贵金属在金属氧化物微纳结构晶面上的选择性负载及其催化性质研究

近几年，微纳结构在尺寸、形貌和成分控制合成方面取得了很大的进展，将不同功能的材料复合到单一微纳结构使其具有多种用途已成为当前的研究热点。贵金属纳米颗粒如Ag、Au、Pd和Pt等在微纳结构晶面上的选择性负载具有重要的理论意义和应用价值，因晶面的各相异性，实现贵金属纳米颗粒在晶面上的选择性负载有利于对复合结构性质的精确裁剪。本项目拟利用高能晶面反应活性高及不同能量晶面与表面活性剂（或阴离子）之间特异作用的区别，发展一种贵金属纳米颗粒在金属氧化物微纳结构不同能量晶面上选择性负载的液相方法，研究相关产物在CO催化氧化过程中的催化活性，揭示不同能量晶面选择性负载贵金属纳米颗粒后催化活性变化的规律，结合相关理论计算，获得异质晶面催化性质的相关数据，为异质结催化剂的可控制备和优化设计提供实验基础和理论依据。

本项目研究计划为探索贵金属纳米颗粒在金属氧化物微纳结构的晶面选择性负载的方法，研究所得结构的化学催化性质以及电化学催化性质，利用计算科学的方法对所得结果进行说明，为纳米异质催化剂的设计提供实验和理论依据。.按照研究计划我们实现了Au纳米颗粒在不同Cu2O微纳结构的负载。对暴露面相同的Cu2O纳米微纳结构来说，Au纳米颗粒均匀的负载到了微纳结构的表面，对那些具有不同的暴露面的颗粒来说，可以实现Au纳米颗粒的选择性负载到（100）或（111）晶面的控制。Au纳米颗粒修饰到Cu2O截面八面体（111）面后，Cu2O对H2O2的电化学催化活性有很大提高这主要是因为电荷在接触表面会重新分布而改变其电化学催化性质，相关结构发表在Langmuir 2011, 27, 9100-9104。.按照研究计划利用金属Zn的高的反应活性，发展了一种在ZnO纳米棒阵列的顶端沉积过渡金属和贵金属，如Cu、Ni、Ag、Au、Pd和Pt等的普适方法，并实现了金属纳米颗粒尺寸、形貌以及位置情况的控制。以ZnO-Ag为催化剂，研究了纳米异质阵列为可回收催化剂的可能性，结果表明所得结构对苯胺的脱氢氧化反应有良好的催化活性，在五轮反应过后催化活性依然高于60%。.实现了Au纳米颗粒在PbS纳米八面体顶角的选择性负载。在PbS纳米八面体中，八个顶点的能量最高，在存在乙二醇及金的前驱体时，氯金酸被乙二醇还原并选择性的负载在PbS的八个顶点，另外控制Au前驱体的量，Au纳米颗粒在PbS八面体顶点的数目也可以进行控制。 在吸收光谱中，我们发现由于电子在界面转移除了在446纳米左右的Au的吸收峰，同时观察到了在372纳米的另一个吸收峰，相关工作发表在Micro & Nano Letters 2012, 7, 101-104。.另外发展了一种模板法制备Au微纳空心结构的普适方法，催化性质研究发现所得空心立方体的催化性质比多孔的Au纳米颗粒高一个数量级，相关结构发表在RSC Advances 2011, 1, 1119–1125；我们对所得的Cu2O-Au纳米异质结构的传感性质等等也进行了系统的研究，相关结构发表在，RSC Advances 2012, 2, 7647-7651, 2012和 Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 2012, 95, 279-283.