日前，我校材料科學(xué)與工程學(xué)院謝水奮教授課題組在國(guó)際頂級(jí)期刊《納米快報(bào)》（Nano Letters）上發(fā)表了題為“Ligand-Assisted, One-Pot Synthesis of Rh-on-Cu Nanoscale Sea Urchins with High-Density Interfaces for Boosting CO Oxidation”的研究工作論文（DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03607）。Nano Letters是美國(guó)化學(xué)會(huì)（ACS）旗下頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊，近幾年SCI影響因子均高達(dá)12以上，在國(guó)際納米材料化學(xué)領(lǐng)域具有權(quán)威影響力。

    該論文首次報(bào)道了一種富含非貴金屬/貴金屬（Cu-Rh）異質(zhì)界面的高性能雙金屬納米催化劑的可控合成及其催化增強(qiáng)機(jī)理研究。在油相體系中利用配體抗壞血酸對(duì)Rh3+的選擇性配位作用，成功逆轉(zhuǎn)Cu2+與Rh3+離子還原電勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)Cu2+離子先被還原生成納米內(nèi)核，隨后Rh原子島狀沉積在其表面外延生長(zhǎng)，一步合成Cu-Rh異質(zhì)核殼海膽狀納米結(jié)構(gòu)（圖1，a-c）。通過(guò)配體用量的控制，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)多種Cu-Rh雙金屬組分的空間分布和產(chǎn)物形貌的設(shè)計(jì)合成。

圖1.（a-c）海膽狀Cu-Rh核殼納米結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)表征；（d-f）產(chǎn)物催化CO氧化的活性和機(jī)理研究。

    生長(zhǎng)機(jī)理方面，論文通過(guò)形貌跟蹤和光譜研究對(duì)合成過(guò)程中抗壞血酸對(duì)Rh3+的選擇性配位作用作了詳細(xì)的闡述。產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征與分析表明該納米結(jié)構(gòu)富含Cu-Rh雙金屬異質(zhì)界面。簡(jiǎn)單地改變Cu和Rh金屬前驅(qū)物的用量，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)物雙金屬比例以及Cu-Rh異質(zhì)界面密度的控制。在催化CO氧化過(guò)程中，研究人員通過(guò)原位紅外光譜證實(shí)該異質(zhì)結(jié)構(gòu)能夠?qū)O和氧氣的競(jìng)爭(zhēng)性吸附和活化步驟有效分離，使得CO選擇性在Rh納米枝表面上吸附，而氧氣則在裸露的Cu表面吸附并活化。在Cu-Rh異質(zhì)界面上，CO氧化的反應(yīng)活化能明顯降低，反應(yīng)速率得到了大幅度提高（圖1，d-f）。該研究工作很好地通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯著提高金屬納米材料的催化活性，在高性能貴金屬納米催化劑的合理設(shè)計(jì)進(jìn)而降低貴金屬使用和成本方面具有重要的指導(dǎo)意義。

    上述研究工作在謝水奮教授的指導(dǎo)下，由王偉（交流生）、劉凱、王媛媛等碩士研究生共同參與完成。得到國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（21771067）、國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（21401155）、福建省自然科學(xué)基金杰出青年項(xiàng)目（2017J06005）及華僑大學(xué)科研基金等項(xiàng)目的大力支持。

    文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b03607