探寻双金属纳米晶生长机理

贵金属纳米材料因其独特的物理化学性质在催化、环境、能源等领域具有广泛的应用。为了降低贵金属的用量并赋予其优异的性能,寻找合适的贱金属制备特殊形态结构的贵金属基双金属纳米晶具有十分重要的意义。在双金属纳米晶的合成体系里,不同金属前驱体的还原能力大小取决于其标准还原电势,通常具有高还原电势的金属前驱体将优先被还原。然而,若合成体系里引入某种配位试剂,将可能调变还原动力学进而改变不同金属前驱体的还原顺序,最终设计合成出新颖结构的纳米晶。

基于这一思路,清华大学化学系王训教授研究组以P-Cu双金属为例,在其合成体系里引入甘氨酸配位小分子,发现甘氨酸的浓度对于纳米晶的形貌结构起着决定性的作用。调变甘氨酸的浓度能够合成得到不同纳米结构(多孔枝状、笼状、空心立方体)的Pt-Cu合金纳米晶。通过对这些合金纳米晶的生长机理进行研究,发现甘氨酸的浓度在高于某个值时因能改变还原动力学使得还原电势较低的Cu(II)先于Pt(IV)被还原,然后Pt(IV)与金属态的Cu经过置换反应得到PtCu笼状和空心立方体合金纳米晶。在甲醇电氧化反应中,这些合金纳米晶相比于商用的Pt催化剂均显示出优异的催化性能。

该工作不但为双金属纳米晶的结构调控提供了新的研究思路,而且丰富了研究者对纳米晶生长规律的认识。并将有利于其它双金属新颖结构的设计合成。