Science：掀起高指数晶面的盖头，完美展现裸露的二十四面体！

来源：研之成理

研究背景

金属纳米颗粒及其所暴露晶面的原子结构对催化性能起到决定性作用。

工业上广泛采用固相前驱体热解法来合成大量的贵金属纳米颗粒。但这种方法只能产生热力学稳定的低指数晶面，其催化活性偏低。

目前，只有少数方法能用于生产无配体修饰的高指数晶面金属纳米颗粒，而其中不少方法却是产量偏低的电化学合成方法。

相比之下，液相合成的产量更高，也能精确控制产物的形状。但控制形貌时引入的表面配体难以除去。这些配体吸附在催化剂表面的活性位点上，使催化活性大幅降低。

那么，是不是在有生之年就不能亲眼看到裸露二十四面体的大规模合成了呢？受到欠电位沉积（UPD）的启发——这种神奇的电沉积方法通过向电解液中添加痕量金属离子就能让产物暴露出高指数晶面——居然有人假设把这种方法搬到固相反应中照葫芦画瓢也能产生如出一辙的效果！于是他们就试了试，得到了我们今天要给大家介绍的这篇Science！

成果速递

近日，美国西北大学的Chad A. Mirkin（通讯作者）等通过固相反应在硅片和催化基底上合成了一系列成分为Pt、Pd、Rh、Ni、Co及双金属的二十四面体纳米颗粒，其粒径介于10-500 nm。

在这一固相反应中，高指数晶面的暴露是通过体系中的痕量金属元素（Sb、Bi、Pb、Te）挥发来实现的。

计算模拟和实验结果均表明，该方法稳定了{210}晶面，从而促成二十四面体金属纳米颗粒的形成。

通过研究PtSb体系，作者指出Sb从PtSb合金中挥发使{210}晶面稳定，从而形成Pt二十四面体纳米颗粒。这一固相反应无需配体，与以往报导的液相合成二十四面体纳米颗粒的形貌调控机制完全不同。

用甲酸的电化学氧化反应来衡量其催化效果，发现向Pt中加入痕量Bi，反应后形成的Pt二十四面体纳米颗粒在同一电位下的催化电流密度是商业Pt/C催化剂的20倍！

该工作以“Shape regulation of high-index facet nanoparticles by dealloying”为标题于2019年9月13日发表在国际顶刊Science上。

图文导读

图一、向反应体系中添加痕量的Sb、Bi、Pb、Te，通过合金化/去合金化制备Pt、Pd、Rh、Ni、Co及双金属二十四面体纳米颗粒

图二、通过痕量Sb挥发，制备Pt二十四面体纳米颗粒

图三、通过痕量外来元素（Sb、Bi、Pb、Te）挥发，制备Pt、Pd、Rh、Ni、Co二十四面体纳米颗粒

图四、通过痕量Bi挥发，制备双金属二十四面体纳米颗粒

文献链接

Shape regulation of high-index facet nanoparticles by dealloying （Science, 2019, DOI: 10.1126/science.aax5843）