金屬納米晶的晶面選擇性刻蝕研究

《金屬納米晶的晶面選擇性刻蝕研究》是依託西安交通大學，由金明尚擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金屬納米晶的晶面選擇性刻蝕研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：金明尚
• 依託單位：西安交通大學

中文摘要

金屬納米材料由於其優越的催化活性在現代工業催化中起著至關重要的作用。大量研究表明金屬納米材料的裸露晶面直接決定了材料的某些物理化學性質乃至催化活性和選擇性。如何建立簡單普適的合成策略，有效調控金屬納米材料的表面結構是目前金屬納米材料研究中面臨的焦點問題。本課題提出在納米尺度下，利用表面活性劑的選擇性吸附和氧化刻蝕劑對表面金屬原子的刻蝕作用，選擇性切割出特定的裸露晶面，達到控制表面結構的目的，並探索其獨特的物化性質和催化套用前景。擬採用液相合成法，在含有金屬納米晶體和表面活性劑的溶液中，加入合適的氧化刻蝕劑，通過控制反應條件，獲得經過表面切割的單分散、表面結構單一的高質量金屬納米材料，並對其電催化性質進行深入研究，最終獲得高效的金屬納米催化劑。本課題研究成果將有助於提供構建高性能金屬納米催化劑的新原理和新方法，進一步拓展它們的實際套用。

結題摘要

金屬納米材料在現代工業領域具有重要的套用價值。尤其是在工業催化領域，金屬納米材料往往是工業多相催化劑的活性中心。鑒於絕大部分催化反應過程都發生在催化劑的表面，如何在催化劑表面構築起大量高活性的催化位點是該領域的熱門研究課題且具有重要的現實套用價值。本項目聚焦於刻蝕法在構築高活性催化位點方面的重要作用。通過本項目的研究，我們首次發現並提出通過刻蝕作用可以直接將金屬納米材料的低能表面轉變為高能表面，從而顯著提升其催化性能。更進一步，我們的研究還創新性地通過控制納米晶不同活性位點（角，棱和面）刻蝕和生長速率成功將固態納米晶演變為框架結構的納米晶。這種具有開放式結構和高密度不飽和配位原子的框架結構納米晶在催化過程中可以顯示出優異的催化性能。此外，通過刻蝕的引入，我們首次提出、設計並成功實現了柯肯達爾效應的逆過程，通過將該效應的正逆過程相結合，可以使實心金屬納米顆粒轉變為中空金屬納米顆粒，而且在轉變過程中幾乎沒有質量損失。所得到的中空結構鈀納米顆粒具有比表面積大、表面缺陷密度高等特點，因此在催化反應中（如甲酸催化氧化反應）表現出極其優異的性能。除了構築高密度活性位點之外，我們的研究進一步發現其可以用於大規模製備具有特定表面結構的金屬納米材料，如三維鈀片狀納米結構等。這些研究不僅對催化劑的表面位點催化活性調控提供了指導，同時進一步指明了規模化製備金屬納米材料的一種可行方法。