新聞動態(tài)張祥偉、陳情澤、朱潤良等-AFM & NL：黏土礦物衍生多孔二氧化硅助力低配位貴金屬納米晶可控制備新策略
?黏土礦物是一類以含水層狀鋁硅酸鹽為主的天然非金屬礦產(chǎn)資源，具有天然納米結(jié)構(gòu)、高比表面積、可交換層間離子以及良好穩(wěn)定性等特點。我國黏土礦物資源儲量豐富、價格低廉，當前主要應用在陶瓷、造紙、建材、鉆井泥漿等傳統(tǒng)領(lǐng)域；其開發(fā)長期面臨利用水平低、產(chǎn)品附加值不高的問題，亟需突破黏土礦物高質(zhì)利用新理論與新技術(shù)。另一方面，負載型貴金屬催化劑在光催化、電催化和熱催化等領(lǐng)域中具有重要應用。其中，多面體貴金屬納米晶富含高指數(shù)晶面，其因獨特電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異分子吸附活化能力，而備受關(guān)注。然而，現(xiàn)有合成方法流程復雜、穩(wěn)定性差，負載型合成體系中還受載體-金屬相互作用、還原動力學及熱處理條件等多因素制約，高指數(shù)晶面難以保留。如何實現(xiàn)負載型多面體貴金屬納米晶的可控制備，仍是催化材料領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。
?針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所朱潤良研究員、陳情澤副研究員、張祥偉博士后，與南洋理工大學李述周教授、傅浩洋博士等合作，基于典型黏土礦物蒙脫石獨特的結(jié)構(gòu)特征與硅元素載體屬性，提出并驗證了一種基于蒙脫石衍生多孔二氧化硅（SiO2）的預氨基化策略，成功實現(xiàn)負載型低配位貴金屬納米晶的可控制備。
?研究團隊首先以蒙脫石為硅源制備了高活性SiO2載體，該材料具有較大的比表面積、豐富的孔道結(jié)構(gòu)及表面活性羥基。通過對載體進行氨基功能化改性，利用氨基基團與金屬前驅(qū)體之間的配位作用，精準調(diào)控Pt納米顆粒的錨定和成核生長動力學，在載體表面原位構(gòu)筑出小尺寸多面體Pt納米顆粒（＜7 nm），顯著降低了Pt活性位點的配位數(shù)，使催化劑在甲苯催化燃燒反應中表現(xiàn)出優(yōu)異的低溫活性（T90 = 148 ℃）和長期穩(wěn)定性（圖1）。在此基礎(chǔ)上，研究團隊進一步驗證了該策略的普適性和誘導合成機制。氨基硅烷末端氨基基團及原位分解產(chǎn)生的NH3，能夠通過配位作用、靜電作用和空間位阻效應協(xié)同調(diào)控金屬前驅(qū)體的局域化學環(huán)境，從而在SiO2表面原位誘導形成多面體納米結(jié)構(gòu)。他們系統(tǒng)篩選了六種不同結(jié)構(gòu)的氨基硅烷，并比較了其對Pt納米晶成核、生長及結(jié)構(gòu)演化過程的影響。該策略不僅適用于Pt體系，還成功拓展至Pd、Au等多種貴金屬納米晶的可控制備，實現(xiàn)了高分散、小粒徑及富含高指數(shù)晶面特征的多面體納米構(gòu)筑，為負載型貴金屬催化劑的理性設(shè)計提供了新的思路。
?該研究系統(tǒng)揭示了氨基功能化界面對貴金屬納米顆粒成核、生長及低配位位點形成的調(diào)控機制，建立了載體表面化學、納米結(jié)構(gòu)演化與催化性能之間的構(gòu)-效關(guān)系，為低配位貴金屬催化劑的可控制備提供了新的研究思路。同時，該研究實現(xiàn)了黏土礦物資源向高性能催化載體的制備，拓展了黏土礦物高質(zhì)利用的新方向，為VOCs催化治理及高效環(huán)境催化材料研發(fā)提供了重要支撐。
圖1?不同溫度下Pt納米晶在蒙脫石衍生SiO2表面的生長過程（a），蒙脫石衍生SiO2負載多面體Pt納米顆粒的微觀形貌（b）和配位數(shù)分析（c），蒙脫石衍生SiO2負載多面體Au（d）和Pd（e）納米顆粒的微觀形貌和甲苯催化氧化性能分析（f）?
?上述研究得到國家自然科學基金（42225203、52504312）、廣東省杰出青年基金項目（2023B1515020006）等項目的支持，研究成果發(fā)表在Nature Index期刊?Advanced Functional Materials?和?Nano Letters?上。
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論文信息：
1. Xiangwei Zhang?(張祥偉), Qingze Chen*?(陳情澤), Haoyang Fu*?(傅浩洋), Zhihao Lei?(雷志豪), Shuzhou Li?(李述周), Runliang Zhu?(朱潤良).?Pre-Amination-Directed In Situ Growth of Supported High-Index Faceted Noble Metal Nanocrystals. Advanced Functional Materials, 2026, e76279.
2. Xiangwei Zhang?(張祥偉), Qingze Chen?(陳情澤), Haoyang Fu*?(傅浩洋), Peng Liu?(劉鵬), Jieyang Xie?(謝捷洋), Xun Geng?(庚詢), Zhihao Lei?(雷志豪), Shuzhou Li?(李述周), Runliang Zhu*?(朱潤良). Engineering Low-Coordinated Pt Sites through Supported Polyhedral Nanoparticles for Enhanced Low-Temperature Toluene Catalytic Oxidation.?Nano Letters. 2025, 25, 41, 15115–15123.
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