基于Cu2O纳米晶体的晶面选择性改造

as纳米晶体因其较高的反应活性与广泛的应用前景引起了人们的极大关注,可以广泛应用于有机催化反应、光催化反应、气体催化反应以及传感等诸多领域。经过多年的研究,人们通过调控表面修饰剂与反应热动力学等手段,在晶体形貌控制方面取得了很大进展,获得了形貌各异、性能优异的纳米晶。对于纳米晶而言,不同的晶面具有不同的表面能和吸附能,可使暴露不同晶面的纳米晶体表现出不同的催化与传感性能。由于基本晶面({100},{111}及{110})简单易得,研究人员多以这三个晶面作为基本模型来研究纳米晶体的晶面效应与其催化、传感行为之间的关系。近些年来,为了进一步优化纳米晶体的性能,人们开发了多种新方法,对纳米晶体的暴露面进行选择性改造,如:表面沉积、刻蚀或模板转换,这使得纳米晶在催化及传感等领域的性能有着极大地提升。

北京航空航天大学郭林教授及其合作者以Cu2O基本晶体(六面体、八面体和十二面体)为模型,全面总结了对Cu2O晶体暴露面的改造方法,并深入探讨了改造过程中涉及的机理,最后深入分析了改造后的晶体性能提升的根本原因。首先简要介绍了如何通过液相合成法制备Cu2O基本晶体,及表面活性剂在控制晶面生长中的重要作用。随后重点介绍了三种自上而下的改造方法:表面沉积法——通过在Cu2O表面选择生长贵金属或氧化物形成Cu2O异质结构;刻蚀法——通过选择性刻蚀Cu2O晶体,形成Cu2O中空或者复杂结构;模板转化——将Cu2O晶体转化为其它金属氧化物中空结构。随后详细阐述了暴露面的表面能、反应活性位点在这三个过程中的反应活性趋势;以及如何利用表面活性剂控制特定面的反应活性,对晶体暴露面进行选择性改造。该综述文章发表在Advanced Science上 (DOI: 10.1002/advs.201500140)。

该工作得到了国家重点基础研究发展计划(973计划),国家自然科学基金及中国博士后基金的资助。

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