超高长径比的超细贵金属单晶纳米线可控合成、生长机理及性能研究

The nano noble metals are widely used as catalyst for fuel cell, petrochemical and other fields. Due to scarce reserves and high prices, maximizing its performance-price ratio has been the key issue of scientific research. The theoretical studies have shown that one-dimensional nanowires with diameter below 2nm could significantly improve the catalytic activity due to the excellent structural features. However, the preparation of noble metals single-crystalline nanowires with both the ultrathin diameter(< 2nm) and ultrahigh aspect ratio still remains a challenge. Recently our group prepared the platinum single-crystalline nanowires with diameter of 1.8nm, length of several micrometers using a template of insulin fibrils. On this basis, the project will develop a preparation method for platinum, palladium and other noble metal ultralong (lengths of up to several mm even cm) and ultrathin(diameter below 2nm) single-crystalline nanowires, alloying nanowires and core-shell nanowires using the protein fibrils templates, so that increasing the catalytic efficiency, reducing the amount of of noble metal and thus lowering cost. We will study that the growth mechanism and assembly rules of one-dimensional noble metal nanowires by protein molecules control, and research the relationships between their structure and catalytic properties, reveal the control law for improving catalytic performance. The method is expected to achieve efficient control of the morphology and size of high performance-price ratio noble metal nanowire, and high-yield repeatable preparation.

纳米贵金属是石油化工、燃料电池等领域广泛使用的催化剂，因储量少,价格昂贵,最大限度地提高其性价比成为科学研究的热点。理论研究表明直径低于2nm的一维纳米线因其特殊结构有望显著提高催化活性。然而,制备直径低于2nm且具超高长径比的贵金属单晶纳米线仍然面临一定挑战。最近我们小组已经利用胰岛素纤维控制合成出直径1.8nm、长数微米的铂单晶纳米线。本项目就是要在此基础上利用蛋白纤维组装直径低于2nm、长达毫米甚至厘米级的铂、钯等贵金属超长超细单晶纳米线、合金纳米线以及核壳结构纳米线，提升其催化效率, 减少贵金属用量,降低成本。进而研究蛋白分子控制一维贵金属纳米线的生长机理和组装规律,探究其结构与催化活性之间的关系，揭示提高催化性能的控制规律。实现高性价比贵金属纳米线形貌、尺寸的高效控制和高产量、可重复性生产。

纳米贵金属是石油化工、燃料电池等领域广泛使用的催化剂，因储量少,价格昂贵,最大限度地提高其性价比成为科学研究的热点。理论研究表明直径低于2nm的一维纳米线因其特殊结构有望显著提高催化活性。然而,制备直径低于2nm且具超高长径比的贵金属单晶纳米线仍然面临一定挑战。2012年我们小组已经利用胰岛素纤维控制合成出直径1.8nm、长数微米的铂单晶纳米线。本项目就是要在此基础上利用蛋白纤维组装贵金属超长超细单晶纳米线、合金纳米线以及核壳结构纳米线，提升其催化效率, 减少贵金属用量,降低成本。进而研究蛋白分子控制一维贵金属纳米线的生长机理和组装规律,探究其结构与催化活性之间的关系，揭示提高催化性能的控制规律。实现高性价比贵金属纳米线形貌、尺寸的高效控制和高产量、可重复性生产。.利用胰岛素纤维具有超细双螺旋的中空结构，且其内壁表面含有丰富的活性位点，可特性吸附金属阳离子，从而控制合成超细单晶铂纳米线。采用氨水处理法去除了超细铂纳米线周围的胰岛素纤维模板，去除模板后的超细铂纳米线比市售铂碳及铂黑催化剂具有更高的氧还原活性；使用胰岛素纤维为模板，控制合成出了大量直径在13 nm左右银纳米线；水热法合成出半径为4.8 nm，长数十微米的单晶钯纳米线。用氨水去模板法处理此纳米线，以去除在钯纳米线表面残余的胰岛素纤维模板得到表面清洁的钯纳米线。将中间钯刻蚀后得到铂纳米管。此超细单晶的铂纳米管，具有超高的催化氧还原反应活性，是商业碳载铂催化剂的9倍；采用多角体蛋白溶液成功诱导合成了具有不同结构的铂纳米结构；采用棉铃虫多角体蛋白作为分散剂和稳定剂制备出不同组成的铂铜合金纳米线网络；卵清溶菌酶纤维为生物模板组装铑镍双金属纳米纤维。.发表SCI收录论文9篇，授权发明专利7项。在化学和材料学科有重要影响。通过项目实施，加强了博士研究生的科研攻关能力，提高了硕士研究生的理论分析和科学实验水平，培养了本科生从事科学研究的兴趣。培养博士3人，硕士6人。