稳健的制备金基多壳层材料及其光催化性能研究

多孔多壳层结构的金基微纳米材料因其高的比表面积和优异的光吸收性质，在光/电催化等领域具有潜在的应用价值。而化学改性是一个提高催化剂选择性的有效途径。对于Au基多壳层结构的制备，目前主要利用多次的生长和刻蚀牺牲模板的策略。用该方法制备三壳层的结构，操作过于复杂，不利于广泛应用。有趣的是，多壳层金属氧化物可以通过控制相应的金属有机模板分解得到。但是利用该策略制备多壳层贵金属却并未被报道。

图1. 催化剂合成催化示意图。

近日，中科院长春应化所的宋术岩（Song Shuyan）教授（点击查看介绍）课题组开发了一种稳健的自模板策略成功制备了表面改性的多孔三壳层金，并用于光促进NH₃BH₃还原4-硝基苯乙烯的加氢反应。作者首先制备出大小可调的Au-三聚氰胺胶体模板球，该模板球在聚对苯乙烯磺酸钠（PSS）的存在下，可用NaBH₄快速一步还原为表面改性的多孔三壳层金。通过改变反应溶剂粘度可以控制BH₄^-离子进入模板球的速率，进而实现Au球的壳层数目的调节。此外，将模板浸泡过其它金属盐溶液后，也可通过相同的还原过程获得双金属多壳层结构。

图2. 还原前模板及还原后三壳层金球的SEM和TEM图。

在随后的加氢中，作者发现表面改性可以有效的抑制4-硝基苯乙烯双键的加氢，因此与未改性的三壳层金相比，表面改性的三壳层金具有更高的4-氨基苯乙烯选择性（97％）。另外，与具有较少壳层数的催化剂相比，在可见光照射下多孔三壳层金同时显示出更高的光催化活性。该工作为Au基贵金属多壳结构的设计和合成开辟了一条新途径。

图3. 催化结果。

研究结果发表于Angewandte Chemie International Edition。长春应化所博士研究生李健为第一作者。研究得到国家自然科学基金的资助支持。

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Robust Synthesis of Gold‐Based Multishell Structures as Plasmonic Catalysts for Selective Hydrogenation of 4‐Nitrostyrene

Jian Li, Yan Long, Yu Liu, Lingling Zhang, Qishun Wang, Xiao Wang, Shuyan Song, Hongjie Zhang

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201910836

导师介绍

宋术岩

https://www.x-mol.com/university/faculty/90998