贵金属催化材料的多级纳米结构调控与性能优化

以催化贵金属(含单组成与合金)纳米晶体为主要研究对象和优化贵金属催化材料的催化性能为主要目标，本项目研究主要包括如下四部分：1）在发展有效控制贵金属及其合金纳米晶体形貌的化学合成方法的基础上，研究配体小分子对形貌调控的规律性，提炼贵金属纳米晶形貌调控的化学途径与本质；2）探索纳米晶体表面保护剂的有效剔除方法，结合电化学测试和表层组成测定，研究贵金属纳米晶的晶面效应和合金表面偏析效应；3）在贵金属纳米晶表面构建金属-有机配体与金属-氧化物两种界面，考察两种界面在现实催化反应中产生的界面效应；4）发展由预合成贵金属纳米晶制备高效、稳定的中空包裹型和多重负载型纳米催化剂的策略。项目凝聚了厦门大学无机材料合成与表征、结构化学、电化学的重要力量，学科交叉性强，通过实施一定能为高效、稳定贵金属纳米催化剂的理性设计与制备提供重要指导。

纳米颗粒的表界面在催化、生物等应用中发挥着重要作用，如何准确控制并表征纳米颗粒的表界面结构极具挑战，但往往却是化学优化纳米颗粒性能的重要环节。针对这一难题，项目围绕着纳米表界面化学，以体相结构相对简单的贵金属材料为主要研究对象，从纳米颗粒的化学合成、结构表征和结构效应入手，重点开展了以下四个方面的工作：1）贵金属纳米晶体的表面结构调控与表面效应；2）金属纳米颗粒的金属-有机和金属-无机界面效应；3）利用金属纳米团簇在分子水平上表征纳米颗粒表界面结构；4）用于稳定贵金属纳米颗粒催化剂的中空包裹多级结构的构建与应用。在贵金属纳米晶的表面调控方面，项目所发展了利用配位小分子调控贵金属纳米晶表面结构的方法已成功地应用于超薄Pd、Rh、PtCu等纳米片、Pt立方体、挖空菱形十二面体PtCu纳米晶、PtCu纳米线等纳米结构，相关配体分子对表面结构的调控机制也得到了深入认识。此外，项目构筑了便于研究贵金属纳米晶体界面效应的不同模型材料体系，解析了相关界面的分子结构，并在CO催化氧化、硝基选择性氢化、烯烃氢化、不饱和醛选择性氢化等反应中深入理解了金属-有机、金属-无机氧化物界面在贵金属催化的分子作用机制，认识了相关催化性能调控的本质。项目还从金属纳米团簇入手，合成并解析了若干金属纳米团簇的晶体结构，研究了表面配体在调控金属纳米颗粒表面结构和催化性能的机制。执行期间，项目共发表通讯作者论文97篇，其中包括Science 2篇、 Nature Mater. 1篇、 Nature Commun. 2篇、 J. Am. Chem. Soc. 16篇、 Angew. Chem. Int. Ed. 3篇。所发表论文被他引2200余次。相关工作先后得到了Nature、Nature China、C&EN news、Chemistry World等杂志、媒体追踪报告。因相关工作的系统性，分别应邀在J. Am. Chem. Soc.、Acc. Chem. Res.、Adv. Mater.、Nano Today、Nanoscale等撰写了综述和进展报告。先后应邀在国内外学术会议上做大会特邀报告2次、其它邀请报告50余次。