片状内凹多面体形貌铂基贵金属纳米晶的可控合成与催化性能研究

Pt-based nanocrystals (NCs) have attracted increasing research interests due to the promising applications in catalysis. Due to poor reserve and high cost of noble metals, engineering of Pt-based NCs to improve their catalytic performance is an important fundamental research. Aiming to the high catalytic activity, selectivity and stability, this research project proposes well-defined excavated polyhedral Pt-based nanocrystals as promising candidates, as they may integrate the features of well-defined surface structure, large surface area and avoiding aggregation together, enabling them to have outstanding performance and high efficiency of atomic utilization. As the well-defined excavated polyhedral NCs are thermodynamically metastable, the main issue of this project is to study and understand the growth mechanism of these unique excavated polyhedral morphologies. It is hoped the research will shed light on the design of Pt-based catalysts with high catalytic performances and demonstrate their potential application values.

铂（Pt）基贵金属纳米晶在催化领域有着重要应用。由于低储量和昂贵价格等因素，降低Pt的使用量、提高Pt的原子利用率一直是催化基础和应用研究的重要目标。本项目拟从Pt基贵金属催化剂表面结构、活性表面积对催化剂性能影响的角度出发，设计和调控拥有“极大比表面积”、“确定表面结构”和“不易团聚”等特点的三维片状内凹多面体形貌Pt基贵金属纳米晶（以下简称为“片状内凹纳米晶”），并研究它们相关催化活性和选择性，以期实现Pt基催化剂的高原子利用率、高活性、高选择性。由于晶体生长过程中热力学的限制，纳米晶倾向于形成表面积和表面能均较低的凸多面体，本项目将重点研究片状内凹结构纳米晶体的微观生长机制，并以此为指导发展具有独特片状内凹结构纳米晶的可控合成方法，为设计高性能的Pt基催化剂提供新的思路。

贵金属基纳米晶在催化领域有着重要应用。由于低储量和昂贵价格等因素，降低贵金属的使用量、提高贵金属的原子利用率一直是催化基础和应用研究的重要目标。本项目从Pt、Pd和Rh基贵金属催化剂表面结构、活性表面积对催化剂性能影响的角度出发，设计和调控拥有“极大比表面积”、“确定表面结构”和“不易团聚”等特点的三维片状内凹多面体形貌Pt基贵金属纳米晶（以下简称为“片状内凹纳米晶”），并研究它们相关催化活性和选择性，实现贵金属基催化剂的高原子利用率、高活性、高选择性。由于晶体生长过程中热力学的限制，纳米晶倾向于形成表面积和表面能均较低的凸多面体，本项目将重点研究片状内凹结构纳米晶体的微观生长机制，并以此为指导发展具有独特片状内凹结构纳米晶的可控合成方法，为设计高性能的贵金属基催化剂提供新的思路。依照项目计划和目标，利用前期的工作基础和实验室条件开展了以下工作：（1）合成片状内凹铂基纳米晶，包括枝状铂镍单晶纳米笼、片状菱形十二面体铂钴合金纳米晶、异质结构厚边fcc-Pt/hcp-PtBi纳米片和三元铂镍钴枝状纳米笼；（2）合成片状内凹结构铑纳米枝和铑镍合金纳米枝；（3）合成不同表面结构钯氢纳米晶和钯钴氢合金超薄纳米片；（4）基于贵金属基内凹及超薄纳米片的成功合成，研究其甲醇、甲酸、乙醇等小分子氧化、氧还原、析氢等反应的电催化性能，理清贵金属组成、表面结构与电催化的构效关系。将贵金属与非贵金属合金化有效提高了贵金属原子利用率的方法，同时合金化能够极大地提高催化剂的催化效率和稳定性。本项目为贵金属基合金电催化剂的实际应用，进行了大量的预研性研究，为高效稳定的电催化剂设计合成提供了新的思路。因此，研究工作依照项目的计划要求和内容很好地完成了各项工作任务。