厦大高指数晶面金属纳米催化剂研究取得新进展

　　近日，厦门大学化学化工学院孙世刚课题组在高指数晶面结构Rh纳米晶的电化学控制合成和催化性能研究方面取得新的重要进展，相关结果以 “Electrochemical Synthesis of Tetrahexahedral Rhodium Nanocrystals with Extraordinarily High Surface Energy and High Electrocatalytic Activity”为题，发表在《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed., 2014, DOI: 10.1002/ange.201310597)。

　　金属Rh纳米粒子具有优异的催化性能，已被广泛应用于精细化学品合成、石油化工、汽车尾气净化和能源转化等领域。高指数晶面结构Rh纳米晶的控制合成是进一步提升Rh催化剂性能的有效途径。但是，在常见的贵金属催化剂中，高指数晶面结构Rh金属纳米粒子具有超高的表面能，受纳米晶体生长中表面能趋于最小的热力学限制，其控制合成极具挑战性。如下图所示，贵金属催化剂Au的表面能最小，很容易通过湿化学法加入合适的表面吸附剂制备出不同结构的高指数晶面Au 纳米晶，如二十四面体(THH)、偏方三八面体(TPH)和三八面体(TOH)等形状。Pt和Pd的表面能约为Au表面能的两倍，采用湿化学法已经难以制备高指数晶面Pt、Pd纳米粒子。由于电化学法在高表面能金属纳米催化剂的表面结构控制合成中具有明显的优势，通过调控氧的吸脱附以及晶体生长速度，仍然可以比较容易地制备一系列高指数晶面结构的Pt、Pd纳米晶体。Rh的表面能是Au表面能的三倍以上，因此高指数晶面结构Rh纳米晶的制备极为困难。到目前为止，有关Rh的形状控制合成的文献报道非常少，已合成出的Rh纳米粒子主要由(100)和(111)等低指数晶面围成。

　　孙世刚课题组利用所发展的电化学方波电位方法，通过精细调制和优化实验条件，首次成功制备出形状完美的高指数晶面结构Rh二十四面体纳米晶。经仔细表征，所制备的Rh纳米粒子由{830}高指数晶面围成，其对乙醇电氧化的催化活性是商业Rh黑催化剂的7倍。

　　该项研究是在孙世刚教授和田娜副教授共同指导下完成的，实验部分主要由博士生余能飞完成。研究工作得到国家重点基础研究发展计划 (2012CB215500)，国家自然科学基金(21222310，21373175，21361140374，21321062和21229301)和全国优秀博士学位论文作者专项资金(201126)支持。