AuNPs/SiNWs (a)和 PtNPs/SiNWs (b)复合物的TEM图像
人们对贵金属纳米粒子(NMNPs)作为无机或有机的反应催化剂已进行了广泛研究. 一方面,纳米微粒的催化效率会随着尺寸的增加而降低, 但是另一方面它们高的表面能使得纳米微粒表面能倾向于变小而出现团聚, 所以如何对其尺寸进行有效调控,防止纳米粒子的聚集显得尤为重要.为了解决这个问题, 纳米粒子的催化剂通常会负载在固体的载体上, 例如碳、钛、银、氧化铝、二氧化硅球、聚苯乙烯球、沸石以及蒙脱石等.
硅纳米线由于表面易于修饰各种金属粒子,以及大的比表面积、良好的稳定性, 引起了人们的极大兴趣. 经HF处理, SiNWs形成富含还原性的Si—H键的表面, 进而将金属离子(Mn＋)还原为金属纳米粒子, 从而形成稳定的金属纳米粒子与SiNWs的复合体,该复合材料不仅能够有效防止金属纳米粒子的聚集, 而且反应后催化剂易于从反应溶液中分离出来, 在催化反应领域具有很好的应用前景.但是修饰过程中未加保护剂制得的金属纳米粒子仍存在粒径大、尺寸分布不均一、负载密度小等缺点.
Zhang等采用正己硫醇作为保护剂制备金纳米粒子/SiNWs复合材料, 有效控制了金纳米粒子(AuNPs)粒径, 实现了粒子尺寸均一且负载的密集, 但是保护剂正己硫醇是通过共价键与 AuNPs作用, 这会使金属表面活性位减小, 使AuNPs的表面催化活性降低, 从而限制了该复合材料在催化方面的应用. 十二烷基硫酸钠(SDS)作为一种保护剂, 是以松散的结构包围在纳米粒子催化剂表面, 不但与正己硫醇一样可以有效地控制AuNPs的粒径, 且它与AuNPs之间不是通过共价键相连, 对AuNPs自身的表面性能影响很小,使AuNPs很好的保持了自身的催化活性.
中国科学院理化技术研究所张晓丹等人以十二烷基硫酸钠(SDS)作为保护剂, 利用贵金属阳离子(Mn＋)与HF处理后的硅纳米线(SiNWs)之间的氧化还原反应, 在SiNWs表面负载了贵金属纳米粒子.通过调控SDS/Mn＋物质的量比、反应物浓度、反应温度等实验参数, 制备出了金属纳米粒子粒径均一且负载密集的AuNPs/SiNWs, PtNPs/SiNWs复合材料.将 AuNPs/SiNWs复合材料应用在亚甲基蓝的还原反应,实验结果显示, 60min内AuNPs/SiNWs 可以将55%的亚甲基蓝还原, 表明AuNPs/SiNWs具有良好的催化活性. 这种复合材料易于从反应溶液中分离出来, 可以实现纳米催化剂的循环使用.