通过选择性刻蚀可控制备贵金属纳米结构

发展贵金属纳米结构的可控制备技术，实现成分、结构等的调控，对研究其性能和应用具有重要意义。种子生长法是贵金属纳米结构的重要调控手段，在其它金属以种子表面为成核中心的生长过程中，对颗粒生长方式的成功控制是发展贵金属纳米结构可控制备技术的前提。由于贵金属间晶格失配度较小，因此如何控制它们之间的生长以不连续方式进行成为科学家面临的一个难题。本项目提出通过选择性刻蚀来解决该问题的策略：用不同结构和形状的贵金属纳米颗粒做种子（主要包括Au、Ag、Pt、Pd），研究选择性刻蚀对其结构的影响，优化选择性刻蚀条件使种子表面的被刻蚀部位具有大量高活性的高指数晶面，进而诱导同种或异种金属选择性地在这些高活性晶面上生长，实现贵金属间的不连续种子生长和不同贵金属纳米结构的可控制备。同时，通过甲醇和甲酸的电催化氧化，探索不同贵金属纳米结构和催化性能之间的关系（主要为含Pt或Pd），为开发高效催化剂提供理论指导。

控制备贵金属纳米结构的两种重要方法，本项目基于这两种方法开展了一系列的研究工作。（1）用Au十面体纳米颗粒做种子，通过刻蚀对晶面的选择性活化效应，实现了Pt在Au种子表面的选择性生长，可控制备了一系列中空的Pt贵金属纳米结构（八面体纳米笼、纳米环等）。（2）基于种子生长法，用Au十面体纳米颗粒做种子，通过调控Ag在种子表面的生长动力学，构建了多种新型的Au/Ag双金属一维纳米结构，并通过选择性刻蚀重构得到其它形状的Au/Ag双金属纳米结构(钉状和杯状)。（3）利用种子生长法，用大尺寸的Au十面体纳米颗粒做种子合成了Au纳米双金字塔，该法产率高于90%（过去报道的方法低于40%），同时提出AgCl和Au原子竞争性吸附诱导生长的新理论。（4）在非水体系中，我们研究了AgNO3对Au纳米结构生长的影响。和水体系相比，结果表明：在非水体系中AgNO3对Au纳米结构生长的影响不同寻常。基于此效应，我们合成了一系列高质量的Au纳米结构（纳米球、十面体、纳米棒、双金字塔等）。（5）基于种子生长法，通过静电沉积和抗坏血酸的桥连作用，探索出一条制备M@ZnO核壳纳米颗粒的普适性新方法，并研究了其生长动力学和机理。此外，我们还开展了Pt和Pd纳米结构在燃料电池阳极催化剂应用中的研究：（6）通过用Pd纳米颗粒做种子合成了Pd网状纳米结构；（7）利用CuO纳米颗粒做种子合成了单分散的Pt八面体纳米颗粒、高能面包裹的凹面Pt纳米立方体和纳米棒；（8）用碳载Au纳米颗粒做种子合成了碳载Au@Pt复合材料。同时，并研究了上述材料在甲醇氧化和甲酸氧化的电催化性能。上述相关研究成果已发表在ACS Nano、Chemistry of Materials、Nanoscale、ACS Applied Materials & Interface等著名期刊上。培养硕士研究生4名，本科毕业生5名。