Chem. Eur. J. :具有hcp结构的超薄钌纳米盒的合成

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美国佐治亚理工学院秦冬与夏幼南课题组报道了一种具有六方最密堆积(hcp)结构的超薄钌纳米盒的简便合成方法,以及其对于氢化反应的催化性能。与其他贵金属纳米晶体相比,钌纳米盒在同等质量下展现出了更高的针对4-硝基苯酚氢化活性,是一种潜在的优异催化剂。


贵金属纳米晶体在催化,光电,以及生物医药等领域有着广泛的应用。通过种晶生长法, 可以很方便地合成各种形状的壳核,壳框,以及空心的金属纳米晶体。再通过化学刻蚀晶种,即可制成多种新颖的中空金属纳米结构,例如纳米盒,纳米笼,以及纳米框等等。与实心的纳米晶体相比,这些新颖的纳米结构具有更开放的空间结构以及更高的原子利用率,是具有潜力的高性能催化材料。


作为铂族贵金属之一,钌在各种领域被广泛地用作催化剂, 例如水的光解,乙醇脱氢,二氧化碳转化,以及氨的合成等。在双金属纳米晶的研究方向上,基于钌的研究比较少,主要集中在钌与铂和钯的双金属系统上。在钌与钯的双金属系统中,通过种晶生长和化学刻蚀钯核,可以获得催化性能较好的钌金属笼。但是值得指出的是,钯是一种很稀有的金属,价格很昂贵,并且比较难刻蚀。相比之下,银是一种价格便宜以及较容易刻蚀的贵金属。此外,银在局部表面等离子体共振(LSPR)和表面增强拉曼散射(SERS)等光学应用中相较于钯有着更为优秀的性能,是替代钯核来制造钌金属盒的优秀材料。


基于上述背景,秦冬与夏幼南课题组发展了具有hcp结构的超薄钌纳米盒的合成。在高温下,他们将钌前驱体加入含有银纳米立方体的乙二醇溶液中首先合成了壳核纳米立方体,并通过硝酸化学刻蚀合成了一系列具有不同壳厚度的钌纳米金属盒。其中,使用0.1和0.4毫升2毫摩尔钌前驱体合成出来的钌纳米金属盒均在4-硝基苯酚的氢化反应中表现出优异的催化性能。使用0.1毫升2毫摩尔钌前驱体合成出来的钌纳米金属盒具有35.79 s–1g–1的催化活性。与银纳米晶,金纳米晶,Ag-NP/C,以及Fe3O4@SiO2–Ag等纳米复合材料相比,钌纳米盒具有更高催化活性。在这项工作中,作者通过对钌纳米盒合成方法以及催化性能的研究,为未来其它具有新颖结构的贵金属催化剂的合成与制备提供了新思路。



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图一 通过还原、置换和蚀刻将银纳米立方体转化为钌纳米盒以及其催化过程的示意图。

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图二 (A-C) 使用不同体积的 钌前驱体合成的 银-钌纳米立方体的 TEM 图像:(A) 0.1、(B) 0.2、(C) 0.4 mL。(D-F)用硝酸蚀刻相应的纳米立方体 1 小时后得到的钌纳米盒的 TEM 图像。

文信息

Facile Synthesis of Ru Nanoboxes with a Hexagonal Close-Packed Structure by Templating with Ag Nanocubes and Their Catalytic Properties

Hansong Yu, Dr. Yong Ding, Prof. Dr. Peng Wang, Quynh Nguyen, Prof. Dr. Younan Xia, Prof. Dr. Dong Qin


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202302603

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