【动态】夏幼南课题组：尺寸可控铂二十面体纳米晶简易合成与氧还原性能

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贵金属铂纳米晶作为一类高效的催化材料，在催化、电催化以及储能领域具有广泛的应用。

在各类应用中，铂纳米晶的表面结构深刻地影响其催化活性和选择性。例如，在催化氧还原反应时，铂{111}晶面相较于铂{100}晶面催化活性高出五倍以上！

在催化苯的加氢反应时，具有{100}晶面的铂纳米立方作为催化剂时表面产物主要是环己烷，但是具有{100}和{111}晶面的铂立方八面体的催化产物包括环己烷和环己烯。

有鉴于此，通过调控铂纳米晶的表面形貌来优化其催化性能成为科学家们不断探索的课题。在各类铂多面体纳米晶中，铂二十面体纳米晶因其表面的{111}晶面和孪晶结构而具有的独特催化性能引起了研究者们的极大兴趣。

目前，铂二十面体纳米晶主要是采用羰基金属作为反应物、分解产生的CO作为还原剂来进行合成，但羰基金属的使用导致产物中不可避免地引入金属杂质。

为了克服这一难题，Zhu等人采用[Pt(CH3NH2)4][PtCl4]作为前驱体、油胺作为还原剂来合成铂二十面体纳米晶。尽管产物避免了杂质金属，但该方法的单批次产量只有2毫克，且反应时间长达一周，这些缺点对于实际应用来说是难以接受的。

日前，佐治亚理工学院夏幼南教授课题组开发一种全新的合成铂二十面体纳米晶的方法。该方法反应条件简单温和，只需铂前驱体（Pt(acac)3）、稳定剂（PVP）和四甘醇作为反应物进行反应20分钟，便可以得到尺寸均匀、纯度（~88%）较高的铂二十面体纳米晶。

铂二十面体纳米晶的透射电镜和高分辨图像

通过简单地改变前驱体的质量，铂二十面体纳米晶的尺寸可以在10到25纳米之间得到精确控制。

此外，作者通过进一步引入抗坏血酸作为辅助还原剂来促进铂原子的成核过程，成功将铂二十面体纳米晶的尺寸进一步减小至7纳米，并将产物纯度提升至93%。

不同尺寸铂二十面体纳米晶的氧还原面积比活性以及与商用铂碳的性能对比

当用作氧还原催化剂时，具有不同尺寸的铂二十面体纳米晶的面积比活性较商用铂碳催化剂高出2.4倍以上，且其面积比活性随着纳米晶尺寸的增大而逐渐增大。稳定性测试表明，不同尺寸的铂二十面体纳米晶在作为氧还原反应催化剂时较商用铂碳展现出更加优越的稳定性。

该项研究不仅提供了一种合成铂二十面体纳米晶的简易方法，同时实现了对纳米晶尺寸的精确调控。关于铂二十面体纳米晶的氧还原活性和稳定性的研究也为相关催化剂的设计提供了借鉴指导。

Zhao M, Holder J, Chen Z, et al. Facile Synthesis of Pt Icosahedral Nanocrystals with Controllable Sizes for the Evaluation of Size‐Dependent Activity toward Oxygen Reduction[J]. ChemCatChem, 2019.