厦大团队开发通用型合成策略，累计合成64种铂基纳米粒子

近日，厦门大学胡春副教授担任第一作者的论文发表在Nature Synthesis，这也是她在博士后期间的代表成果。

研究中，她和合作者开发出一种通用型合成策略，通过硒封端结合硒介导的 Kirkendall 效应，制备出具有分层结构和多种组分的铂基纳米晶体。

胡春表示，自己在博士阶段并没有做过纳米晶的合成。直到作为博士后来到厦门大学黄小青教授课题组以后，才开始采用这种小分子辅助的湿化学法来合成纳米晶。

事实上，和大多数刚进入该课题组的新成员类似的是，胡春一开始在油相条件下，通过合成硫化铜的六方纳米板来练手。

而在读博阶段，她主要做钌基材料的制备，合成一些钌基纳米结构。

“后来，在和黄小青老师的一次讨论中，他提到硫的配位能力太强，能不能用比硫配位能力弱一些的硫族元素来调控纳米结构比如硒或碲？”胡春回忆称。

考虑到黄小青课题组的重要研究方向是铂、钯基纳米材料，因此胡春将主要元素锁定为铂。

后来，她尝试了实验室的铂源（乙酰丙酮铂、氯亚铂酸钾、氯化铂等等），也尝试了硒源比如二苄基二硒醚、亚硒酸等。

一开始，实验进行得并不顺利，无一例外全是一大团黑黑的产物。其中，采用二苄基二硒醚作为分子的产物团聚更严重，为此胡春进一步将分子固定为亚硒酸。

后来她想，是不是亚硒酸分子的量太多了？所以，她进一步降低了亚硒酸的投入量。

结果发现，当硒的量降低到一定程度，得到的铂纳米粒子尺寸很小（3nm-5nm）且分散性挺好。

并且，如果不加入硒分子，还能得到尺寸在 20nm 左右的铂六方纳米板。

在铂的基础之上，胡春加入了钌。结果显示，在不加硒分子的铂钌体系之中，所得到的是铂钌纳米花组装体。

而加入少量硒分子，则能得到尺寸小于 5nm 的铂钌纳米粒子。随后，她继续在铂钌中加入其他金属，比如加入钴、镍、铜等。

借此发现，对于没有加入硒分子的体系来说，所得到的产物都是大尺寸的纳米结构。

这些纳米结构要么呈现为大小不一的颗粒，要么就是组装体，要么呈现出多种形貌共存的结果。

一旦加入少量硒分子，上述纳米结构都会转变为小尺寸纳米粒子。

最终，她累计合成 64 种铂基纳米粒子，并让硒分子的调控作用得到了很好的验证。

同时，她进一步发现硒分子的引入不仅可以减小纳米粒子的尺寸，还能实现纳米粒子的逐层生长。

粒子尺寸的减小意味着表面原子数占总原子数的比例增加，进而会引起物理性质和化学性质的变化。

此外，可预测的逐层有序生长，也为纳米粒子的可控合成提供了理论依据。

胡春表示，铂基纳米材料的应用范围很广。例如，作为催化剂，铂纳米催化剂是氢燃料电池阳极氢氧化和阴极氧还原的商业催化剂。

另外，对于那些可以作为燃料电池燃料的甲醇、乙醇、甲酸等有机小分子来说，其也具有优异的电氧化作用。

此外，铂纳米催化剂还具有加氢和脱氢的功能，能被用于乙炔加氢、乙烯加氢、丙烷脱氢等反应中。

总的来说，铂基纳米催化剂既能给基础理论研究带来一定助力，又具有广阔的应用前景。

而在研究中，最令胡春印象深刻的莫过于做验证实验。那段时间，她每天都要合样品、洗样品、拍电镜。

偶尔还会遇到一些小插曲，比如瓶盖开了，这就等于样品作废，于是得重新合。等到研究结束，她大概用掉一盒多铜网。

同时，在本次工作之中，计算部分也占据了很大比例。“而这也是我与上海大学黄健研究员反复多次讨论的结果。”胡春表示。

2023 年上半年，她的博士师兄徐吉健教授刚在美国马里兰大学完成博士后研究，正准备入职香港城市大学。于是，胡春又找到师兄帮忙给论文提建议。

最终，相关论文以《硒介导的多层多组分纳米晶体的逐层合成策略》（A selenium-mediated layer-by-layer synthetic strategy for multilayered multicomponent nanocrystals）为题发在Nature Synthesis[1]。

胡春是第一作者，香港城市大学独立 PI 徐吉健、上海大学黄健研究员、厦门大学谭元植教授、厦门大学教授黄小青教授担任共同通讯作者。

胡春表示，初步研究结果显示在引入硒分子之后，钯和钌基纳米结构也呈现出尺寸减小的结果。

因此，本次策略也极有希望用于其他铂族贵金属纳米材料的控制合成。

当然，后续还需根据不同元素性质的差异，来调控金属前驱体、还原剂、反应温度等，以便能够进一步优化合成条件。

参考资料：

1.Hu, C., Zhang, Y., Ren, R.et al. A selenium-mediated layer-by-layer synthetic strategy for multilayered multicomponent nanocrystals.Nat. Synth(2024). https://doi.org/10.1038/s44160-024-00598-2

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