Au@Pt核壳纳米粒子的种子外延法生长及其机制、光吸收和电催化性能研究

在化学性质不活泼、耐酸性好的Au纳米粒子表面通过外延生长Pt构筑Au@Pt核壳纳米粒子，不仅能增强Pt催化的稳定性，而且能提高Pt的利用率与催化活性。本项目拟发展一种基于种子外延生长的Au@Pt核壳纳米粒子合成路线，以不同形貌的Au纳米粒子作种子，诱导生长具有不同结构的Au@Pt核壳纳米粒子。揭示反应温度、Pt盐浓度、稳定剂等实验参数对Pt在Au纳米粒子表面生长模式及产物结构、形貌的影响，探究Pt在Au纳米粒子不同晶面上的外延生长机理；建立实验参数与Au@Pt核壳纳米粒子形貌、尺寸、壳层厚度等结构参数间的关系。利用光吸收谱、电化学等手段系统研究不同结构的Au@Pt核壳纳米粒子的光学、催化性能及其稳定性，建立产物结构与性能间的关系；调控Au@Pt核壳纳米粒子的结构，优化其性能，为其在催化、燃料电池等方面的实用化提供物质基础。本项目的实施，不仅具有学术价值，而且有重要的实际意义。

在本项目支持下，我们首先采用多元醇还原法可控合成了八面体、十面体、双棱锥、单晶圆球等不同形貌、不同尺度的Au纳米粒子，并以合成的Au纳米粒子作种子，通过Pt及Pd在其表面沉积构筑了Au@Pt、Au@PtPd、Au@Pd复合纳米粒子；详细研究了反应温度、前驱体浓度、还原剂浓度等实验参数对Pt或Pd在Au纳米粒子表面成核、生长及最终产物结构的影响；在此基础上，首次在化学性质不活泼、耐酸性好的Au纳米粒子表面通过外延生长Pt构筑了Au@Pt核壳八面体纳米粒子，发展了一种Au@Pt核壳纳米粒子种子外延生长合成路线；在外延生长条件下，通过一锅多元醇还原法，分别合成了Au@Pt核壳十面体及二十面体纳米粒子；采用化学还原法制备了AuPt、PtPd合金多孔纳米粒子；以甲醇、乙醇氧化反应为模型，研究了Au@Pt、Au@Pd等复合纳米粒子的电催化性能，结果显示，构筑的Au@Pt、Au@Pd复合纳米粒子的性能与颗粒成分、结构存在明显的关联；此外，我们控制合成了具有多重光吸收性能的Au@Ag异质纳米棒及显著可见吸收及光催化性能的Au@ZnO核壳复合纳米粒子。总之，通过本项目研究，成功获得了一系列具有独特光学及催化性能的Au@Pt、Au@Pd、Au@Ag、Au@ZnO等异质复合纳米粒子，并阐述了其形成机理，研究成果将为构筑其它金属间及金属/半导体异质核壳纳米粒子等提供方法借鉴。获得的复合纳米粒子在燃料电池、光催化、生物化学传感、光热治疗等方面具有十分重要的实际应用价值。基于上述部分研究成果，已在Chem. Mater., Scientific Reports等期刊上发表学术研究论文3篇，申请发明专利2项。