水相可控合成二元、三元金属纳米结构及其应用性能探究

Today, the synthesis and study of properties of metal nanomaterials have become one of research hotspots because they are promising candidates for a wide variety of applications in catalysis, sensing, photonics, and medicine. Studies have shown that mutltimetallic nanomaterials have not only the ability of tuning but also superior physicochemical property relative to their monometallic counterparts. It results in that the study of binary, ternary metal nanomaterials has been paid extensive attentions by various research groups. Currently, the solution method is mainly used to synthesize nanomaterials. In solvothermal methods, toxic organic solvents and expensive organometallic precursors are often concerned, bringing about cost increase and substantial environmental issues. Therefore, developing environmentally friendly, green synthesis approaches is very urgent. However, Water, as an environmentally friendly solvent with the most abundant resources, can avoid these concerns such as pollution and environmental disruption. In the research project, we will focus on developing environmentally friendly synthesis methods of binary, ternary metal nanomaterials surrounding Pt groups with water as solvent and combining characterization techniques with catalytic probe reaction to study structure- property relationship, directing the synthesis of nanocrystals.

金属纳米材料由于在催化、传感技术、光学和生物医药等领域有着潜在的经济应用价值，目前已成为纳米材料合成和应用性能的一个研究热点。研究表明相对单元金属材料，多元金属纳米材料不但能调变而且能增强材料的物理和化学性能，在最近几年，使得对二元和三元金属纳米材料的研究引起不同研究团队的极大关注。目前，运用液相合成方法合成纳米材料成为制备纳米材料的主要技术。在溶液相合成方法中，溶剂热方法主要利用有毒的有机溶剂作为溶剂和金属有机盐作为前驱体，导致合成成本增加并给环境带来不利影响。因此，发展环境友好的绿色合成过程迫在眉睫。而水作为一种环境友好的溶剂可以避免有机溶剂所带来的诸如有毒、破坏环境等问题。本申请课题将致力于以Pt族元素为主体，发展二元、三元金属纳米材料环境友好的水相合成方法，并联合各种表征技术对二元、三元纳米晶体的表面结构进行分析，以催化反应作为探针反应，研究晶体结构和性能间的关系，指导晶体的合成。

金属铂(Pt)基、钯（Pd）基纳米材料在燃料电池、电化学传感器和催化领域有着重要的应用价值，其应用性能与结构有着紧密的联系；水作为一种绿色液体，其资源丰富，价格低廉，研究在水溶剂中可控合成铂基、钯基金属多元纳米晶体材料，对探索绿色的合成方法及其应用性能具有重要的意义。经过4年的研究，得到以下主要结果：（1）在纳米晶体的合成中，分别成功合成了Pd壳层厚度为2.0 nm左右、核为PtPd合金的PtPd@Pd的八面体核壳结构；成分可调的RhPt花状纳米晶体；成分可调，亚2.0 nm 纳米岛的岛状结构PdPt、RhPdPt二元和三元纳米合金晶体；莲花状的超结构PdCu二元合金； PtPdCu三元含孔纳米晶体；由亚4.0 nm 小颗粒组装成的Pt72Ru28二元多孔纳米合金；亚2.0 nm成分可调的PtRu二元合金纳米线网络。（2）建立了一种通用、简单的合成含孔花状Pt簇一元、二元和三元纳米晶体的合成方法，该方法容易进行放大实验，并提出了合理的生长机理。（3）在晶体生长机理研究中，发现在酸性的条件下，以CTAC为表面活性剂，易于生成孔状/花状结构的纳米合金。（4）在应用性能研究中，在酸性条件下，发现岛状结构PdPt合金、孔状Pt72Ru28合金对甲醇表现出优异的催化性能；在碱性条件下，含孔花状Pt54.5Pd45.5纳米合金对甲醇、乙醇、乙二醇和丙三醇均表现出优异的电催化性能。亚2.0 纳米Pt7Ru3线在多巴胺电化学传感器中表现出优异的应用性能。所取得研究结果在国内外重要学术刊物（如Advanced Energy Materials， Nano Research，Nanoscale，Chemical communications，Chemistry-An Asian Journal， Langmuir，CrystEngComm，Materials Chemistry Frontiers和RSC Advance等）上发表12篇论文。授权发明专利2项。参加1次国际会议并做报告。培养毕业硕士研究生3人。按照原计划进行，较圆满地完成了研究任务。