材料學(xué)院伍暉課題組報(bào)道冰融化驅(qū)動(dòng)液相反應(yīng)抑制產(chǎn)物成核
????????近日，清華大學(xué)材料學(xué)院伍暉課題組與北航劉利民課題組、物理所葛炳輝課題組合作，在期刊Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表論文Ice Melting to Release Reactants in Solution Syntheses.該團(tuán)隊(duì)巧妙的利用冰的融化實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)溶液的緩慢釋放，成功的抑制了合成產(chǎn)物的形核和生長，制備了多種原子級分散金屬催化劑。
????????溶液合成是制備納米晶的通用方法，如何有效的控制反應(yīng)產(chǎn)物的成核和生長是這一領(lǐng)域的一個(gè)重要科學(xué)問題。反應(yīng)物溶液的低速混合是一種有效控制其濃度的方法，例如微流控工程等方法被報(bào)道用于控制反應(yīng)物的釋放速率，通過控制反應(yīng)物局部低濃度，提高比表面積、減小擴(kuò)散維度；進(jìn)而控制質(zhì)量和傳熱的傳輸和減小化學(xué)反應(yīng)實(shí)踐，制備了納米或亞納米的材料。但是，進(jìn)一步緩慢釋放反應(yīng)物、達(dá)到納米晶成核的完全抑制仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
????????液相合成產(chǎn)物的形核抑制有希望獲得原子級分散的貴金屬催化材料。與傳統(tǒng)塊體材料和納米材料比較，原子級分散催化劑能夠明顯降低材料成本、提升催化性能。例如，單原子催化劑不僅具有更高的催化活性，還具有更高的催化選擇性。對于金屬單原子而言，其每個(gè)金屬原子都可以作為活性位點(diǎn)從而實(shí)現(xiàn)其高催化活性。但是，原子級分散的材料，考慮到單原子金屬的高表面活性和高不穩(wěn)定性，其高效大規(guī)模制備仍然是難題。
該團(tuán)隊(duì)近期發(fā)表了冰凍光化學(xué)反應(yīng)過程抑制產(chǎn)物形核、獲得了高性能的單原子鉑催化劑（Iced photochemical reduction to synthesize atomically dispersed metals by suppressing nanocrystal growth. Nature Communications, 2017, 8, 1490）。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步發(fā)展了冰凍反應(yīng)物溶液、緩慢融化的方法驅(qū)動(dòng)液相合成反應(yīng)，抑制產(chǎn)物形核。傳統(tǒng)溶液化學(xué)反應(yīng)過程中，反應(yīng)物溶液一般被滴加與另一種反應(yīng)物溶液混合。不同于此，論文報(bào)道了用液氮快速冰凍反應(yīng)前驅(qū)體溶液，將冰塊緩慢的融化在還原溶液中，通過冰的融化緩慢的釋放陽離子，維持溶液中反應(yīng)物局部低濃度，從而有效抑制了產(chǎn)物的成核，獲得原子級分散金屬材料。該團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)和理論上證明了冰融化過程是一種制備原子級分散金屬材料的有效方法，成功合成了原子級分散的鈷、鎳，銅，釕，銠，鈀，銀，鋨，銥，鉑，金等材料。此外，這種冰融化的方法可以很容易地?cái)U(kuò)展到其他溶液合成反應(yīng)中，重新設(shè)計(jì)溶液反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)和擴(kuò)散過程。論文發(fā)表后被德國應(yīng)化選為熱點(diǎn)文章和內(nèi)封面文章，并被Chemistry Views、Chemistry World等做亮點(diǎn)報(bào)道。
????????論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201711128
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