與相應(yīng)的單一金屬相比，納米合金具有電子構(gòu)型可重組、組成比可改變和選擇性可調(diào)整等特點(diǎn)，因而表現(xiàn)出既不同于體相合金又不同于金屬單質(zhì)的獨(dú)特性能。由于納米尺寸效應(yīng)和大量的扭折缺陷，納米合金通過電子構(gòu)型的重組獲得了更高的比表面能和豐富的活性位點(diǎn)，極大促進(jìn)了其催化性能的提升，在化學(xué)催化方面表現(xiàn)出顯著的優(yōu)越性和廣闊的應(yīng)用前景。迅猛發(fā)展的納米材料合成與制備技術(shù)，使得納米籠、納米超薄膜和納米多面體等一系列具有新穎納米結(jié)構(gòu)的納米合金催化材料不斷涌現(xiàn)。一方面，納米合金催化材料不僅能催化合成氣的重整，而且能催化各種偶聯(lián)反應(yīng)，有力地推動了化工、能源、環(huán)境、醫(yī)藥等行業(yè)的發(fā)展；另一方面，納米合金催化材料不僅能通過表面構(gòu)造增強(qiáng)活性，而且能通過力學(xué)效應(yīng)提高性能，極大地豐富了納米催化理論體系。
有鑒于此，同濟(jì)大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院吳慶生和溫鳴教授團(tuán)隊(duì)撰寫了關(guān)于納米合金化學(xué)催化材料最新進(jìn)展的綜述文章，系統(tǒng)總結(jié)了國際上該領(lǐng)域相關(guān)研究成果及本團(tuán)隊(duì)十多年來的研究工作。本文從不同合金類型著手，圍繞納米合金的設(shè)計(jì)構(gòu)筑和催化性能進(jìn)行了系統(tǒng)的概括和總結(jié)，分析了當(dāng)前存在的問題，指出了未來發(fā)展的方向。房昊和楊金虎為共同第一作者，溫鳴和吳慶生為共同通訊聯(lián)系人。
圖1. 納米合金代表性的形貌/結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的催化反應(yīng).
結(jié)構(gòu)新穎的納米合金精準(zhǔn)合成
文章按貴金屬、賤金屬和貴賤交融三大體系對各類納米合金的合成方法、催化反應(yīng)和催化性能進(jìn)行了歸納和總結(jié)。分析發(fā)現(xiàn)：1) 貴金屬納米合金因其高穩(wěn)定性而容易實(shí)現(xiàn)新穎結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)合成；2) 賤金屬納米合金因其活潑性高而需要通過強(qiáng)還原方法來制備；3) 貴賤交融納米合金則因其相互間的大電勢差使得在合成上需要更多地關(guān)注電位的調(diào)整。
通過共還原、貴金屬誘導(dǎo)共還原、電化學(xué)還原、熱分解、水熱/溶劑熱、仿生合成、電位置換、種籽生長、磁控濺射和激光燒蝕等化學(xué)和物理方法，研究人員可以實(shí)現(xiàn)各種所需要結(jié)構(gòu)納米合金的精準(zhǔn)合成，由此獲得AuPd合金凹形納米八角體、PtAu合金超薄超長納米帶、NiCo合金手帕狀非晶納米超薄膜、NiCu合金多級結(jié)構(gòu)納米網(wǎng)、PtMn合金富缺陷納米立方體、FeNi-Pt合金火柴頭納米結(jié)構(gòu)、PtNi合金菱形十二面體納米框、PtPb@Pt 核殼結(jié)構(gòu)六邊形納米片等形貌各異、結(jié)構(gòu)獨(dú)特、缺陷可控、晶面可調(diào)的納米合金催化材料，極大地豐富了納米合金催化體系，十分有利于催化性能的提高。
圖2.納米合金典型的設(shè)計(jì)與制備方法.
性能特異的納米合金催化反應(yīng)
對納米合金催化材料而言，合金化過程有利于活性元素的分散以及電子構(gòu)型的重組，能有效提高催化性能。納米合金的催化性能與組成、尺寸、形貌和結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，因而它們的構(gòu)效關(guān)系研究就成為了近年來納米合金催化領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)：1) 貴金屬納米合金因其豐富的費(fèi)米電子，使得催化活性得以提高，在偶聯(lián)、產(chǎn)氫和選擇性氧化等催化反應(yīng)中表現(xiàn)得尤為突出；2) 賤金屬納米合金則在催化選擇性和價格上具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，對催化硝基氨化、氫解和干氣重整等反應(yīng)具有優(yōu)異的催化性能；3) 而貴賤交融納米合金則可兼?zhèn)滟F金屬催化的高活性和賤金屬催化的高選擇性優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)催化性能的精確調(diào)控，從而可獲得高的原子有效利用率。
圖3. 納米合金化學(xué)催化的特異性能.
展望
納米合金在化學(xué)催化中已展現(xiàn)出豐富的特點(diǎn)和顯著的優(yōu)勢，因而具有極大的發(fā)展?jié)摿Α５?，納米合金催化材料無論在合成和性能上仍然面臨不少問題和挑戰(zhàn)，譬如四元以上多元納米合金的合成制備仍較困難，合金元素的均勻化還存在問題，高低電位一致性的調(diào)控也需要尋找更好的方法；高溫下的熱穩(wěn)定性需要進(jìn)一步解決，而通過設(shè)計(jì)合成來精準(zhǔn)調(diào)控催化性能則是需要不斷追求的目標(biāo)。因此，今后的研究應(yīng)該主要圍繞以下三方面展開：
1）納米合金中賤金屬逐步取代貴金屬是需要努力的方向之一；
2）組成/結(jié)構(gòu)與催化性能的相關(guān)性是另一個需要加強(qiáng)的方面；
3）機(jī)理研究和計(jì)算化學(xué)需要進(jìn)一步深入，以實(shí)現(xiàn)納米合金催化材料的輔助設(shè)計(jì)合成和催化性能的精準(zhǔn)預(yù)測。
文獻(xiàn)出處：
Hao Fang?, Jinhu Yang?,Ming Wen*, Qingsheng Wu*, Nanoalloy Materials forChemical Catalysis,Advanced Materials,2018, 30, 1705698.
