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    2008年10月16日出版的德國《應(yīng)用化學》刊登了廈門大學化學化工學院、固體表面物理化學國家重點實驗室孫世剛教授領(lǐng)導的課題組在納米材料表面結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計方面的最新研究成果（“Shape-Controlled Synthesis of Gold Nanoparticles in Deep Eutectic Solvents for Studies of Structure–Functionality Relationships in Electrocatalysis”）。該成果是我國科學家在納米材料表面結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計領(lǐng)域取得的重要進展。

 

    金在通常的狀態(tài)下是惰性的，很長一段時間內(nèi)被認為其催化活性遠遠不如過渡金屬。但是，自從日本東京都立大學Haruta教授等發(fā)現(xiàn)負載在金屬氧化物上高度分散的金納米粒子表現(xiàn)出令人驚異的催化活性后，近幾年來,金基催化劑體系一直是前沿的研究:熱點之一。

 

    孫世剛教授課題組在長期從事原子排列結(jié)構(gòu)明確的金屬單晶電催化的研究中發(fā)現(xiàn)，高指數(shù)晶面含有的低配位原子數(shù)遠遠大于低指數(shù)晶面，因此若能制備高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的納米粒子，必將顯著提高納米催化劑的活性和穩(wěn)定性。然而，晶體生長的規(guī)律決定了垂直于高指數(shù)晶面方向的生長速度遠遠快于垂直于低指數(shù)表面，使得在晶體生長過程中高指數(shù)面逐漸消失，最終僅能得到低指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的納米粒子。因此，制備由高指數(shù)晶面所圍成納米粒子是顯著提高納米催化劑性能的嶄新途徑，也是納米催化劑合成的極大挑戰(zhàn)。

 

    繼用電化學方法制備出高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的二十四面體鉑納米粒子催化劑后（Science，2007，316：732-735），孫世剛教授課題組又發(fā)展了一種新的在低溫共融物（DES：Deep Eutetic solvents）中控制金納米粒子形貌和表面結(jié)構(gòu)的合成方法。在室溫下通過控制DES中水的含量及其變化首次合成了具有高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的五角星形、納米花形，納米刺形系列納米金粒子，并通過紫外可見光譜對其合成過程進行了跟蹤，通過高倍透射電鏡直接拍攝到了納米粒子表面高指數(shù)晶面原子的臺階狀結(jié)構(gòu)排列。進一步以過氧化氫電催化還原反應(yīng)作為探針反應(yīng)，研究了所合成的不同表面結(jié)構(gòu)的金納米粒子的催化活性。發(fā)現(xiàn)具有高指數(shù)晶面結(jié)構(gòu)的金納米粒子單位面積的催化活性遠遠大于相同面積的本體金催化劑。

 

    該論文的結(jié)果證實了金粒子表面的低配位數(shù)原子是催化反應(yīng)中的活性中心，也是金納米粒子優(yōu)異的催化活性的來源之一。孫世剛教授等發(fā)明的方法在合成過程中條件溫和，且不使用穩(wěn)定劑，納米粒子表面不會被強吸附的表面活性劑占據(jù)表面位，所使用的溶劑DES成分都是常見的沒有毒性的化合物，在生物、催化等方面應(yīng)用前景廣闊，并且其合成方法和體系可以廣泛應(yīng)用到其他納米材料的合成。