beat365張亞文教授課題組在國家傑出青年科學基金的資助下，和嚴純華院士課題組合作，在貴金屬/稀土納米結構及其功能調控的研究中取得了系列重要進展（J. Am. Chem. Soc.2012, DOI: 10.1021/ja3090934；J. Am. Chem. Soc.2012, 134(6), 3255−3264；J. Am. Chem. Soc.2011, 133(11), 3816 – 3819；Angew. Chem. Int. Ed.2011, 50(51), 12330 –12334；Chem. Eur. J. 2012, 18(39), 12222 – 12226；Chem. Eur. J. 2012, 18(3), 777 – 782；Chem. Commun.2012, 48(4), 543–545；Chem. Eur. J.2011, 17(29), 8033 – 8038）；特别是，他們在調控鉑基和钌基貴金屬納米顆粒的表面結構及其探針催化反應性方面取得的研究結果，為進一步探索通過理性設計和合成優化獲得高性能無機納米催化材料提供了新思路。
近年來，如何通過形貌、組成的精确控制來調節無機納米顆粒的表面原子排布、電子結構、缺陷态及界面間電子遷移，進而獲得具有高的催化活性、選擇性和耐久性的納米無機催化劑，日益引起人們的廣泛研究興趣。貴金屬納米顆粒則是能源轉化、石油化工和環境污染治理等領域中的關鍵催化材料。該研究團隊圍繞鉑基雙金屬納米晶的表面結構調控，探索了液相合成過程中不同小分子或離子對于納米顆粒外露晶面的選擇吸附作用。他們發現對于鉑钯雙金屬納米顆粒，草酸根離子穩定其{111}晶面，可用于高效合成納米四面體；溴離子和碘離子穩定其{100}晶面，可用于高效合成納米立方體（圖1）。鉑钯雙金屬納米顆粒的甲醇電催化氧化活性、耐久性和抗CO中毒能力與其外露晶面間呈現依賴關系（J. Am. Chem. Soc.2011, 133(11), 3816 – 3819）。降低金屬離子的還原速度利于生成孿晶晶種，據此可制備鉑钯納米二十面體。(111)孿晶晶界的存在使鉑钯納米二十面體具有比鉑钯四面體高數倍的甲醇電催化氧化活性（Chem. Commun.2012, 48(4), 543–545）。利用欠電勢沉積和Galvanic取代反應，可以一步合成鉑銅和鉑钯銅納米凹陷立方體。該納米合金結構因外露大量高指數晶面，相比納米立方體具有更高的甲醇電催化氧化活性（Chem. Eur. J.2012, 18(3), 777 – 782）。
圖1 Pt-Pd合金納米晶的形貌選擇性合成及其甲醇電催化氧化反應性
由于金屬钌具有與鉑和钯不同的晶體結構、氧化還原勢和吸附特性，钌基納米晶的形貌控制是一個公認的難題。最近，他們結合密度泛函理論計算，發展了一種溫和的水熱方法，首次實現了钌納米晶的形貌調控（圖2）。實驗和理論模拟均證明了钌納米晶在水熱反應中的形貌演化，是由草酸根離子在钌的不同晶面的選擇性吸附能力及其熱分解特性造成的。通過該合成方法，他們高收率地得到了钌的超薄納米三角闆和帽式棱柱，并觀察到了Ru納米晶在表面增強拉曼光譜(SERS)以及CO甲烷化反應性與不同顆粒形貌間的關聯性（J. Am. Chem. Soc.2012, DOI: 10.1021/ja3090934）。
圖2Ru納米晶的形貌選擇性合成及其SERS活性和CO甲烷化反應性
鑒于張亞文課題組在此前沿研究領域内的貢獻，他們應邀和美國聖母大學化學與生物學系的陶豐課題組一起為英國皇家化學學會的《化學學會評論》撰寫了一篇關于雙金屬納米催化劑的液相形貌控制合成方法（圖3）的指南性綜述（Chem. Soc. Rev. 2012, 41(24), 8050–8065）。
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