Ag-Pt雙組元納米結(jié)構(gòu)合成示意圖。Pt在Ag孿晶顆粒表面不同位點處競爭性生長使雙組元納米顆粒最終呈現(xiàn)星狀結(jié)構(gòu)。
圖2 Pt在Ag孿晶顆粒表面隨時間生長的透射和高分辨透射電鏡圖像。初始階段只有Ag顆粒形成，隨時間增加，在某些高活性位點競爭性生長，最終形成包覆在Ag內(nèi)核顆粒表面的星狀Pt納米結(jié)構(gòu)。
