纳米Pd颗粒在不同放大倍数的TEM和HRTEM照片(ED插图)
高氢含量有机小分子(如甲醇、乙醇或甲酸等)材料可用做燃料电池的燃料, 纳米金属催化剂的应用也备受瞩目。Pt是最有效的燃料电池电催化剂,但易毒化, 且价格昂贵。贵金属Pd的催化性能优异, 广泛用于Suzuki-Miyaura, Heck, 和Stille偶联反应的C-C键的合成。Pd的催化性能可与Pt催化剂相媲美且较其廉价, 对直接燃料电池用有机小分子的氧化Pd也表现出优异的电催化活性。
纳米金属材料的催化或电催化活性均受其形貌和尺寸的影响, 对其控制主要取决于制备方法。溶致液晶(Lyotropic Liquid Crystal, 简称为LLC)由一定浓度的双亲分子在溶剂中形成长程有序结构, 有丰富的相结构, 如层状相、立方相和六角相等, 兼有液体可流动性和晶体各向异性的特点, 易于构建和调节, 是合成纳米材料的理想反应器。
陈晓课题组通过NaBH4还原硝酸银获得银纳米粒子水溶胶, 以AOT-水-异辛烷三组分层状液晶为模板,制备出嵌入纳米粒子的无机/有机杂合体; 杨汉民等将微波加热引入到层状液晶模板中, 在Tween-80/n-C10H21OH/H2O体形成的液晶模板体系中制备Pd纳米粒子, 研究了不同前躯体浓度和微波加热时间等反应条件对Pd纳米粒子形成的影响。Surendran研究组先后以阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)形成六角相溶质液晶作模板, 分别在γ射线辐射下还原Pt(NH3)4Cl2制备多孔纳米Pt和在电子束照射下还原Pd(NH3)4Cl2制备了Pd纳米线。采用LLC作模板合成与组装纳米材料具有常规方法不可比拟的优点, 但也有一些不足之处, 如在制备过程中要添加诸如NaBH4等强还原剂, 或者辅助高能条件。这些因素一方面因纳米晶核生长速率难以控制使粒子尺寸和分布不均一, 另一方面影响杂合体的稳定性且成本较高。
安徽理工大学材料科学与工程学院王艳丽等人构建盐水、环己烷、表面活性剂和助表面活性剂四元体系, 采用六角相液晶为模板在避光温和条件下将Pd2+还原制备出纳米Pd催化剂, 用偏光显微分析、XRD、TEM、选区电子衍射(SAED)和HRTEM等手段对其进行表征, 研究了反应时间对纳米Pd微观形貌和尺寸的影响, 并用循环伏安法研究了纳米Pd修饰玻碳电极对乙醇的电催化活性。结果表明, 避光反应24 h后制备出呈规则形貌的纳米Pd材料, 平均粒径为(31±1) nm, 对乙醇有较高的电催化活性和抗中毒能力。