顆粒在線訊：調(diào)控金屬納米材料的晶相結(jié)構(gòu)，能夠改變納米材料內(nèi)金屬原子的排布方式，是調(diào)控其物理化學(xué)性質(zhì)的有效策略之一。鎳納米晶是常見(jiàn)的過(guò)渡金屬納米材料，應(yīng)用于多種催化反應(yīng)。近日，中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所燃料清潔轉(zhuǎn)化研究部能源催化與多孔材料課題組博士研究生莊嘉豪，在副研究員古芳娜的指導(dǎo)下，采用溶劑熱合成的方法，可控制備出具有面心立方（fcc）晶相的正二十面體與六方密排（hcp）晶相的六棱柱鎳納米晶。 

　　近年來(lái)，金屬納米粒子的尺寸和形貌效應(yīng)已得到較為系統(tǒng)的研究，但晶相效應(yīng)的研究則較少。這是由于介穩(wěn)晶相的金屬納米粒子不穩(wěn)定、不易捕捉，在合成過(guò)程中或反應(yīng)條件下易轉(zhuǎn)化為熱力學(xué)穩(wěn)定的晶相結(jié)構(gòu)。在常溫常壓下，鎳納米晶是以能量最低的面心立方晶系存在，因此非立方晶系的鎳納米晶的可控合成及其晶相結(jié)構(gòu)與催化性能的構(gòu)效關(guān)系研究頗具挑戰(zhàn)。 

　　研究剖析了hcp晶相鎳納米晶生長(zhǎng)過(guò)程中獨(dú)特的晶相轉(zhuǎn)變（fcc→hcp）過(guò)程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算表明，hcp晶相的形成及其形貌演化過(guò)程主要源于表面活性劑聚乙烯亞胺（PEI）對(duì)hcp晶相不同晶面的選擇性吸附。該工作為不同晶相結(jié)構(gòu)鎳納米材料的可控制備提供了新思路，相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上。 

　　此外，研究還合成了同時(shí)具有兩種及以上晶相結(jié)構(gòu)的納米材料，即異相納米材料，能夠構(gòu)建豐富的異相孿晶界面，發(fā)揮不同晶相之間的協(xié)同作用，利于提升材料的催化性能；基于此，進(jìn)一步合成了同時(shí)具有fcc與hcp晶相的異相鎳納米晶。實(shí)驗(yàn)研究表明，石墨烯載體對(duì)fcc晶相的錨定作用以及表面活性劑對(duì)hcp晶相的選擇性吸附行為，共同促進(jìn)fcc/hcp異相結(jié)構(gòu)的形成與穩(wěn)定存在。研究制得的fcc/hcp鎳納米材料在硝基苯酚加氫反應(yīng)中，表現(xiàn)出極高的反應(yīng)速率常數(shù)（k = 2.958 min-1）與活性常數(shù)（K = 102 min-1 mg-1），其活性遠(yuǎn)高于目前已知的大部分貴金屬與非貴金屬催化劑，這得益于fcc/hcp兩相界面處對(duì)4-NP分子更強(qiáng)的吸附作用。該工作為發(fā)展高催化性能鎳納米晶材料提供了新的研究思路，相關(guān)成果發(fā)表在Nano Research上。 

　　研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的資助。 

圖1.不同晶相鎳納米晶的合成示意圖 

圖2.fcc/hcp異相結(jié)構(gòu)Ni納米晶催化硝基苯酚加氫反應(yīng)