纳米金属表面无机孔壳的控制合成及热稳定性研究

金属纳米粒子体系的热稳定性一直都受到极大的关注，比如很多工业催化历程都超过300oC，所以热稳定纳米金属的制备是一个重大的技术需求。无机纳米孔壳相具有孔径均匀，比表面高等优点，可用于保持纳米金属的活性、提高纳米金属的稳定性，以及物质的选择性传输，也可以赋予纳米金属新的结构功能，如高温稳定和高选择性等。目前国际上这方面研究存在的重大问题是：如何选择性设计无机孔壳来扩展纳米金属的实际应用。这就需要研究无机纳米孔壳的控制合成以及和纳米金属功能的内在联系。本项目将研究：1) 探索不同形貌纳米金属表面活性和吸附行为，以及和表面活性剂的自组装机制，实现纳米金属表面修饰。2) 研究在纳米金属表面氧化硅与表面活性剂协同作用的生长机制以及形貌演化特征。3) 建立纳米金属活性与无机孔壳的尺寸、孔结构和形貌之间的内在联系和外在功能效应，最终达到选择性设计无机孔壳的目的，尤其是在高温应用、选择性催化等方面。

纳米金属的稳定化一直是纳米金属材料实际应用的关键和基础。本项目正是以纳米金属稳定化为目标通过表面修饰的方法设计合成纳米金属，并进一步探索其应用。按照研究计划我们首先完成了纳米金属（银、金、钴和钯等）的形貌和活性晶面控制合成包括球形，正方体和多面体等；其次我们通过无机外壳的生长机制研究，完成了各类分级结构孔壳的设计如球形外壳和正方体外壳；然后我们通过纳米孔壳与金属功能的相互关系研究，发现了金属纳米粒子的分级孔壳既能提高纳米金属的分散性和稳定性，也能提高金属纳米粒子的性能。高分散性和高稳定性也是纳米金属应用的关键因素和难点。基于这一思想，我们不仅完成了项目所要求的金属纳米粒子的控制合成及稳定性研究，而且通过孔壳稳定纳米金属的概念做了两个扩展工作。第一个工作是开发了一种通过粘度控制合成的方法，成功的实现了铂钯双金属纳米粒子在分级结构三维介孔孔穴中“一粒一穴”结构，也展示了非常高的催化活性、结构稳定性和循环性。第二个工作是我们利用生物小分子稳定金纳米粒子，并形成了纳米孔纳米金属/生物杂化材料，并成功应用于细胞表面功能化，如细胞表面分级结构自修复外壳的构筑，光合作用反应器的构建以及脱硫反应器的构建等。基于此项目，我们在 Energ. Environ. Sci.，Chem. Sci.，Nano Energy，Small等相关领域期刊发表SCI文章8篇，其中影响因子大于6的6篇，申请国家发明专利4项，参加相关国际会议13次，其中邀请报告8次。同时，我们也展开的相关领域的国际合作，如中德国际合作和中欧国际合作等。此外，指导的学生多次获国家优秀博士生及硕士生奖学金，湖北省优秀学士论文等荣誉和国家创新计划项目支持。