厦大科学家首次合成罕见铂纳米晶体

　　二十四面体及高指数晶面原子排列结构模型。本报讯（记者佘峥通讯员王瑛慧）厦大化学化工学院孙世刚教授和美国佐治亚理工学院王中林教授领导的研究小组首次制备出了一种新型的二十四面体铂纳米晶粒催化剂，它的单位铂表面的催化活性是目前工业用铂纳米催化剂的四倍。

这一成果带来的应用前景是：它能提高一些重要化学反应的效率，这些化学反应包括石油的催化重整，或是被称为“绿色能源”的直接燃料电池的阳极过程等。换而言之，它在能源、催化、材料、化工等领域具有重大的意义和应用价值。昨日出版的美国《科学》杂志以三页半篇幅长篇研究报告的形式，介绍了这一最新成果，这也是厦大发表在这本世界顶级学术期刊上的第一篇长篇研究报道文章。人们对铂金并不陌生，不过，铂的作用远非装饰——作为催化剂，铂纳米材料在很多重要的化学反应中扮演重要的角色，例如，在燃料电池、石油化工、汽车尾气净化等领域，铂都是被广泛使用的催化剂。但是由于铂资源缺乏，导致它价格高昂——全世界用于催化剂铂的用量每年近100吨，价值高达40多亿美元。所以，如何进一步提高铂纳米材料的催化活性、稳定性和利用效率是氢能源和相关领域发展的重大关键问题。科学家面临的挑战是：传统的化学法只能合成低表面能的金属纳米晶体，一般是立方体、八面体或是截角八面体，其表面为“低指数”晶面结构。科学家认为，“高指数”晶面结构围成的多面体的铂纳米晶粒催化剂能提高催化效率，不过在此之前，这类铂纳米晶粒催化剂从未被合成过。孙世刚带领的研究小组首次制备出高指数晶面结构的二十四面体铂纳米晶体。二十四面体是一种十分罕见的晶体形状，迄今还未见到人工合成二十四面体金属纳米晶体的报道。王中林所带领的研究小组用实验证实，这一二十四面体铂纳米晶体由高指数晶面围成，并具有很高的热稳定性，可耐高达800摄氏度的高温。研究还证实，二十四面体铂纳米晶体具有很高的催化活性：以单位铂表面积来计算，它对甲酸、乙醇等有机小分子燃料电氧化的催化活性是目前商业铂纳米催化剂的2到4倍，显示它在燃料电池、电催化等领域中的重大应用价值。孙世刚补充说，因为这些铂纳米晶体的稳定性，所以在催化反应之后，它的形状能得到保持，这样我们可以反复使用它。曾经留学法国的孙世刚现在是厦大副校长，这位国家杰出青年科学基金获得者不久前获得国家级教学名师奖。王中林是佐治亚理工学院杰出讲座教授和厦大客座教授。上述研究是在孙世刚小组前期工作基础上，两个研究小组一年多紧密合作的结果。孙世刚昨天说，事实上，早在2005年，他与博士生田娜和周志有博士，就已经制备出了这种二十四面体金属纳米晶体，但是，课题组并未急着发表论文，而是花了两年工夫来进一步追踪弄清楚这种晶体的生长过程、表征，并不断完善研究方法。田娜还为此申请延期两年毕业。今年1月底，这一中美团队将研究成果投稿到《科学》，3月份《科学》就发来了用稿通知。《科学》杂志的三位评审人对该工作的原创性和重要性给予高度的评价。认为这一科研成果不仅指明了一种控制纳米粒子生长使高指数晶面暴露在外的新思路和新方法，而且将导致异相催化中的新发现。